1、1 印月9510月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 27.160 K802415033經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 9510月31日 月日 (共15頁)太陽能量測半球太陽輻射與直接太陽輻射儀器之規格及分級 Solar energy Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation 目錄 節次 頁數 1. 適用範圍 . 2 2. 引用標準 . 2 3. 定義 . 2 4. 量測半
2、球太陽輻射之儀器全天空輻射計 . 3 5. 量測直接太陽輻射之儀器日射強度計 7 6. 最終註釋 . 9 附件 A. 對於表 1 所列規格之說明 11 A.1 響應時間 . 11 A.2 零點偏移 . 11 A.3 不穩定性 . 11 A.4 非線性 11 A.5 方向性響應 (對於光束輻射 ). 11 A.6 光譜選擇性 . 12 A.7 溫度響應 . 13 A.8 傾斜響應 . 13 B. WMO 之氣象儀器與觀察方法指引第 9.3.1.1 節摘要 (原級標準日射強度計 ) 14 C. 參考文獻 15 2 CNS 15033, K 8024 簡介 本標準係規定太陽輻射之量測方法與儀器，用以
3、支持太陽能利用的國家標準之一。 準確的太陽輻射數據被使用於氣象學中，且為發展太陽能器具與特別是在進行其性能測試、太陽輻射模擬與資源評估時所需要。 要決定太陽能器具之轉換效率時，需要進行太陽輻射之量測。為要能進行太陽輻射數據之全球性比較，需要有這些儀器之規格與分級。 本標準所規定之太陽輻射計之規格與分級，係依據類似世界氣象組織 (WMO)所使用之術語與方法。為符合太陽能利用與器具之特定要求，故規格與分級不同於 WMO 之文件。 本標準特別建立為實施本分級所必須之規則。 1. 適用範圍 本標準建立量測半球太 陽輻射與直接太陽輻射之儀器的分級與規格，以供使用於整體光譜介於 0.3 m 3 m 之範圍
4、。 量測半球太陽輻 射與直接太陽輻射之儀器分級係依據其室內與戶外之性能測試結果。屬於原級標準之直 接太陽輻射儀器，其分級基準係基於其在戶外測試狀況下取得量測可重複性的設計 與規格，且經過在戶外測試狀況下各日射強度計之間比較的定期驗證。 2. 引用標準 下列標準中所包含之條 款，被引用作為本標準之部分條款。當本標準發行時，所標示之版本皆為有效版本 。由於所有標準皆會修改，故凡依據本標準訂定協議之當事者，應儘可能查明採用 下列標準之最新版本。未註明日期之引用，應查明採用其最新版本。 世界氣象組織， “氣象儀器與觀測方法之指引 ”， No. 8,5th edition,WMO,Geneva, 198
5、3。 3. 定義 本標準採用下列各項用詞與定義 3.1 半球太陽輻射 (hemispherical solar radiation)：一個平面表面接收來自 2 sr 立體角之太陽輻射量。 備考： 入射在地球表面之半球太陽輻射中，超過 99%均處於 0.3 m 3 m 的波長範圍內。一般來說，半球太陽輻射係由直接太陽輻射、漫太陽輻射 (在大氣中被散射之太陽輻射 )及被地面所反射之太陽輻射所組成。 3.2 全天空太陽輻射 (global solar radiation)：一個水平平面所接收之半球太陽輻射。 3.3 直接太陽輻射 (direct solar radiation)：在已知平面上，接收來
6、自太陽圓盤為中心的小立體角之輻射。 備考： 一般來說，直接太陽輻射係以視野角 (field-of-view angle)上限為 15的儀器來量測。因此環繞太陽圓盤 附近之散射輻射 (環日輻射 )，亦有一部分被納入 (見第 5.1 節 )。 在地面所接受之半球太陽輻射，超過 99%均處於 0.3 m 3 m 的波長範圍內。 3.4 全天空輻射計 (pyranometer)：設計用來量測一個平面接收器表面照射度之輻射計，係由半球上方波長範圍從 0.3 m 3 m 入射之輻射通量 (radiant flux)獲得。 3 CNS 15033, K 8024備考： 所給予之光譜範圍僅屬於標稱性質。依據用
