1、1 印月961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 K802815066經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 961月18日 月日 (共21頁)太陽能比較參考全天空輻射計校正場全天空輻射計 Solar energy Calibration of field pyranometers by comparison to a reference pyranometer 目錄 節次 頁次 1. 適用範圍 2 2. 引用標準 2 3. 定義 3 4. 儀器設備 3 5. 校正程序 4 6. 校正證書 10 7. 精密度與準確度 . 11 附錄 A.
2、 使用人工光源之校正裝置 12 B. 干擾與預先注意 . 16 C. 每日平均太陽角度之計算 18 D. 方向性響應比值之測定程序 20 E. 參考文獻 21 2 CNS 15066, K 8028 簡介 對於全天空 (半球 )太陽輻射照射度之準確與精密量測，需要項目如下： (a) 測定可讓平板式太陽能集熱器接收之能量； (b) 在測試太陽與非太陽相關材料技術時，對照射度與輻射曝露量之評估； (c) 評估直接與漫太陽輻射成分，以作為能源預算分析 (energy budget)、繪製太陽能地理分布及協助決定氣懸膠濃度、懸浮微粒污染和水蒸氣效應等用途。 儘管進行氣象與資源評估量測時，一般需要全天空
3、輻射計朝向垂直軸心方向，但是在進行與平板式集熱器和相關材料太陽曝露研究相關之應用時，有需要進行儀器處於一個事先決定的傾斜和非垂直方向時之校正。對於在固定傾斜角度時進行之校正，在有些應用時需要具備有當前技術發展水準 (state-of-the-art)之準確度，並需要對於餘弦、傾斜度與方位進行矯正 (corrections)。 1. 適用範圍 (Scope) 1.1 本標準規定使用參考全天空輻射計來進行場 全天空輻射計之校正的兩種首選(preferred)方法。 1.2 第一種方法係供戶外校正使用第 1 類，使用太陽輻射作為光源；第二種方法係供室內校正使用第 2 類，使用一個人工輻射光源。 1.
4、2.1 場全天空輻射計於戶外校正之進 行，可以在全天空輻射計處於水平位置時(亦即是零傾斜度 )第 1a 類，處於傾斜位置時第 1b 類，或是處於接收器平面與太陽光束成分為維持垂直之垂直入射第 1c 類 )位置時。 1.2.2 場全天空輻射計之室內校正，可以使用一個具有被遮蔽燈源第 2a 類、未遮蔽燈源第 2b 類或處於垂直入射第 2c 類之整合球體 (integrating sphere)來進行，且通常使用一個光具座 (optical bench)以使得接收平面垂直於燈源光束。 第 2a 與 2b 類分別相對應於處於多雲與晴朗但具大片薄雲之戶外校正狀況。第 2c 則相對應於第 1c 類之垂直入
5、射校正情況。 1.3 本標準所規定之校正方法可以追溯至世界輻射參考 (WRR)；對於 1956 年國際日射強度計刻度標準（ the International Pyrheliometric Scale）之追溯性則不被允許。 1.4 本標準適用於多數類型之場全天空輻 射計，不管其所使用之輻射接收器類型為何。一般來說，使用於入射太陽照射 度長期監測之所有全天空輻射計，只要其參考全天空輻射計已經在傾斜位置下 先行進行校正且此傾斜度基本上與校正時所用傾斜度相同時，均可使用本標準所述之方法來進行校正。 備考： 使用為集熱器測試 (collector test)之全天空輻射計，須使用一個參考日射強度計來進
6、行校正。 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。 3 CNS 15066, K 8028 CNS 15033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 CNS 15065太陽能使用一個日射強度計校正全天空輻射計 3. 定義 為本標準之目的，下列定義皆適用： 3.1 經緯儀座 (altazimuth mount)：一個可以進行垂直 (orthogonal)的高度與方位軸向旋轉之追蹤儀座。
