Высококачественные наземные измерения солнечного излучения всегда производятся с помощью радиометров с плоской спектральной зависимостью в широком спектральном диапазоне. Для этого обычно используют датчик на основе термобатареи с зачерненной поверхностью, которая поглощает все падающее на нее излучение. Датчик нагревается и преобразует повышение температуры в слабый электрический сигнал.
Суммарный поток энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли, состоит из потока рассеянного излучения от небосвода и прямого излучения Солнца. Это излучение является коротковолновым и состоит из УФ, видимого и ближнего инфракрасного излучения. Когда солнечные лучи падают на земную поверхность под углом, они попадают на поверхность с большей площадью, чем в случае, когда это происходит перпендикулярно. Таким образом, количество энергии на единицу площади становится меньше, что легко высчитывается умножением потока прямого излучения на косинус зенитного угла Солнца.
Отношение между различными составляющими энергии солнечного излучения выражается следующей формулой:
Суммарный поток = Рассеянный поток + Прямой поток, умноженный на cos(О), где О - зенитный угол Солнца (0o соответствует Солнцу прямо над головой, 90o - Солнцу на линии горизонта).Суммарный поток энергии солнечного измеряется пиранометром, установленным в горизонтальной плоскости. Термопарный датчик защищен от внешних воздействий одним или двумя стеклянными полусферическими колпаками, которые задают также спектральную чувствительность прибора, показанную красной линией на рисунке 2. Уже давно такие инструменты используются в сетях метеорологических и климатологических станций, а также в научных исследованиях и инженерных разработках в области солнечной энергетики.
Поток прямого солнечного излучения измеряют при помощи пиргелиометра. Пиргелиометр - это радиометр на базе термопарной батареи с полем зрения 5o и плоским окуляром. Для того чтобы прибор был постоянно направлен на центр солнечного диска, он должен быть установлен на высокоточной автоматической системе слежения за Солнцем, на т.н "тракере".
Рассеянное излучение может измеряться с помощью второго пиранометра, установленного на тракере с дополнительным затеняющим устройством, которое движется вместе с тракером и постоянно предотвращает попадание прямого солнечного излучения на пиранометр.
Типы пиранометров и пиргелиометров, их рабочие характеристики, методы калибровки и т.д. определены Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Международной организацией по стандартам (ISO).
Инструменты, отвечающие требованиям ВМО и ISO, обеспечивают точные и надежные измерения солнечного излучения в любых климатических условиях. Мировые метеорологические службы и научное сообщество используют приборы одного и того же типа. Поэтому полученные данные можно сопоставлять с данными метеорологических и климатологических станций по увсему миру, а также данными метеорологических и климатологических спутников для различных земных районов и вне зависимости от типа выбранной солнечной установки.
Эта комбинация из инструментов для измерения суммарного потока, прямого и рассеянного солнечного излучения составляет "станцию солнечного мониторинга". К ней также можно добавить горизонтально установленный пиргеометр для измерения дальнего инфракрасного (ДИК) излучения согласно требованиям ВМО. Пиргеометр работает по тому же принципу, что и пиранометр, но его спектральная чувствительность, показанная на рис. 2 линией розового цвета, задается кремниевым окном (плоской и выпуклой формы), которое пропускает ДИК-излучение и блокирует коротковолновое излучение при помощи специального внутреннего покрытия.
Низкоуровневый милливольтовый аналоговый выход радиометров обычно соединяют с регистратором данных (даталоггером), который записывает и сохраняет данные. Данные могут передаваться в реальном времени телеметрически или по проводам, а также периодически скачиваться для обработки и анализа. Приборы же из уникального нового поколения "интеллектуальных" радиометров от Kipp & Zonen можно встраивать непосредственно в цифровые системы сбора данных.
 |  |