Metoder for måling av solstråling ved bruk av pyrheliometer og pyranometer

Vi vet alle at livet opprettholdes på jorden på grunn av solen, da det gir tilstrekkelig varmeenergi til å holde jorden varm. Denne energien leveres av solen i form av elektromagnetisk stråling som vanligvis kalles solstråling. Noe av strålingen er gunstig for mennesker, mens en annen stråling er skadelig for hele livet.

For å nå solstråling til jordoverflaten må den passere gjennom atmosfæren der den blir absorbert, spredt, reflektert og overført, noe som resulterer i reduksjon av energistrømstettheten. Denne reduksjonen er veldig betydelig ettersom mer enn 30% tap oppstår på en solskinnsdag og på en overskyet dag går det høyt som 90%. Så den maksimale strålingen som når jordoverflaten gjennom atmosfæren vil aldri være høyere enn 80%.

Solstrøm er veldig viktig å måle, siden det er grunnlaget for livet på jorden og brukes til å bygge mange produkter, enten det er relatert til elektronikk, avlinger, medisiner, kosmetikk, etc. I denne opplæringen vil vi lære om solstråling og dens måling og vil også lære om de to mest populære måleenhetene for solenergi - Pyrheliometer og Pyranometer.

Strålestråling og diffus stråling

Strålingen som vi oppfatter på overflaten er både direkte stråling og indirekte stråling fra solen. Strålingen som kommer direkte fra solen er direkte stråling og den kalles strålestråling. Den spredte og reflekterte strålingen som sendes til jordoverflaten fra alle retninger (reflektert fra molekyler, partikler, dyrekropper osv.) Er indirekte stråling og den kalles diffus stråling. Og summen av begge, strålen og diffus stråling, er definert som global stråling eller total stråling.

Det er viktig å skille mellom strålestråling og diffus stråling fordi strålestrålingen kan konsentreres mens den diffuse strålingen ikke kan. Det er mange måleinstrumenter for solstråling som brukes til å måle strålestråling og diffus stråling.

La oss nå se på spekteret av elektromagnetisk stråling i diagrammet nedenfor.

I hele spekteret vurderer vi bare bølgelengder fra UV-stråler til IR-stråler for å beregne solstrømmen, fordi de fleste av høyfrekvente bølger fra solen ikke når overflaten og lavfrekvent stråling etter IR ikke er pålitelig. Så solstrålingen eller strømmen måles vanligvis fra UV-stråler til IR-stråler, og instrumentene er også designet slik.

Måleinstrumenter for solstråling er av to typer:

Pyrheliometer
Pyranometer

Før du går inn i arbeidet med disse instrumentene, må du forstå et par konsepter som brukes mens du designer enhetene. Så la oss se på disse konseptene.

Svart kroppsstråling

En svart kropp absorberer vanligvis all stråling uten å sende noe tilbake til atmosfæren og renere den svarte kroppen mer perfekt absorpsjonen. Faktum er at det ikke er noen perfekt svart kropp til nå, så vi vanligvis nøyer oss med det nest beste. Etter at den svarte kroppen absorberer strålingen, blir den oppvarmet siden selve strålingen er energi, og etter absorpsjon blir atomer i kroppen forlatt. Dette sorte kroppen brukes som en kjernekomponent i måleinstrumenter for solstråling. Motsatt den svarte kroppen, reflekterer en hvit kropp all strålingen som faller på den tilbake til atmosfæren. Derfor vil vi føle oss mer komfortable med hvite klær om sommeren.

Termoelement

Termoelementet er en enkel enhet konstruert med to ledere laget av forskjellig materiale som vist på figuren.

Her er to ledninger koblet sammen for å danne en sløyfe med to kryss, og disse kryssene betegnes som 'A' og 'B'. Nå bringes et lys nær kryss 'A' mens kryss 'B' er alene. Når lyset er til stede kryss ved 'A', stiger temperaturen betydelig mens kryss B holder seg kaldt ved romtemperatur. På grunn av denne temperaturforskjellen vises en spenning (potensiell forskjell) i kryssene i henhold til ' Seebeck-effekten'. Siden kretsen er lukket strømmer en strøm 'I' gjennom kretsen som vist i figuren, og for å måle denne strømmen vil vi koble et amperemeter i serie. Det er viktig å huske at størrelsen på strømmen 'I' i sløyfen er direkte proporsjonal med temperaturforskjelleni kryssene, så høyere temperaturforskjeller resulterer i en høyere strømstyrke. Så ved å få lesning av amperemeter, kan vi beregne temperaturforskjellen i kryssene.

Nå etter at det grunnleggende er dekket, la oss se på konstruksjon og arbeid av måleinstrumenter for solstråling.

Pyrheliometer Arbeid og konstruksjon

Pyrheliometer er en enhet som brukes til å måle direkte stråling ved normal forekomst. Den ytre strukturen ser ut som et langt rør som projiserer bildet av et teleskop, og vi må peke linsen mot solen for å måle utstrålingen. Her vil vi lære arbeidsprinsippet til Pyrheliometer og dets konstruksjon.