7、此項追蹤動作可以是手動或由一個追隨太陽之 伺服機制(servomechanism)來進行。 (參照 CNS 15065)。 3.2 全天空 (太陽 )照射度 global (solar) irradiance：由一個水平表面所接收之半球太陽照射度。 (參照 CNS 15033)。 3.3 整合球體半球integrating sphere(hemisphere)：一個通常直徑為 1 公尺至 4公尺的球體半球，具有一個可以安裝全天空輻射計 (以與一個人工光源比較 )之平面切面 ( 通常是一個水平之底部切面 ) 。球壁漆以儘可能符合朗伯特（ Lambert）表面無光澤白漆，以提供均勻照明。 3.4
8、全天空輻射計 (pyranometer)：設計來量測對於一個平面接收器表面之照射度的輻射計。此照射度係由來自半球上方且波長介於 0.3 m 至 3 m 範圍內之入射輻射通量所造成。 (參照 CNS 15033) 3.5 場全天空輻射計 (field pyranometer)：通常符合二級 (second class)或一級 (first class)規格標準，設計來供現場使用且一般為持續曝露之全天空輻射計。 備考：有關全天空輻射計之分級，請參照 CNS 15033。 3.6 參考全天空輻射計 (reference pyranometer)：維護完善之全天空輻射計，因為其穩定性與品質，而被選用來
9、僅使用於校正其他儀器之使用。 3.7 測試全天空輻射計 (test pyranometer)：被校正之全天空輻射計，不論其等級或光學接收器 (photoreceptor)為何種類型。 3.8 傾斜角度 (tilt angle)：位於垂直 線與全天空輻射計軸心之間的角度 (相當於水平面與偵測器 (detector)平面之間的角度 )。 3.9 校正因數 (calibration factor)：乃為一乘數，係用以自測出伏特值導出全天空太陽照射度。其單位為其響應率之倒數 (例如：瓦特每平方公尺每微伏特 ) 4. 儀器設備 4.1 數位電子信號讀出裝置 任何具有準確度優於 0.1%的數位微伏特計皆可
10、以使用。可以列印輸出之數據記錄器 (data logger)，應具有每分鐘至少兩次的量測頻率。至少具有三頻道能力之數據記錄器將較為有用。 4.2 參考全天空輻射計 參考全天空輻射計應依據下列規定，特別進行選擇、測試與維護 : 4.2.1 戶外校正使用 (第 1 類 ) 供戶外校正使用之參考全天空輻射計 (第 1 類 )，一般須比較測試全天空輻射計高出一個等級 (參照 CNS 15033 之分級 )，並須具備特別高之穩定性。其響應率對溫度、照射度、傾斜度與 入射角度之關聯性應被決定。在被使用來4 CNS 15066, K 8028 校正場全天空輻射計之前 12 個月內，參考全天空輻射計本身須被藉
11、著與日射強度計進行比較之方式，於戶 外重新校正一次。此重新校正須在場全天空輻射計與參考全天空輻射計將 被使用之典型狀況下進行。此參考全天空輻射計之校正歷史須被妥善文件化。 若在校正時之量測狀 況強烈偏離場全天空輻射計之典型使用狀況時 (例如超過 5與 15方位角 )，則須使用一 個在類似狀況下被校正過之同類型參考全天空輻射計。 備考： 決定一個全 天空輻射計之響應率與溫度、照射度、傾斜度和入射角之間關聯性之試驗法，本標準未規定。 4.2.2 室內校正使用 (第 2 類 ) 供室內校正使用之參考全天空輻射計 (第 2 類 )，應與測試全天空輻射計為同一類型 以避免由所 使用之人工輻射所造成之誤差
