直接辐射表简介
本文向具有基本技术背景的读者介绍了总辐射表和直接辐照度的测量。
介绍
直接辐射表是测量直接来自太阳的辐照度的设备。SI的辐照度单位为瓦特/平方米（W /m²）。传统上，辐射表主要用于气候研究和天气监测，但是最近全球对太阳能的兴趣也导致了对直接辐射表的兴趣增加。在本文中，我们将探讨直接辐射表的基本方面：它能测量什么？它有什么用；以及它如何运作？
图1 直接辐射表，以测量直接来自太阳的太阳辐照度。
直接辐射表：太阳辐照度传感器
直接辐射表测量“垂直太阳辐射” E：直接入射到垂直于太阳在天空中的平面上入射的每单位时间每单位面积的太阳能量，直接来自太阳本身。这也称为“直接正常辐照度”，通常缩写为DNI。直接辐射表需要安装在太阳跟踪器上：这是一整天将仪器对准太阳的设备。见方框1。
该直接辐射E与弥散辐射Ed一起给出了地球表面上的太阳能总量，即总辐照度Eg↓
Eg↓=E⋅cos（θ）+ Ed
其中θ是表面法线与太阳在天空中的位置之间的角度。
图2 地球表面上的太阳能总量包括直射阳光，漫射阳光和阳光反射。
| 太阳跟踪器（方框1） |
|---|
要将日射仪指向太阳，太阳跟踪器会绕2个轴旋转：天顶（上下）和方位角（东至西）。使用太阳位置算法，根据GPS坐标和时间计算所需位置。一些跟踪器集成了额外的设备（“太阳传感器”）以在可见太阳后微调位置，并达到优于0.1°的跟踪精度。在所有天气条件下，跟踪器必须长期保持稳定和水平，这一点很重要。太阳跟踪器有许多不同的形状和尺寸。请与Hukseflux联系以获取建议。 |
为了将测量范围限制为仅直接来自太阳的辐射，必须限制仪器的视场。从地球大气的外部，太阳被视为圆盘，其角度距离约为0.27°。在地面上，太阳看起来更大。它的视觉大小取决于大气：天空越雾，天空中的太阳越大。
根据WMO（世界气象组织）惯例，所有现代直接辐射表都使用相同的视野，其特征在于其打开的半角为2.5°。这意味着直接太阳辐射的测量包括一些“绕太阳”辐射。
图3 直接辐射表仅测量围绕太阳的一小部分区域中的日光，其特征是开口半角为2.5°。
直接太阳辐射的变化很大，具体取决于天空中太阳的高度（以及地球上的位置，一天中的时间和一年中的时间）以及气象和环境因素，例如云，气溶胶，烟雾，雾，降水和其他因素。直接太阳辐射的典型值在0到太阳常数的理论最大值之间，约为1361 W /m²。
直接辐射表用于什么用途？
太阳是地球外星能量的主要来源。这在两个方面具有重要意义：一方面是天气和气候，另一方面是通过收集太阳能来产生能量。
太阳辐射是地球天气模式背后的驱动力之一，因此是天气和气候研究的重要因素。在此类研究中，直接辐射表通常与总辐射表结合使用，以测量太阳辐射的所有分量。垂直，总量和散射。
传统上，直接辐射表的零偏移和方向误差意味着直接辐射测量比总辐射的测量更为准确。这意味着分别测量直接辐射和散射辐射可以提供最精确的整体辐射测量。
具有低零偏移和接近完美的方向响应的高精度总辐射表，例如SR25和SR30，使得该论点无效。但是，在诸如基线表面辐射网络（BSRN）的高精度安装中，直接辐射，散射辐射和全局辐射的单独测量仍然是常态。通过将总辐射与直接和漫射的“反向计算”总辐射进行比较，对这三个分量进行测量可以检查内部一致性。
在太阳能行业，直接辐射表与总辐射表的测量再次结合在一起，用于监视光伏（PV）发电厂的性能。通过基于太阳辐射数据将光伏电站的实际功率输出与预期输出进行比较，可以确定光伏电站的效率。直接辐射表也可用于确定光伏电站潜在场所的适用性。在这种情况下，总辐射表用于确定光伏装置的预期输出。
对于使用集中日光的光伏装置，必须监测直接的太阳辐射以确保工厂的正常运行。
最后，日照时数计提供了最准确的日照持续时间测量方法。世界气象组织（WMO）将日照时间定义为“正常的直接太阳辐射超过120 W /m²阈值的时间间隔之和（以小时为单位）”。
图4 安装在太阳能跟踪器上的高温计
直接辐射表如何工作？
直接辐射表是结合了热电堆的辐照度传感器：基于塞贝克效应或热电效应的传感器。直接辐射表的主要组件是石英窗，黑色吸收体，热电堆，高温辐射管，用于定义视场，在某些情况下还包括其他电子设备。包含瞄准器，可正确对准仪器。
直接辐射表上的窗口用作过滤器，可透射波长约为200 nm至约4000 nm的太阳辐射（其中包含近红外，可见光，UV-A和部分UV-B辐射，见图3），但可以阻止波长大于4 µm的热辐射。
理想的是，太阳辐射通过窗户的透射率τ接近100％，但实际上接近95％。窗户还用于保护黑色吸收剂和热电堆免受各种元素（雨，雪等）的侵害。
过滤后的辐射被日射强度计上的黑色表面吸收并转化为热量。如果通过窗口的透射率为τ，黑色表面的面积为A，黑色表面的吸收系数为α，则可以将热量吸收计算为
如下：
Pabsorption =α⋅τ⋅A⋅ Ë
这会形成从黑色表面到热电堆到用作散热器的高温计主体的温度梯度。温差由下式给出：
ΔT=热热·吸收
其中Rthermal是热电堆传感器的热阻。该热阻取决于热电堆传感器的特定组成和几何形状。
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