Актинометр, балансомер, пиранометр, альбедометр, пиргелиометр, радиометр – все это термины, которые могут употребляться для обозначения приборов, измеряющих интенсивность лучистой энергии (солнечной и тепловой радиации).
Если вам необходимо приобрести оборудование для данной области, вы можете обратиться к нашим сотрудникам за сведениями о ценах, наличии и другой информацией.
Актинометры: что это и какими они бывают?
Солнце – главный внешний источник энергии для планеты Земля. Его излучение поглощается и отражается неравномерно. Эти процессы изучает актинометрия – наука, изучающая перенос и превращение солнечного излучения в атмосфере и на подстилающей поверхности (суше, воде, льде).
Коротковолновая солнечная радиация (0,3–3 мкм) вызывает в верхних слоях воздушной оболочки физические и химические реакции. Поглощение световой энергии озоном, водяным паром и поверхностью нагревает атмосферу. Земля при этом излучает тепло в космос. Баланс прихода-расхода энергии определяет климатические зоны и смену погоды. Таким образом, основное назначение актинометров – измерять прямую, отраженную и рассеянную солнечную радиацию, излучение Земли и атмосферы. Результаты актинометрии применяются в метеорологии, климатологии, энергетике, сельском хозяйстве, архитектуре.
А. И. Воейков – основоположник современной климатологии – в свое время писал: «Я думаю, что одна из важнейших задач физических наук в настоящее время – ведение приходо-расходной книги солнечного тепла, получаемого Земным шаром, с его воздушной и водяной оболочкой».
В основе работы большинства современных актинометров лежит единый принцип: чувствительный элемент поглощает энергию света и превращает ее в тепло, которое затем с помощью термопары преобразуется в электрический сигнал. Результат измерений обычно выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).
Если опираться на узкое, классическое определение из Большой советской энциклопедии, то под актинометром понимается конкретный прибор для регистрации прямой солнечной радиации. Однако в современной метеорологии под этим термином часто объединяют целое семейство устройств. Согласно такой расширенной классификации, выделяют четыре основных типа актинометров:
- Пиранометры предназначены для измерения коротковолновой радиации, которая поступает от Солнца на горизонтальную поверхность. С его помощью определяют как суммарное излучение (прямое от Солнца плюс рассеянное от неба), так и только рассеянное – в этом случае прямые лучи закрывают специальным экраном. С помощью пиранометров иногда замеряют альбедо (то есть используют их в качестве альбедометров).
- Пиргелиометры используются для регистрации прямого солнечного излучения. Чтобы фиксировать только прямые лучи, исключая рассеянный свет от неба, датчик располагают перпендикулярно направлению на Солнце – для этого используется солнечный трекер.
Солнечный трекер (также известен как система слежения за Солнцем) – отдельный вид устройств, который автоматически поворачивает солнечные панели или другие приемники вслед за движением светила в течение дня. Его главная задача – удерживать поверхность актинометра или панели строго перпендикулярно лучам. Это позволяет улавливать максимум энергии и увеличить выработку электричества по сравнению со стационарными фотоэлектрическими системами.
- Пиргеометр – это прибор для измерения инфракрасного (длинноволнового) излучения вблизи земли. С его помощью определяют интенсивность тепловых потоков от поверхности и встречного — от атмосферы, а также их разницу, называемую эффективным излучением. Для этого приемную поверхность поочередно направляют в небо и к земле. Пиргеометры широко применяются в климатологии, метеорологии и сельском хозяйстве при изучении радиационного баланса Земли и для расчета тепловых потерь поверхности, например в ночные часы.
- Балансомер (в английском чаще встречается название net radiometer) – это еще один тип актинометров, который измеряет не отдельные потоки радиации, а их итоговый баланс. Иными словами, он определяет разницу между всей лучистой энергией, приходящей на земную поверхность, и той, что уходит от нее обратно в атмосферу. Прибор охватывает как коротковолновую часть спектра (прямую, рассеянную и отраженную солнечную радиацию), так и длинноволновую, испускаемую Землей и атмосферой.