12、；這些誤差可能主要是因為燈源光束之 不完全均質性 (imperfect homogenity)或是與太陽光譜不完全符合 (imperfect match)。此外全天空輻射計應符合第 4.2.1 節所規定之要求事項。 4.3 整合球體或半球 對於第 2a 類或第 2b 類之校正 (見第 5.3.1 節 )，需要使用一個整合球體或半球 (見第 3.3 節 )。適用之儀器設備敘述於附錄 A 中以供參考。 4.4 精密校正桌 (precision calibration table) 對於所有水平與固定傾斜角度之校 正，均需要使用一個精密校正桌。此桌在水平時為 0傾斜度 (亦即是水平 )，並應能在不確
13、定度低於 0.3以下，在適合角度範圍內進行傾斜。 備考： 參考全天空輻射計與場全天空輻射計之間的傾斜角度偏差，不應該超過0.1，亦即是全天空輻射計的傾斜 度可以被進行微調。如果校正桌屬於機械操作且其具備熱穩定性，則僅有在超過一個星期之期間後，才需要重新檢查傾斜度。 4.5 太陽追蹤儀座 (sun-tracking mount) 此儀座不管是電動或手動，皆應足 以使參考全天空輻射計與所有測試全天空輻射計，在整個測試期間皆維持與太 陽垂直狀態。此項追蹤之精密度，應可使得在所有數據取得期間偏離與太陽垂直之情況，不超過 (a) 4，當參考與測試全天空輻射計被安置在分別之追蹤器上時； (b) 10，當參
14、考與測試全天空輻射計被安置在相同之追蹤器上時。 備考： 因響應率與傾斜接收器的方位角有關，所以經緯儀儀座適合全天空輻射計用，尤其就垂直入射的追蹤方面而言，對於全天空輻射計的要求原就是比日射強度計較不嚴謹。例如 cos 4為 0.9976，因此在垂直入射校正時，僅有不顯著的不確定度是肇因於此種量的偏差。 5. 校正程序 5.1 一般考量 5 CNS 15066, K 8028 有多項與本標準所規定校正方法直 接有關聯的可能干擾與防範事項，已經提供於附錄 B 中以作為參考。 應特別注意矯正零點偏移 (zero off-set)。對於參考與測試全天空輻射計訊號的偏移 (off-set)，至少應在一個
15、量測系列之開始與結束時進行檢查。 5.2 戶外校正 (第 1 類 ) 5.2.1 一般事項 (第 1a 類、第 1b 類、第 1c 類 ) 5.2.1.1 將參考全天空輻射計與測試全天空輻射 計安裝在共同的校正桌上，以進行水平校正第 1a 類、傾斜時之校正第 1b 類，以及安裝在一個水平經緯儀或太陽指向儀座以進行垂直入射校正第 1c 類。調整兩個儀器至相同面向赤道之仰 高。確認方位參考標示 (azimuth reference mark)指向同一的共同方向。 備考：傳統上係使用信號接頭作為方位參考，並將其指向朝 赤道與下方。 5.2.1.2 調整校正桌至所需要之水平傾斜角度，該傾斜角可為 0。
16、 5.2.1.3 連接參考與測試全天空輻射計至其個別 或共同的數位伏特計上，並使用適當遮蔽 (proper shielding)。檢查儀器之電力連續性、訊號極性與訊號強度和穩定度。清潔全天空輻射計的圓頂 (見附錄 E 參考文獻 13)。藉著調換兩個儀器之位置，來檢查兩個儀器前景 (foreground)之輻射通量在相關傾斜角度時屬於相同。 5.2.2 氣象與資源量測之水平校正第 1a 類 5.2.2.1 穩定且無雲之天空狀況 在穩定無雲之天空狀況下，對於兩個儀器同時至少讀取 15 個間隔(interval)為 10 分鐘至 20 分鐘之量測系列之瞬時伏特讀數，且每個系列至少包含 21 點或更多
17、瞬時讀數。在一個兩天或三天期間內進行這些量測系列，或更長期間以涵蓋一個更大的環境狀況範圍。自清晨即開始取得數據，貫穿與包括日正當中一直到傍晚時分，以確保數據讀取期間之太陽仰角超過 20。 5.2.2.2 具有一些雲之不穩定天空狀況 在雲層與太陽之距離超過 30(見附錄 B.2 節 )之不穩定天空狀況下，對於兩個儀器同時讀取間隔為 1 分鐘至 5 分鐘之瞬時持續伏特讀數，期間為自日出至日落至少 5 天 (可長至兩星期 )。期間長度之選擇須能使得至少可以取得 15 個每個具備 21 點量測讀數以上之系列，可以代表一個橫跨上午至下午 (太陽仰角 20)之穩定輻射狀況之期間。 替代地，可以取得累計自間
