Методи за измерване на слънчевата радиация

Параметрите от значение за слънчевото излъчване са спектралното слънчево излъчване и общото слънчево излъчване. Докато първия дава ясна представа за излъчването в определени тесни ленти от спектъра, втория параметър показва общото слънчево излъчване. От значение за метеоролозите са и двата показателя, като от спектралното слънчево излъчване по математичен път може да бъде изведено и общото излъчване. Поради трудностите и сложността на апаратурата снемаща спектрална характеристика, по-разпространени са уредите за измерване на общата слънчева енергия. Тя може да бъде теоретично изчислена (Формула 1.1), без да се взема в предвид атенюацията от парите в атмосферата, където dy е деня от годината.

$$E_{EXT}=E_{SC}*(1+0.033412*cos(2\pi\dfrac{dy-3}{365}))$$ (1.3)

В практиката съществуват два метода на измерване на общата слънчева радиация. Чрез пиранометър или чрез фотоволтаичен модул.

Пиранометърът представлява чиния с вдлъбната форма и прозрачен капак, на която повърхност е наслоен тънък слой свръхабсорбиращ слънчевите лъчи материал. Под този материал има поставен термометър отчитащ затоплянето на чинийката. При знанието на тази температура и температурата на околната среда може да се изчисли мощността на слънчевото лъчение. Този метод се счита за най-точен сред всички останали, но и най-труден за изпълнение и измервания.

В тази разработка е приложен метод за измерване на общата слънчева енергия с помощта на фотоволтаичен модул, преобразуващ слънчевата енергия в електрическа величина (ток). На Фиг.1.11 е показана блокова схема на стандартния подход за измерване на тази величина. Недостатък на такава система е, че спектралната чувствителност на фотоволнаичните панели е нелинейна и крайно нечувствителна в спектъра с по-къси дължини на вълната.

Figure: Блокова схема на стандартния подход за измерване на слънчева радиация.

При използване на силициеви измервателни фотоволаични модули е нужно те да бъдат вкарани да работят във възможно най-линейната област от волт-амперната им характеристика Фиг. 1.12. За целта е необходимо те да бъдат натоварени с товар с възможно най-ниско съпротивление. Поради ниската мощност на модулите и ниския товар, изходното напрежение от товара е с много малка амплитуда. Това налага използването на допълнителен инструментален усилвател за да се приведе сигнала в подходящ вид за измерване от 10 битовия АЦП на микроконтролера.

Figure: Волт-Амперна характеристика на фотоволтаичен модул. [20]

Типичното ниво на слънчевата радиация през светлата част от денонощието варира в диапазона 700-1200 $W/m^{2}$ . Съществен недостатък на метода за измерване с фотоволтаични клетки е, че те не са с еднаква чувствителност в целия спектрален диапазон, това налага използването на изкуствени корекции. За да бъде калибриран измервателния уред е необходимо въвеждане на корекционен коефициент вариращ със стойността на АЦП.