For å forstå den grunnleggende strukturen til Pyrheliometeret, se på diagrammet vist nedenfor.

Her peker linsen mot solen, og strålingen vil passere gjennom linsen, røret og til slutt faller på den svarte gjenstanden som er til stede i bunnen. Nå hvis vi tegner hele den interne strukturen og kretsen på en enklere måte, vil den se ut som nedenfor.

I kretsen kan det sees at den svarte kroppen absorberer strålingen som faller fra linsen, og som diskutert tidligere, absorberer en perfekt svart kropp fullstendig all stråling som faller på den, slik at strålingen som faller inn i røret blir absorbert av den sorte gjenstanden helt. Når strålingen blir absorbert, blir atomene i kroppen begeistret på grunn av den økende temperaturen i hele kroppen. Denne temperaturøkningen vil også oppleves av termoelementkrysset 'A'. Nå med kryss 'A' av termoelementet ved høy temperatur og kryss 'B' ved lav temperatur, finner en strømstrøm sted i sløyfen som beskrevet i arbeidsprinsippet til termoelementet. Denne strømmen i sløyfen vil også strømme gjennom galvanometeret som er i serie og derved forårsake et avvik i det. Detteavvik er proporsjonalt med strøm, som igjen er proporsjonalt med temperaturforskjellen i kryss.

Avvik ∝ Strøm i sløyfe ∝ Temperaturforskjell ved kryss.

Nå vil vi prøve å oppheve dette avviket i galvanometeret ved hjelp av kretsen. Den komplette prosessen for å oppheve avviket forklares trinnvis nedenfor.

Lukk først bryteren i kretsen for å starte strømmen.
Strømmen flyter som,

Batteri -> Bryter -> Metalleder -> Ampeter -> Variabel motstand -> Batteri.

Med denne strømmen som strømmer gjennom metallederen, stiger temperaturen til en viss grad.
Når du er i kontakt med metallederen, stiger temperaturen på krysset 'B' også. Dette reduserer temperaturforskjellen mellom krysset 'A' og krysset 'B'.
På grunn av reduksjonen i temperaturforskjell avtar også strømmen i termoelementet.
Siden avviket er proporsjonalt med strømmen, avviker også galvanometerets avvik.
Oppsummert kan vi si - Avviket i galvanometeret kan reduseres ved å justere reostaten for å endre strømmen i metallederen.

Fortsett å justere reostaten til galvanometeravviket blir helt ugyldig. Når dette skjer, kan vi få spennings- og strømavlesninger fra målerne og gjøre en enkel beregning for å bestemme varmen som absorberes av den svarte kroppen. Denne beregnede verdien kan brukes til å bestemme strålingen, ettersom varmen som genereres av den svarte kroppen er direkte proporsjonal med strålingen. Denne strålingsverdien er ingen annen enn solstråle som vi ønsker å måle fra begynnelsen. Og med dette kan vi avslutte arbeidet med Pyrheliometeret.

Pyranometer Arbeid og konstruksjon

Pyranometer er en enhet som kan brukes til å måle både strålestråling og diffus stråling. Med andre ord brukes den til å måle total halvkuleformet stråling (stråle pluss diffus på en horisontal overflate). Her vil vi lære om Pyranometer arbeidsprinsipp og dets konstruksjon.

Enheten ser ut som en UFO-skål som er den beste formen som passer for formålet. Denne enheten er mer populær enn de andre, og det meste av solressursdataene måles i dag ved hjelp av den. Du kan se originalbildet og den interne strukturen til Pyranometeret nedenfor.

</s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s>

Her passerer strålingen fra den omgivende atmosfæren gjennom glaskuppelen og faller ned på den svarte kroppen som ligger midt i instrumentet. Som før stiger kroppstemperaturen etter å ha absorbert all stråling, og denne økningen vil også oppleves av termoelementkjeden eller termoelementmodulen som er tilstede rett under svartlegemet. Så den ene siden av modulen vil være varm og den andre vil være kald på grunn av kjøleribben. Termoelementmodulen genererer en spenning, og dette kan sees på utgangsterminalene. Denne spenningen mottatt ved utgangsterminalene er direkte proporsjonal med temperaturforskjellen i henhold til prinsippet om et termoelement.

Siden vi vet at temperaturforskjellen er relatert til stråling absorbert av den svarte kroppen, kan vi si at utgangsspenningen er lineært proporsjonal med strålingen.

I likhet med forrige beregning kan verdien av total stråling lett oppnås fra denne spenningsverdien. Også ved å bruke skyggen og følge samme prosedyre, kan vi også få diffus stråling. Med total stråling og diffus strålingsverdi kan strålestrålingsverdi også beregnes. Derfor kan vi beregne både diffus solstråling og total stråling ved hjelp av Pyranometer.