7、以保護全天空輻射計接收面之圓頂 (見第 4.1 節 )所使用之材料而定，其響應率之光譜限制大約接近上述之範圍。 設計類似於全天空輻射計，但是具備光譜響應率與表 1 所規定之光譜範圍 (見表1 參考編號 3d)並不一致之光電感應器的輻射計，通常依據其感應器來命名，例如稱為 “矽全天空輻射計 ”或簡稱 “Si-全天空輻射計 ”。 3.5 日射強度計 (pyrheliometer)：一種設計用來量測照射 度之輻射計。此照射度係來自與平面接收器表面之垂直軸心呈現一個明確界 定立體角度之太陽輻射通量 (solar radiant flux)。 備考： 依據此定義，日射強度計係用來量測垂直入射 (norm
8、al incidence)之直接太陽輻射。一般典型日射強度計之視野角 (field-of-view angle)範圍為 510。與一般不具窗口之儀器不同的是，場日射強度計之光譜響應率(spectral responsivity)限制於 0.3 m 3 m 的範圍，並依據保護接收器表面之窗口 (window)的光譜透射率 (spectral transmittance)而定。但是無窗口之儀器，在操作時之能量損失低於 1%。 3.6 世界輻射參考 world radiometric reference (WRR)：代表 SI 單位之照射度且具有低於 0.3%不確定度的量測標準 (見世界氣象組織之氣
9、象儀器與觀察方法之指引，1983 第 9.1.3 節 )。此標準係由世界氣象組織 (WMO)所採納，並自 1980 年 7 月 1 日起即開始生效。 為確保其長期穩定性， WRR 係由一群 (稱為世界標準群 )至少 4 個不同設計之日射強度計 (見第 5.2.1 節 )所組成，並由位於瑞士 Davos 的 WMO 世界輻射中心所維護。 3.7 林克濁度因子 (Linke turbidity factor)：直接太陽輻射為總大氣層所衰減的相對量測值。僅與分子散射所形成之衰減有關。 林克濁度因子 可以被解釋為是穿透過一個乾淨且不具吸收性分子大氣層之路徑長度的一個假定乘數，被用以配合 所量測得之光束
10、衰減情況。有關數學之處理(見參考文獻 2)。 4. 量測半球太陽輻射之儀器全天空輻射計 4.1 一般結構設計 全天空輻射計係使用來量測半球太陽輻射的輻射計 (見第 3.1 節與第 3.4 節 )。 進行量測時由於受到光譜限制，僅 允許使用具備吸收表面之熱能感應器，方能達成全天空輻射計所要求之均勻光譜響應率 (見表 1 參考編號 3d)。 熱能感應器可以將輻射能量轉換成 熱能，並因此造成接收表面之溫度上升。此溫度上升量會受流至熱匯 (heat sinks)之各種熱損失所平衡 (例如全天空輻射計之本體與環境空氣 )。 一個全天空輻射計之熱能感應器通 常使用一個或兩個玻璃圓頂來保護，使其不至於遭受到
11、風、雨、灰塵之侵襲及 熱能輻射之交換所影響。因為這些圓頂之光譜透射率而限制其光譜響應率之範圍至大約為 0.3 m 3 m 之間。 4 CNS 15033, K 8024 一個全天空輻射計之主要部分包括： (a) 熱能感應器，其接收面漆成黑色或黑白交替顏色。 (b) (一個或兩個 )玻璃圓頂，與接受表面同心以遮蓋接收器。 (c) 一個通常被遮陽屏所遮蓋之本體，被使用作為一個熱能參考物體。 4.2 型式 最常用的一 種全天空輻射計，係屬於一種具備一個熱電堆 (thermopile)(有時亦稱為熱能電池 )用以量測塗黑的接收面主動接面 (active junctions)與本體被動接面 (passi