18、隔為 1 分鐘至 5 分鐘之至少 15 個量測系列之讀數，其採用方式可以使得數據散佈於上午至下午之期間，並包括日正當中 (solar noon)。 5.2.2.3 多雲天空狀況 在多雲之天空狀況下，每隔 1 小時同時讀取 2 個儀器之同時讀數且累計至少 50 個讀數。若是小時平均全天空照射度超過 100 W m2時，6 CNS 15066, K 8028 在不同多雲狀況，於不同太陽仰角下，讀取至少十天之每小時數據。 5.2.3 傾斜位置之校正第 1b 類 在傾斜位置時之校正，僅應在晴朗天空狀況下且雲朵與 太陽相距超過 30時進行。所使用對水平位置之傾 斜角度，為測試太陽能集熱器所使用之角度。須
19、小心使得來自地面之反照率 (albedo)對兩個接收器來說大致相同。 依據第 5.2.2.1 節之規定來取得數據。 5.2.4 垂直入射下之校正第 1c 類 以中午為中心，讀取至少 15 個（間隔為 10 分鐘至 20 分鐘）之量測系列的瞬時伏特讀數，每個系列至少包含 21 點或更多瞬時讀數。確保所有讀取數據皆是在半球垂直入射太陽照射度超過 600 W m2時。 備考： 為決定參考全天空輻射計對測試全天空輻射計之方向性響應 (參照CNS 15033 之表 1)之比值，在附錄 D 中提供一個操作儀座於方位追蹤模式時之特殊程序以供參考。 5.2.5 數學處理 應用第 5.4.1 節所述之一般數學處
20、理方式。 5.3 室內校正 (第 2 類 ) 5.3.1 整合球體校正 (水平全天空輻射計：第 2a 類與傾斜全天空輻射計：第 2b 類 )。 5.3.1.1 將參考與測試全天空輻射計，安置於整 合球體之共同儀器支持物上。確認參考與測試全天空輻射計具有完全相同之定向 (orientation)，且其與燈源若為第 2b 類時和與半球之關係具有幾何對稱性。 5.3.1.2 連接參考與測試全天空輻射計，至其個 別或共同的數位伏特計上，並使用適當遮蔽。檢查儀器之電力連續性 、訊號極性與訊號強度和穩定度。若有必要時，清潔全天空輻射計的 圓頂。在開始讀取第一個讀數之前 30 分鐘，給燈具施加電壓至所需要之
21、功率水準。 5.3.1.3 調換兩個儀器之位置，來檢查兩個儀器在所在地點皆接收同樣照射度。 5.3.1.4 以下兩者擇一： (a) 針對參考與測試全天空輻射計，同時讀取 10 個系列各具備 21 點瞬時伏特讀數；或 (b) 在至少 5 個期間以充分時間長度 (大約 8 分鐘 )為確保 0.25%準確度與 0.25%精密度，累計同時讀取參考與測試全天空輻射計之伏特讀數。 5.3.1.5 量測全天空輻射計本體與整合球體壁之溫度。 5.3.1.6 應用第 5.4.1 節所述之一般數學處理。 5.3.2 直接光束校正第 2c 類 5.3.2.1 檢查參考與測試全天空輻射計確為同一類型。 5.3.2.2
22、 將參考與測試全天空輻射計，水平安裝 在一個可以允許兩個儀器交換位置 (見附錄 A.3 節 )之可移動支持物上。調整兩個儀器之位置與水平儀。確保參考與測試全天空輻射計皆具 有相同之方位角方向。光學工7 CNS 15066, K 8028 具須被安裝在全天空輻射計之接收器上 方，以產生垂直光束之均質性(homogeneity)與輻散度 (divergence)。 5.3.2.3 在讀取第一個讀數之前約 30 分鐘，開啟數據取得電子儀器，並給燈具施加電壓，以穩定燈源輻射通量與校正桌周圍熱輻射場。 連接參考與測試全天空輻射計至其個別或共同的數位伏特計上，並使用適當遮蔽。檢查儀器之電力連續性、訊號極性
23、與訊號強度和穩定度。若有必要時，清潔全天空輻射計的圓頂。 5.3.2.4 對兩個全天空輻射計 (交替處於 曝曬與遮陽階段 )定期讀取讀數。遵循A.3 中所提供有關兩種方法之讀數時間表範例。所應讀取讀數之數量，係依靠臨時結果之穩定性而定。 5.3.2.5 若全天空輻射計之儀座可以傾斜，則在對應於入射角 之期望傾斜度(傾斜角度 )下，重複第 5.3.2.4 節之讀取程序。 5.3.2.6 應用第 5.4.3 節所述之數學處理。 5.4 數學處理 5.4.1 校正因數之測定 (一般處理 ) 下列之一般處理適用於第 2c 類之外的所有校正類別。有關第 2c 類之特殊處理，適用第 5.4.3 節之規定。