Самые известные производители актинометров – Kipp Zonen (Нидерланды), Hukx (Нидерланды, бывший Hukseflux) и Пеленг (Беларусь).
Сертификация актинометров сегодня проводится по стандарту ISO 9060:2018, который пришел на смену устаревшей версии 1990 года, либо по эквивалентным нормам Всемирной метеорологической организации (ВМО). В этих документах принята особая система классификации: приборы высшей точности относят к классу A (ранее – «вторичный эталон» по ISO 9060:1990, или «высокое качество» по ВМО). Устройства с более низкой точностью соответствуют классу B (раньше – «первый класс» по ISO, или «хорошее качество» по ВМО). Существует и класс C, ранее называвшийся «вторым классом», требования к которому еще мягче. В России данную область регулируют ГОСТ Р 8.807-2012 и ГОСТ 8.195-2013.
Принцип действия актинометров
Термоэлектрические актинометры являются самыми распространенными. Их принцип основан на том, что зачерненная поверхность поглощает энергию и нагревается. В них используется термобатарея (термопара), которая преобразует разницу температур между нагретой (черной) поверхностью и холодной (затененной) частью корпуса в электрический ток. Его силу и измеряют. К этому типу относится большинство современных приборов, например, классический термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского.
В некоторых устройствах, особенно в тех, что применяются в солнечной энергетике, в качестве датчика может использоваться фотодиод. В отличие от тепловых приборов, фотодиодная технология напрямую преобразует энергию квантов света в электрический ток. Такие фотоэлектрические актинометры очень компактны и обладают высоким быстродействием, но их спектральная чувствительность неравномерна, поэтому для высокоточных метеорологических измерений их обычно не используют.
Ценность и применение актинометров
С ростом доли «зеленой» энергетики актинометры становятся ключевым инструментом для контроля и оценки производительности фотоэлектрических систем (солнечных панелей). Измерения помогают выявлять затенение, загрязнение и износ, устанавливая базовый уровень генерации для обнаружения неисправностей при отклонении от него, а также планировать обслуживание и прогнозировать доходы. Кроме того, результаты критически важны для калибровки и поверки оборудования согласно международным стандартам.
На этапе разработки фотоэлектрических систем актинометрические измерения служат основой для расчетов энергоэффективности и оптимизации материалов. Умножив полученную актинометрами эталонную интенсивность излучения на площадь панели, получают оценку выработки электричества, а сравнив ее с фактической мощностью – определяют КПД системы. Это позволяет сопоставлять различные материалы, оценивать новые технологии и отслеживать деградацию элементов. Точные показания пиранометров служат входными данными для компьютерных моделей.
В фундаментальной науке актинометры имеют большое значение для:
- исследования энергопреобразования в системе Земля-атмосфера;
- наблюдения за распределением и динамикой входящего и исходящего излучения;
- изучения свойств атмосферных составляющих (озона, аэрозолей, водяного пара);
- проверки спутниковых измерений.
Где купить актинометры
Приобрести актинометры – термоэлектрические пиранометры или другие типы – можно прямо на этом сайте, в соответствующем разделе каталога. Если вы уже ознакомились с ассортиментом, но хотите уточнить актуальные цены и наличие на складе, просто свяжитесь с нашей командой. Специалисты подробно проконсультируют вас по характеристикам изделий и помогут подобрать оптимальную модель под конкретные задачи.
Приборы, внесенные в Реестр СИ, проходят обязательную поверку и калибровку. Мы готовы организовать для вас эти процедуры через проверенные аккредитованные организации. Кроме того, для своих заказчиков мы предоставляем полный комплекс услуг: техническое обслуживание, ремонт, монтаж, пусконаладку и обучение персонала. Вся необходимая техническая документация прилагается к поставкам или может быть направлена по электронной почте.
Поставки актинометров осуществляются во все страны Таможенного союза – Россию, Казахстан, Беларусь, Армению и Киргизию. Доступна постоплата, а при наличии приборов на складе возможна отгрузка день в день.