اندازه گیری میزان تابش انرژی خورشیدی

میزان تابش خورشیدی، برای اندازه گیری شدت تابش الکترومغناطیسی ساطع شده است خورشید می باشد. از سطح خورشید میزان تابش حدود 1400 وات بر متر مربع به لبه جو می رسد و به طور جزئی منعکس و پراکنده شده و توسط گازهای تشکیل دهنده و بخار آب و ابرها در جو جذب می شود. میزان تشعشعی که به زمین می رسد در درجه اول تحت تأثیر ابرها، ذرات، آلودگی و موانع هواپیما در جو است و بخشی از انرژی جذب شده مجدداً در طیف مادون قرمز بازتابش می شود. بطورکلی، تشعشعی که از خورشید و آسمان به سطح زمین می رسد در طیف تابش موج کوتاه و موج بلند است که به چندین باند در محدوده طول موج 300 تا 4000 نانومتر (4 میکرومتر) و تابش موج بلند از 4.5 تا بیش از 40 میکرومتر دسته بندی می شود.

چرا باید تابش خورشید را اندازه گیری کرد؟

بررسی و آنالیز داده‌های حاصل از اندازه گیری میزان تابش خورشیدی، در انتخاب محل احداث نیروگاه و سازه ها و همچنین افزایش میزان بهره وری زمینه سیستم های خورشیدی مشتمل بر فرآیند حرارتی و فتوولتائیک نقش موثری ویژه ای بر عهده دارد. این مسئله تا این حد مهم است که در مورد فعالیت‌هایی مانند تحقیق و توسعه، کنترل کیفیت تولید، تعیین مکان‌های بهینه، ارزیابی کارایی سیستم‌های نصب‌شده و پیش‌بینی خروجی سیستم تحت طیف وسیعی از شرایط مختلف آسمان، بر اساس این داده ها تصمیم‌گیری صورت می گیرد. لازم به توضیح است که خطاهای تنها چند درصدی می تواند تأثیر قابل توجهی بر بازده سرمایه گذاری داشته باشد که می بایست تا حد امکان تاثیر آنها را کاهش داد.

چگونه می توان آن را اندازه گیری کرد؟

مواد فتوولتائیک بیشترین حساسیت خود را نزدیک به طیف مرئی (حدود 400 تا 1100 نانومتر) (near-infared and visible spectrum) دارند و نسبت به اشعه ماوراء بنفش (ultraviolet) با حساسیت کم و نسبت به تابش امواج بلند (long-wave radiation) بدون حساسیت و تاثیر پذیر هستند. برای فرآیند انتقال انرژی، سیستم‌های انرژی حرارتی در مقیاس تجاری معمولاً از کلکتورهای خورشیدی بازتابنده (reflective solar collectors) استفاده می شود که انرژی موج بلند (long-wave) و هم انرژی موج کوتاه (short-wave) تابیده شده در محیط را اندازه گیری می کنند که معمولاً با استفاده از رادیومترهای نوع ترموپیل (radiometers thermopile) با پاسخ طیفی مسطح (flat spectral response) انجام می‌شود. این گونه ابزارها اندازه گیری های دقیقی از کل انرژی خورشیدی موجود در تمام شرایط آسمان گزارش می دهند. کاربردها داده‌های بدست آمده از آنها را می‌توان در هواشناسی، ماهواره‌ها و انواع سیستم‌های انرژی خورشیدی (فوتوولتائیک و گرمایی)، استفاده کرد.

چه ابزارهایی مورد نیاز است؟

پانل های خورشیدی دارای میدان دید وسیعی هستند و برای بازدهی بیشتر و عملکرد بهتر باید در مکان هایی قرار گیرند که حداکثر تابش خورشید را دریافت کنند. بنابراین، علاوه بر پیرانومتر (Pyrgeometer) نصب شده به صورت افقی، به طور کلی توصیه می شود که یکی دیگر هم روی پنل یا آرایه (array) نصب شود تا انرژی موجود از نیمکره را که پانل می تواند دریافت کند، اندازه گیری گردد. این امور، نظارت بر کارایی و دقت سیستم را بهبود بخشیده و به برنامه ریزی تعمیر و نگهداری (مانند تمیز کردن سطح پنل ها) کمک شایانی می کند. در جایی که اندازه گیری های نسبی مناسب و همراه با داده های دقیق و کافی باشد، می توان از یک سنسور با مشخصات پایین تر و هزینه کمتر استفاده کرد. برای هدف قرار دادن تابش خورشید، برخی از سیستم‌های فوتوولتائیک از متمرکزکننده‌های خورشیدی با عدسی (Solar Concentrators with Lenses) استفاده می‌کنند. میزان تابش موج کوتاه مستقیم با استفاده از پیرهلیومتر (Pyrheliometer) که زاویه 5 درجه دارد و بر روی ردیاب خودکار خورشید (Automatic Sun Tracker) ثابت می شود، تعیین می گردد.

هنگام تحقیق در مورد اکتشاف خورشیدی چه چیزی مورد نیاز است؟

اندازه‌گیری‌های با استفاده از پیرانومتر (pyranometers) و پیرژئومتر (pyrgeometers) را می‌توان مستقیماً در سایت‌های مختلف واقع در هر نقطه از جهان و با داده‌های شبکه‌های هواشناسی، اطلاعات ماهواره‌ای و همچنین با الگوریتم‌های پیش‌بینی تابش خورشیدی مقایسه کرد. این پارامترها مستقل هستند و برای هر نوع سیستم انرژی خورشیدی قابل فراخوانی هستند. بنابراین راه حل بهینه برای تحقیقات انرژی خورشیدی و اکتشاف سایت است. برای گسترش یک ایستگاه کامل نظارت خورشیدی و هم چنین، نیروگاه خورشیدی، می توان از این ادوات پیشرفته تر و نیز ساختار ترکیب آنها برای نظارت کیفی استفاده کرد؛ بگونه ای که این سیستم از یک ردیاب خورشیدی مجهز به یک پیرانومتر (pyranometer) برای تشعشعات، یک پیرهلیومتر (pyrheliometer) برای تابش مستقیم و یک پیرانومتر محافظت شده از قرار گرفتن در معرض مستقیم خورشید (pyranometer direct exposure protected) برای اندازه‌گیری تابش پراکنده آسمان تشکیل شده است. همچنین می توان از یک پیرانومتر سرخم (tilted pyranometer) برای بررسی تشعشع موجود در یک سیستم فوتوولتائیک را که دارای آرایه های ردیابی 2 محوری است، کمک گرفت. لازم به اشاره است که برای سیستم های انرژی حرارتی (سیستم خورشیدی غیر فوتوولتائیک) نیز پیرژئومتر مخصوص وجود دارد.