24、 5.4.1.1 第一步驟 此一步驟適用於瞬時讀數 對於在第 j 個量測系列之內的每個讀數 i ，計算以下比值： RFRFijVijVijF)()()( = (1) 其中， )(ijVR與 )(ijVF：為量測參考與場全天空輻射計時，所分別讀取並將其相對應歸零數值減去後之電壓數值 (例如毫伏特 )； RF ：為場與參考全天空輻射計屬於同一類型，且在具有該類型固有量測規格標準 (例如自溫度響應方面 )情況下，已經被依據典型場狀況調整過之參考全天空輻射計之校正因數，單位為瓦特每平方公尺每微伏特。 當以上定義之 FR並不適用時，則對每個量測系列，以一個 FR(j)來取代。 FR(j)係匹配校正狀況
25、(例如平均溫度 )，且最準確之照射度數值 E(ij)能夠依據下列公式求得： )()()( ijEijVjFRR= 5.4.1.2 第二步驟 自一個量測系列 j 的 n 個讀數，使用下列公式來決定場全天空輻射計之校正因數系列： 8 CNS 15066, K 8028 =niFniRRijVijVFjF11)()()( 或 )( jF =intint)()(jVjVFFRR(2) 其中 int)( jV 為積分值第 2a 及 2b 類 5.4.1.3 數據排除 排除在兩個全天空輻射計取得數據時具有操作問題之任何數據。排除F(ij)見方程式 (1)偏離 F(j)見方程式 (2)超過 2%的數據。依據
26、對於 “乾淨 (clean)”數據之基準，重複對 F(j)之計算。以 “乾淨 ”之 F(j)數據，依據方程式 (4)或方程式 (5)重新計算最終校正因數。 5.4.1.4 統計分析 藉著計算其平均數對設定數值之標準差 F(ij)，來決定在一個量測系列中校正狀況之穩定度。 (對平均數之標準差 F(j)代表整個校正狀況之穩定性 )。 5.4.1.5 溫度矯正之最終校正因數之決定 若在一個量測系列 j 中，溫度 T 與期望之典型數值 TN明顯偏離 (例如超過 10)，且若已知一個場全天空輻射計之溫度響應會明顯偏離參考全天空輻射計之響應時，則計算經過溫度矯正 (correction)之最終校正因數 F
27、corr如下。使用下列公式來矯正 F(j)數據： )()()(),(NTTNcorrTRjTRjFTjF = (3) 並且計算 Fcorr 為 =mjNcorrcorrTjFmF1),(1(4) 其中， T(j)：為在量測系列 j 中之平均空氣溫度，單位為 )( jTRT與 RT(TN)：為場全天空輻射計在 T(j)與 TN溫度時個別之響應率，其中FR1= 。 備考： 對於某些類型之全天空輻射計，其響應率之溫度係數 係屬規定值；此時適用 )()(1)(NNTRTjTjTR += 之關係式。 5.4.1.6 不具數據溫度矯正之最終校正因數之決定 在沒有必要或不可能針對溫度響應來矯正數據時，自總共
28、 m 個量測系列，依據下列公式來導出場全天空輻射計之最終校正因數： =mjjFmF1)(1(5) 9 CNS 15066, K 8028 5.4.2 對於特殊太陽角度數據之校正因數之選擇 當在下列情況 (a) 對特殊氣象與資源評估 目的時，此使用方程式 (4)平均處理所計算出來的校正因數並不夠準確 (因為在較大範圍之校正參數時，有 必要考量太陽仰角之特殊數值對場全天空輻射計之終端使用應用情況 )； (b) 場全天空輻射計之方向性響應 (或餘弦誤差，參照 CNS 15033 之表 1)尚屬未知時，或 (c) 參考全天空輻射計之方 向性響應為已知，且被用來引進在方程式 (2)中之餘弦誤差矯正參考數
29、據。 進行下列之數學處理。 使用下列公式，畫出以相對應之平均太陽仰角 (分別針對 水平或固定傾斜儀器 )為函數之所有 )( jF 數值 += coscoscossinsinsin 其中， ：為觀察點之地理緯度； ：為太陽赤緯； ：為太陽小時角 ，以度為單位 (亦即是太陽時圈與觀察時之子午線之間的角度 )，可以自真實太陽時間 (TST)之公式 = (TST 720)/4 計算而得，其中 TST 之單位為分鐘。 同時亦可畫出一個最佳適配 (best fit)之回歸曲線。 在回歸曲線 (regression curve)上，於代表性太陽仰角處讀出校正因數。 備考 1. 一個決定場 全天空輻射計與參考