12、ve junctions)之溫度差異的 “熱電 ”型全天空輻射計。主動接面與被動接面之位置與數量，在不同全天空輻射計機型上具有極大差異。一般來說，這些感應器均係由兩個同心玻璃圓頂所遮蓋，以對於熱能輻射所產生之偏差達成強度之衰減作用。 一種特殊之設計係屬 “黑白全天空輻射計 ”。其被動接面 係與平均分布在面積頗大之接收面上的白色部分進行熱能 連接。一般來說，在黑白儀器上僅使用一個圓頂，因為此類儀器假設熱能輻射將可遭到白漆之等量吸收。 使用電力來取代輻射功率以進行自行檢查 (self-check)的全天空輻射計，已經可以商業取得。但是具有腔體接收器 (cavity receiver)(相當於絕對日
13、射強度計，見第 5.2.1 節 )之 “絕對全天空輻射計 ”，尚未能自市面上取得。 依據光電接收器 (使用矽光電電池 )且具有 2視野角 (field-of-view angle)之輻射計，已經以 “矽全天空輻射計 ”之名稱，在市面上銷售。 目前此種儀器尚無法符合進行分級 (見表 1)所需要之光譜響應率 (responsivity)一致性。 至於以上所述型式之外的其他全天 空輻射計設計，只要能符合對於太陽能應用之特定要求事項時，亦可以被使用。有關於不同型式全天空輻射計之詳細敘述，可見於參考文獻 1、 2、 3中。 4.3 分級 有關於全天空輻射計之分級，係完 全依據針對這些儀器之設計與製造品質
14、所做出之量測規格來進行。 備考： 由全天空輻射計所量測得之太陽輻射數據之準確性，不僅依靠儀器之級別，亦且依靠： (a) 校正程序。 (b) 量測狀況與維護。 (c) 環境狀況。 因此僅能在將所有相關因數與儀器 級別納入考量之後，方能針對個別儀器做出針對總體量測不確定度之陳述。 此分級方式係依據表 1 所示之不同規格與第 4.3.2 節之不同分級準則來提出。 定義 3 種不同級別之全天空輻射計如下： (a) 次級標準全天空輻射計。 (b) 一級全天空輻射計 (包括使用於太陽能測試器具之一級全天空輻射計之特別群組 )。 5 CNS 15033, K 8024(c) 二級全天空輻射計。 備考： 此處
15、未做出原級標準之分級，因為有關全天空照射度 (global irradiance)之最準確測定，一般認為是由一個絕對日射強度計所做出之直接輻射數據，再加上依據以一個遮光圓盤遮住太陽之次級標準全天空輻射計所量測出之漫太陽照射度數據這兩項數據之相加總和。 4.3.1 全天空輻射計規格之限制值 全天空輻射計之規格可以做出下列分組： (a) 響應時間 (對於取得最終讀數穩定期間之固有熱慣性之量測 )。 (b) 零點偏移 (zero off-set)(針對熱能輻射與瞬時溫度效應所規定歸零點之穩定性之量測 )。 (c) 響應率依賴下述之結果： (1) 老化效應 (對於長期穩定性之量測 )。 (2) 照射度
16、水準 (對於非線性之量測 )。 (3) 照射度之方向 (對於偏離理想 “餘弦行為 ”與其方位變異之量測 )。 (4) 照射度之光譜分布 (對於光譜響應率之光譜選擇性之量測 )。 (5) 全天空輻射計本體之溫度。 (6) 接收面之傾斜角度。 如果一個個別測試結果之平均數值，不超過表 1 所列出針對特定級別儀器之規格的相對限制數值，則該項規格就算被符合。 表 1 所列出之規格應該經過測試來驗證。有關於這些規格項目之額外資訊，提供於附件 A 中。 備考 1. 表 1 係依據 WMO 相對應分級 (見第 2 節 )之基礎來擬定。該項 WMO分級制度定義 3 個全天空輻射計之分級，亦即是次級標準、一級全