30、全天空輻射計之間方向性響應比值之大概數值的戶外方法，敘述於附錄 D 中。建議使用之實驗室測試程序，將形 成一項未來國家標準的主題。對給定之方向性響應函數),( f ，可以使用下列公式來外插求得超過量測範圍外之太陽角度0 與0 之校正因數 (參照 CNS 15065，附錄 B)： ),()(),()(),(0000=fjjfjFF 2. 若全天空或半球太陽照射度係以每日總和來決定，則建議使用每日平均太陽仰高。一種計算每日平均太陽角度之權宜之計，提供於附錄 C 中作為參考資訊。 5.4.3 第 2c 類校正之特殊處理 (a) 同步讀數 (見附錄 A.3.1 節 ) 使用下列公式來計算來自讀取讀數之
31、量測得數值 V： SRURRVVV,= STUTTVVV,= SRURRVVV,= STUTTVVV,= 10 CNS 15066, K 8028 檢查下列條件： (1 k )TRTRVVVV(1 +k ) 在 k 0.005 下是否符合，而 k 係一個因數： 0k0.005 若此條件符合時，以下列公式來計算測試全天空輻射計之響應率 TR =RRTTVVVV+RR(b) 替代讀數 (見附錄 A.3.2 節 ) 使用下列公式來計算針對參考全天空輻射 計在時間 t (分鐘 )時讀取讀數之量測得數值 V： )2()2(5.0)()(,+= tVtVtVtVSRSRURR對於測試全天空輻射計，則使用下
32、列公式： )2()2(5.0)()(,+= tVtVtVtVSTSTUTT檢查是否下列兩項平均值： )8()4(5.01,RRRVVV += 與 )32()28(5.02,RRRVVV += 偏離超過 0.5%，與檢查是否三個 VT(t)偏離其平均值TV 超過 0.5%。 若在前面兩種情況下，此偏差值均低於或等於 0.5%時，使用下列公式來計算測試全天空輻射計之響應率TR ： RRRTTRVVVR)(5.02,1,+= 6. 校正證書 在校正證書上，至少應列出下列資訊： (a) 測試全天空輻射計 製造廠商、產品類型及序號； 位置 (傾斜角度、方位角之定向與追蹤 )； 對於儀器狀況之特殊標註。
33、(b) 參考全天空輻射計 製造廠商、產品類型及序號； 可追溯性之層級； 所施加之矯正措施。 (c) 程序 程序之類型 (例如參考本標準 )； 場址 (經度、緯度、高度 )； 校正之日期與時間； 量測系列與單一讀數之數量； 量測參數 (太陽仰角、半球太陽照射度、濁度與溫度 )之範圍； 11 CNS 15066, K 8028 (d) 校正之結果 響應率 (例如以微伏特每瓦特每平方公尺表示 )，或校正因數 (例如以瓦特平方公尺每毫伏特表示 )； 標準差； 絕對不確定度 (總不確定度 )； 有效性之範圍 (參數、太陽仰角、溫度等 )。 7. 精密度與準確度 7.1 當進行低角度之量測時，對一個場全
34、天空輻射計之校正因數於戶外量測之精密度，特別依靠天空狀況與太陽仰角而 定。對於在接近日正當中時於穩定照射度狀況下，同一項測試之一套 21 點或更多點數據之可重複性，其標準差須低於儀器校正值之 0.5%。若無法符合此項要求事項時，須考量使用室內校正。 7.2 校正因數之準確度須依據個案情況來導出，並考量： (a) 參考儀器與場儀器之品質；與 (b) 量測狀況。 同時記得儀器之預期使用用途。 12 CNS 15066, K 8028 附錄 A (參考 ) 使用人工光源之校正裝置 A.1 一般事項 為不同實驗室使用來進行全天空輻射計室內校正之適合儀器設備，敘述於 A.2 與A.3 中。 A.2 整合
35、球體裝置 A.2.1 美國氣象局裝置 美國氣象局 (見附錄 E 參考文獻 1)，使用一個 15 呎的整合球體。光源是一個安裝於球體中央的 5000 W 鎢絲燈泡。參考與測試全天空輻射計皆群集於球體底端具有 60 mW/cm2照射度處。空氣冷卻使得測試下儀器得以保持 29C的溫度。如附錄 E 參考文獻 1所述，在光源與各個全天空輻射計之間並無擋板，因此各全天空輻射計之照射度極不均勻，包括一個對於儀器軸心之強烈直接光束與在整個半球視野之較為微弱漫輻射入射。 A.2.2 加拿大 NARC 裝置第 2a 類 加拿大氣象局 (見附錄 E 參考文獻 2與 3)提供一個 6 呎的整合球體。光源是三個安裝於接
36、近球體中央處一塊平板上的 660 W 石英碘燈泡。附錄 E 參考文獻 2建議該燈與儀器乃是安裝在下方半球 並位於一個擋板的兩側。 (須注意的是，附錄 E 參考文獻 2之圖 1 係印製上下顛倒 )。此球體係被空氣冷卻，使得結果被矯正至 27 。 A.2.3 Eppley 實驗室裝置 (第 2a 類 ) Eppley 實驗室 (見附錄 E 參考文獻 4)提供一個 8 呎的整合球體。光源乃是 12個 200 W 與 12 個 300 W 的鎢絲燈泡，安裝於接近半球體之周邊。總功率約為5.5 kVA，且儀器接受之 照射度約為 60 mW/cm2至 70 mW/cm2。球體璧與儀器位置具溫控裝置。後者維
37、持在 27 。儀器被以擋板遮住光源，因此 照射度完全係來自漫射。 A.2.4 英國氣象局國家輻射中心裝置第 2a 類 英國氣象局提供一個 2 公尺的整合 “扇形球體 (sector sphere)” (見附錄 E 參考文獻 5)。光源包括 6 個 600W 的鎢絲鹵素燈泡，安裝於扇形之邊框下方。三個全天空輻射計可以在球體中央約接受 50 mW/cm2的漫射照射度 2)。這些全天空輻射計係使用空調設備來維持溫度於 22 。為消除局部照射度之不均質性，此全天空輻射計可以在 10 分鐘之內，完成 360的旋轉，這段時間內可以取得與記錄 60 個讀數。 A.3 直接光束裝置第 2c 類 A.3.1 K
38、ipp 與 Zonen 裝置與程序 Kipp 與 Zonen 校正裝置與讀數程序係敘述於附錄 E 參考文獻 6中。被導向之垂直光束輻散度 (divergence)為 3.5，係在下列組合下產生： 13 CNS 15066, K 8028 (a) 一個 1000 W 的鎢鹵素燈絲 (Osram SPL 1000 Studio 型，電源由一個交流電壓穩定器提供並以通風冷卻 )，在燈泡 (Osram Halogen Superphot 型 )上方具備一個漫射反射器 (具有直徑 7.5 cm 的凹面鏡 )；與 (b) 隔光膜 (diaphragms)，來使雜散光線最小化。 參考與測試全天空輻射計安裝於
39、一個水平且可旋轉以交換 2 種儀器位置之桌上。反射計與全天空輻射計距離為 1.2 m，且全天空輻射計之照射度為500W m2。 此程序係基於一個如表 A.1 之同步讀數系列。 表 A.1 使用 Kipp 與 Zonen 裝置之程序 參考全天空輻射計 測試全天空輻射計 開始後之讀數時間 （秒） 未被遮蔽 被遮蔽 未被遮蔽 被遮蔽 備考 90 180 VR,U VR,SVT,U VT,S全天空輻射計處於初始位置 270 360 URV, SRV, UTV, STV, 全天空輻射計被調換位置 若以下比值出現下列情況時，應重複讀取程序： )()(,STUTSRURSTUTSRURVVVVVVVV比較
40、1 偏離超過 k%時，其中 k 可以降低至 0.5 或更低數值，以代表更高之穩定性。 全天空輻射計須被通風，特別是如果參考全天空輻射計將被持續使用時。 A.3.2 MetObs Hamburg 裝置與程序 被導向之垂直光束輻散度 (divergence)為 1.5，係由下列組合來產生： (a) 一個 450 W 的氙燈 (xenon lamp)具有聚光器 (condensor optics)與空氣冷卻，並使用燈泡產出回饋來進行穩定 (使用矽光電電池來監督分裂光束 )。 (b) 一個光學整合裝置 (來均質化光束之輻射通量密度 )；與 (c) 一個傾斜 45的平面鏡 (將光束由水平轉向垂直 )。