17、天空輻射計與二級全天空輻射計等 3 種。因為太陽能測試應用之要求事項與在量測技術上之最近改善等緣故，表 1 所列之限制數值有時比在相對應 WMO 表上所列出之數值更為嚴格。 2. 使用於太陽能測試應用之一級全天空輻射計，係如第 4.3.2 節所定義者。 3. 一項有關於測試全天空輻射計特性之國際標準，目前正在研擬中。 如果表 1 所列之 8 項規格全部符合，且其分級亦符合第 4.3.2 節與第 4.3.3節所述之分級時，則一個全天空輻射計被視為是屬於一個特定級別 (specific category)。 6 CNS 15033, K 8024 表 1 全天空輻射計之規格清單 全天空輻射計級別
18、參考編號 規格 次級標準 一級 二級 1 響應時間： 達到 95%響應之時間 15 s 30 s 60 s 2 零點偏移： a. 對 200W m-2 凈熱輻射之響應 (通風下 ) b. 對 5 K h-1環 境溫度變化之響應 + 7 W m-2 2 W m-2+ 15W m-2 4W m-2+ 30 W m-2 8 W m-23a 不穩定性： 響應率之年變化百分比 0.8% 1.5% 3% 3b 非線性： 因為照射度發生在 100 1000 W m-2範圍內之改 變時，在 500W m-2時響應率之偏差百分比 0.5% 1% 3% 3c 方向性響應 (對於光束輻射 )：因為假設垂直入 射響應
19、對在所有方向進行量 測均屬有效時，所造成誤差之範圍。該量測係針對來自任 何方向之光束輻射，其垂直入射照射度為1000 W m-2 10 W m-2 20 W m-2 30W m-23d 光譜選擇性： 一個產品針對相 對平均值介於 0.35 m 1.5 m光線的光譜吸收度與光譜 透射率之偏差百分比 3% 5% 10% 3e 溫度響應： 因為環 境 溫度發生區間為 50 K之改變時所產生 之偏差百分比 2% 4% 8 % 3f 傾斜響應： 因為傾斜角發生在 1000 Wm-2 照射度下 0 90之改變時，在 0傾斜下 (水平時 )響應率之偏差百分比 0.5% 2% 5% 7 CNS 15033,
20、K 80244.3.2 分級準則 依據其級別之不同，全天空輻射 計之分級得被應用於個別儀器或是一整群(特別型式 )儀器上。 如果符合表 1 所列之個別規格時，一個次級標準全天空輻射計之分級，僅能被使用於個別儀器上。 如果符合表 1 所列之個別規格時，一級或二級全天空輻射計之分級，得以被使用於個別儀器或特別型式 (相同設計之儀器 )之全天空輻射計上。一個類型之全天空輻射計如果適當之級別品質控制獲得確認，且每個全天空輻射計皆符合個別之規格時，則可以被稱為是屬於一個特別級別 (particular category)。 如果個別儀器能夠符合表 1 所列之方位與餘弦響應規格時，則該全天空輻射計可以被分
21、級為作為太陽能測試應用之一級全天空輻射計。 4.3.3 分級之識別 一個特別全天空輻射計之分級， 應以儀器上之適當標示與授證測試實驗室所頒發之測試證 書方式來加以識別。頒發證書之測試實驗室應該取得 ISO之授權。 5. 量測直接太陽輻射之儀器日射強度計 5.1 一般結構設計 一個日射強度計之主要部分如下所列： (a) 熱能感應器，係一個被漆成黑色之接收平面或有一個吸收入射輻射之腔體。 (b) 視線限制管 (或隔膜管，或稱天空閉塞管 )，用以定義幾何視野角 (field-of-view geometry)由管子長度 l，開口之半徑 a 與接收面之半徑 r，可以決定中央視野角 (field-of-
22、view angle)2 arctan(a/l)與傾斜角 arctan (a -r)/ l。 (c) 可調整之儀座，使日射強度 計得以追蹤太陽或被調整成具此功能 (可調整儀座可以是整體儀器設計之一部分，或是一個允許與一個適當之太陽追蹤系統結合之分別裝置 )。 若將針對太陽追蹤裝置之準確度與 管長度之要求事項限制在符合實際極限時，可商業取得之日射強度計的傾斜角通常為 1左右，視野角 (field-of-view angle)對於較新設計之日射強度計約為 5左右，對於較舊設計者則可高至 15左右。 因為自地球表面看來，太陽圓盤具有 32的直徑，因此依據大氣層氣懸膠之內含物而定，通常在直接太陽輻射之
23、量測中納入較大部分之光暈 (aureole)部分 (見第3.3 節 )。 用於連續野外量測日射強度計之接 收平面藉由一個石英窗口或通風系統以防止灰塵、昆蟲、風或其他氣候現象之侵害。 有關於不同型式之日射強度計的詳細敘述，請見參考文獻 1、 2、 3。 5.2 型式 5.2.1 絕對日射強度計 (absolute pyrheliometer) 基本上一個絕對日射強度計乃是一個照射度標度 (scale of irradiance)之實現。 備考： 有必要藉著 實驗室量測與模型計算之方式，來給此種儀器一個嚴密8 CNS 15033, K 8024 審查，以決定其對理想狀況之偏離情況。此程序被稱為儀器
24、之 “特徵化 (characterization)”，並且可以 產生一個被用來轉換輸出訊號至照射度之減少因數 (reduction factor)。此因數之不確定度決定此儀器之絕對準確度。 具有現代設計之絕對日射強度計，使用腔體 (cavities)作為接收器與經過電氣校準之差異熱通量計 (differential heat-flux meter)作為感應器。這些儀器通常使用於主動或被動模式。在主 動模式時，熱通量在遮陽與日曬階段皆被維持固定；兩個階段之電力差異 則與輻射功率成比例。在被動模式時，僅在遮陽階段時才維持電力加熱。 實際上，當日射強度計處於主動模式時，對於輻射量之量測在量測系列之
25、遮陽階段遭受到定期性之阻擾；而在被動模式時，遮陽階段則發生於量測系列開始之前。 5.2.2 補償式日射強度計 (compensation pyrheliometer) 屬於較舊設計 (亦即是不具備腔體者 )且具備對入射輻射功率之電力替換的日射強度計，依然被許多國家與 區域輻射中心所廣泛使用。這些儀器需要被進行校正。 例如 Angstrom-Compensation-Pyrheliometer 即是在一 個管中具有兩個相鄰接收器，且其功能可以交替使用 。當其中一個接收器為太陽所照射時，另一個接收器則被遮蔽而同時進行電力加熱。亦即是在一 個接收器被遮蔽時，可以取得另一個接收器的量測得輻射數值。 5
26、.2.3 不具備電力替換之日射強度計 (pyrheliometer without electrical substitution) 這些日射強度計屬於是 “相對儀器 ”，且通常以熱電堆作為感應器。它們允許對輻射進行連續記錄，且被使用 為場日射強度計；多數情況下皆具有一個耐候保護罩。 5.3 分級 日射強度計被分為以下兩類： (a) 原級標準日射強度計。 (b) 較低級別之日射強度計。 僅有藉著校正因數之測定與其長期 穩定性，而在本質已經定義其不確定度程度之絕對日射強度計，才可以被分級為原級標準。 5.3.1 原級標準日射強度計 (primary standard pyrheliometer)
27、 5.3.1.1 一個絕對日射強度計，在與 WMO 對於原級標準儀器之規格 (見第 2 節與附件 B)一致時，為本標準之目的，可以被指定為是一個原級標準。 5.3.1.2 若是在一個 4 年期間內每 2 年繳交 1 次 “被承認之日射強度計比較 ”(見下述 )，且被認定其功能位於參考 (reference)之 0.25%範圍內時，為本標準之目的，一個絕對日射強度計可以被指定為是一個原級標準。 為本標準之目的，一個被承認之日射強度計比較 (recognized phrheliometer comparison)，應符合下列準則： (a) 參考 ( 或譯為基準或標準 )(reference)應以至
28、少兩個原級標準來建9 CNS 15033, K 8024立，其中一個應該定期繳交給 WMO 國際日射強度計比較(international pyrheliometer)。 (b) 進行比較時之氣候狀況應符合下列規格：天空狀況為無雲；林克濁度因子低於 5；儀器所在場址之風速低於 3 m s-1；空氣溫度高於 0。 (c) 數據取得系統應具有在 1000 W m-2時之 510-5的解析度，並須允許在不同量測系列之間進行一項比較結果之評估。 將一個絕對日射強度計分級為原級標準時，應藉著與被承認日射強度計進行比較，以測試其響應率在一個 2 年期間內維持在 0.2%範圍內之方式，來進行定期驗證。 對於
29、儀器性能與其使用於比較之歷史紀錄，須可以在被要求下取得。 5.3.2 較低級別之日射強度計 (pyrheliometers of lower category) 次級標準日射強度計與一級和二 級日射強度計，係依據這些儀器之量測規格 (依據其設計與製造品質 )與對於可追溯性之規定來分級。 備考： 由日射強度 計所測得之太陽輻射數據之準確度，不只是依靠儀器之分級，也依 靠維護與環境狀況來決定。因此對於整體不確定度之聲明，只能在 考量所有相關因數與儀器之級別後，針對個別儀器來做出表示。 表 2 列出針對日射強度計之規格。這些規格，除了方向性 響應項目被排除，與可追溯性項目被納入之外，基本上與使用於
30、全天空輻射計者 (見第 4.3.1節 )相同。 如果一個個別測試結果之平均數值，不超過表 2 所列出針對特定級別儀器之規格的相對限制數值時，則該項規格就算被符合。 如果表 2 所列針對個別級別之 8 項規格全部符合，且若分級符合第 5.4 節所述之準則時 ，一個日射強度計被視為是屬於一個特定級別 (specific category)。 5.4 分級準則 依據其級別之不同，日射強度計之分級得被應用於個別儀器或一整群 (特別型式 )儀器上。 一個原級或次級標準日射強度計之分級，僅能被使用於個別儀器上。 如果符合個別規格時，一級或二級 日射強度計之分級，得以被使用於個別儀器或同一個特別型式 (相同
31、設計之儀器 )之日射強度計上。應使用校正來控制性能之可能衰退與移動，以驗證一級與 二級日射強度計之分級屬於有效。一個類型之日射強度計如果適當之級別品質 控制獲得確認，且每個日射強度計皆符合個別之規格時，則可以被稱為是屬於一個特別級別 (particular category)。 6. 最終註釋 除本標準所規定之分級與規格準則之外，亦須注意下列各點，以確保儀器在進行太陽輻射量測時得以達成足夠之準確度：適當之調整、定期維護及使用具有足夠靈敏度與穩定性之記錄裝置。 10 CNS 15033, K 8024 表 2 日射強度計之規格清單 日射強度計級別 參考編號 規格 次級標準 一級 二級 1 響應時
32、間： 達到 95%響應之時間 15 s 20 s 30 s 2 零點偏移： (a) 對 5 K h-1環境溫度變化之響應 1 W m-2 3 W m-2 6 W m-23a 不穩定性： 響應率之年變化百分比 0.5% 1% 2% 3b 非線性： 因為照射度發生在100 1000 W m-2範圍內之改變時，在 500W m-2時響應率之偏差百分比 0.2% 0.5% 2% 3d 光譜選擇性： 一個產品針對相對平均值介於 0.35 m1.5 m光線的光譜吸收度與光譜透射率之偏差百分比 0.5% 1% 5% 3e 溫度響應： 因為環境溫度發生區間為 50 K之改變時所產生之偏差百分比 1% 2% 1
33、0 % 3f 傾斜響應： 因為傾斜角發生在1000 W m-2照射度下0 90之改變時，在0傾斜下 (水平時 )之響應率之偏差百分比 0.2% 0.5% 2% 4 可追溯性 靠定期比較來維持 與一個原級標準日射強度計來比較 與一個次級標準或更佳之日射強度計來比較 與一個一級或更佳之日射強度計來比較 11 CNS 15033, K 8024附件 A (參考 ) 對於表 1 所列規格之說明 本說明旨在突顯選擇這些測試參數理由，而非敘述測試方法之細節 (見第 4.3.1 節 )。 A.1 響應時間 (response time) 因為事實上一般全天空 輻射計之熱平衡時間僅能被以數個時間常數來敘述，因
34、此穩定 (settling)現象須以一個儀器達到最終讀數 95%的時間來表示。 WMO 所列出之數值為 99%，雖然較為接近最終數值，但是因為偏移 (off-set)現象具有較大不確定度，且與風速更有關連 。儘管如此，須強調的是，若是要取得迅速變化輻射來源之照射度量測時，即使是達到 99.5%數值所需之時間都須加以考量。 A.2 零點偏移 (zero off-set) 此處所提及 (產生零點偏移 )之效應，僅為最常見的兩個情況。本體溫度之快速改變，可能是由寒冷陣雨所形成者，已被排除。 使用通風機 (blower)來符合給定之上限數值，屬於可以被接受之行為。此時吹風機本身，包括其機械介面 ，必須
35、可以商業取得並且依據被通風之部分與所需要之冷卻來加以說明。 例如規定之凈熱輻射通量密度 200 W m-2實現時，乃是在本體溫度 30與天空溫度 -10時所達成。 所規定之每小時本體溫度之改變，可以發生在一個晴天之早晨時。 A.3 不穩定性 (non-stability) 一般來說，在測試全天空輻射計之響應率之再現性已經是在 5%之內。全天空輻射計響應率之低穩定性 可以依據可容忍之不確定度水準，使用更頻繁的校正來加以補償。 A.4 非線性 (non-linearity) 規定整個有用照射度範圍 (大約 100 W m-2 1000 W m-2)之非線性乃是十分重要工作。 A.5 方向性響應 (
36、對於光束輻射 ) directional response (for beam radiation) A.5.1 為確保達成限定數 值，必須量測來自下列方向之垂直入射之相對響應率：在 12 個方位角度 (0、 30、 60330)下的入射角度 30、 40、 50、 60、70、 80。 (方位角 = 0代表全天空輻射計之電纜出口方向 )。 A.5.2 一個全天空輻射計之方向性 之特徵化，係以光束輻射之響應率相對於全天空輻射計之方向的函數來表示。 對一個理想的全天空輻射計來說，響應率係訊號與入射照射度之比率，與方向 無關。在實際之全天空輻射計上，所以會有因為方向不同造成響應率之變化， 導致量測
37、誤差所造成。此情況會發生是在響應率變異或是入射輻射角度之分布或是兩者同時皆屬於不詳或是被忽略時。 在表 1 參考編號 3c 中，此方向性被指定為一個絕對誤差 (W m-2)。此誤差可能因忽視響應率變異，與量測 1000 W m-2垂直入射照射度之光束輻射時，12 CNS 15033, K 8024 使用其約略值之故。 1000 W m-2方向性誤差之數學表示為： 1000(, ) = 1000 cos )0(R),(R= 1 此時， 1000(, )：為 1000 W m-2之方向性誤差，單位為 W m-2。 ：為入射角 ( = 0 為垂直 )，單位為度。 ：為第 5.1 節所述之方位角，單位
38、為度。 R(, )：為光束輻射在對指定之 與 角度下之響應率，單位為 Wm-2。 R( = 0)：為垂直入射之響應率，單位為 W m-2。 對於全天空輻射計方向性之另一個敘述，稱為 “餘弦誤差 (cosine error)”或 cos(, )，也常被使用。此值定義為來自垂直入射數值的響應率之偏差百分比： 1000(, ) = 100 )0(R),(R= 1 此餘弦誤差與 1000 W m-2方向性誤差以下列公式相連： cos(, ) =cos10),(1000方向性之試驗室量測方式，經常不變的係在改變全天空輻射計與光束的相對方向下，施加固定能量之光束輻射於全天空輻射計上。此時訊號 S (, )
39、係被記錄為方向之函數。此時來自 “1000 W m-2之方向性誤差 ”與 “餘弦誤差 ”接著使用下列公式來計算： 1000(, ) = 1000 )0(S),(S=cos 與 cos(, ) = 100 =cos)0(S),(S 1 此時， S(, )乃是訊號，單位為伏特。 1000被選擇用來指定在表 1 中的全天空輻射計等級，因為其較 cos具有多項優點，包括： (a) 它是一個方向的緩慢變動函數； (b) 它在所有入射方向下皆可被大略相同 (3 W m-2)的精密度來量測； (c) 對於每個全天空輻射計等級只需要用一個數值來指定在所有方 向下之性能 (亦即是 10 W m-2， 20 W
40、m-2或 30W m-2)。 此外因為直接太陽光束從未超過 1000 W m-2，因此 1000可以作為在戶外正常使用時因為全天空輻射計響應率之 方向性所可能發生誤差之大約最大限制值。 A.6 光譜選擇性 (spectral selectivity) 進行一個全天空輻射計 之光譜選擇性之直接量測時，需要一個高度靈敏度之量測技術。所給定之波長範圍之限制，已經使用 WG 295 與 K5 型式之 Schott glass 來13 CNS 15033, K 8024決定。若使用白熾燈泡之輻射時，超過 1.5 m 波長之範圍亦應被考量。 A.7 溫度響應 (temperature response)
41、指出溫度間隔為 50 K，可以允許對不同氣候使用之全天空輻射計做出統一分級。 A.8 傾斜響應 (tilt response) 傾斜響應應在最為關鍵之狀況下決定，例如使用照射度為 1000 W m-2下全天空輻射計之最不利方位。 14 CNS 15033, K 8024 附件 B (參考 ) WMO 之氣象儀器與觀察方法指引第 9.3.1.1 節摘要 (原級標準日射強度計 ) 在一個絕對日射強度計被指定與使用為原級標準之前，須要符合下列規格： (a) 在一系列製造完成之輻射計中，至少需要有一個儀器被進行完整之特徵化(characterization)工作。在全標度值 (full scale v
42、alue)為 1 kW m-2時，此特徵化之均方根 (root mean square)的不確定度須低於 0.25%。絕對不確定度 (所有個別不確定度之單純相加值 )，不應超過 0.5%。 (b) 一個系列中的每一個個別儀器，均需要與進行過特徵化之儀器進行比較，且沒有一個儀器之偏離值，可以超過依據 (a)段所決定之均方根 (root mean square)。 (c) 有關於此儀器之特徵化與比較結果之詳細敘述，應該可以在提出要求之下取得。 (d) 藉著與世界標準群或其他仔細建立與獲得承認相對等進行比較來建立可追溯性，乃是在證明設計屬於技術發展水準之內時所需要。若是 WRR 處於依據 (a)節所
43、決定之均方根之內時，則符合後項規定。 15 CNS 15033, K 8024附件 C (參考 ) 參考文獻 1 ROBINSON, N. (Ed). Solar Radiation. Elsevier Publishing Company, Amsterdam/ London/New York, 1966. 2 COULSON, K.L. Solar and Terrestrial Radiation: Methods and Measurements. Academic Press, New York, 1975. 3 World Meteorological Organization. Revised instruction manual on radiation instruments and measurements. WCRP Publications Series No. 7, WMO/TD-No. 149, Geneva, 1986. 相對應國際標準：ISO 9060：1990 Solar energy Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation
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