41、此參考與測試 全天空輻射計 (同一類型 )係水平相鄰的安裝在一個可以轉動與傾斜的平台上，並可以藉著一 個控制纜線以使平台位移，而讓這些全天空輻射計得以輪流曝露於光束下。 兩個全天空輻射計之接收器的中心當暴露於光束下時，須具有相同的座標 (直徑大約 10 公分；照射度 70 W/m2；照射度均質性在一個 24 mm 的圓圈內為 2%)。全天空輻射計的平台與鏡子，均係安裝在一個漆成黑色且可減少偏離光線與確保固定環境狀況的氣候箱 (climatic chamber)內。 備考：一個氣候箱與轉動鏡子並非此方法所絕對必須。 14 CNS 15066, K 8028 取得讀數之步驟如以下表 A.2 所示；
42、一個替代方法如以下表 A.3 所示。這些表列僅為範例。 讀取程序之應用，必須與被調整之傾斜角度無關。 表 A.2 使用 MetObs Hamburg 裝置之程序 參考全天空輻射計 測試全天空輻射計 開始後之讀數時間 （分） 未被遮蔽 被遮蔽 未被遮蔽 被遮蔽 備考 2 VR,S4 VR,U6 VR,S8 VR,U10 VR,S交換位置 12 VT,S14 VT,U16 VT,S18 VT,U20 VT,S22 VT,U24 VT,S交換位置 26 VR,S28 VR,U30 VR,S32 VR,U34 VR,S15 CNS 15066, K 8028 表 A.3 使用 MetObs Hambu
43、rg 裝置之替代程序 參考全天空輻射計 測試全天空輻射計 開始後之讀數時間 （分） 未被遮蔽 被遮蔽 未被遮蔽 被遮蔽 備考 2 VR,S1 VT,U1 計算 4 VR,U2 VT,S2 k2 6 VR,S3 VT,U3 8 VR,U4 VT,S4 k4 10 VR,S5 VT,U5 12 VR,U6 VT,S6 k6 14 VR,S7 VT,U7 16 VR,U8 VT,S8 k8 18 VR,S9 VT,U9 20 VR,U10 VT,S10 k10 22 VR,S11 VT,U11 平均值 16 CNS 15066, K 8028 附錄 B (參考 ) 干擾與預先注意 B.1 參考全天空
44、輻射計之選擇 為避免系統性誤差，參 考與測試全天空輻射計須儘可能在各方面皆完全相同。此項並不與使用較高一個等級參考全天空輻射計 (見第 4.2 節 )之建議互相衝突，亦即是指高級全天空輻射計具有明顯量測準確度之優點。 此外參考全天空輻射計若具備妥善特徵化時，可以允許對校正結果做出正確闡釋。 依據本標準規定之典型 戶外校正，僅表現出場全天空輻射計之一小部份光譜響應。因此無法對室內與 戶外校正之關聯性作出概括化。但是對於自然燈源有關角度與光譜分配和均質性 方面之模擬，已經使得全天空輻射計之設計具有強制性之相似性。 任何戶外與室內校正發 生互不匹配情況時，均有必要要求參考全天空輻射計與測試全天空輻射
45、計為同一類型。 B.2 天空狀況 對於預期使用於太陽能 監督應用之全天空輻射計之校正，須僅在數據取得期間太陽均不被雲層阻礙的狀 況下進行。在水平面之最低可接受直接太陽照射度，依據量測所得數值與入射角 餘弦之乘積，應為全天空輻射計所量測全天空太陽照射度之 80%。同時在數據取得期間，不得有任何雲層在太陽附近之 30範圍內。 若是在自動數據取得情況時，此準則 可以由代表雲層干擾之最小照射度閥值(irradiance threshold)來取代。 B.3 儀器定向，餘弦與方位誤差 (instrumental orientation, cosine and azimuth errors) 全天空輻射計
46、校正之結 果，會受到儀器傾斜度與方位角定向之影響。對於軸垂直方向時，傾斜度不是一 個考量事項。儘管如此，因為校正係在太陽處於一個方位角範圍內來進行，因此 太陽與電纜連接器方向間的方位角或其他參考基準可能會有極大變化。 本標準允許全天空輻射 計在測試時軸心朝向太陽；此情況下在進行矯正與使用全天空輻射計作為傾斜模 式之移轉儀器時，不會出現重大餘弦與方位誤差。直接太陽輻射之入射角，與因此所致之餘弦與方位誤差，在大部份應用中均屬小數。 當全天空輻射計係在固 定傾斜度下校正時，此校正因數包括全天空輻射計在每個入射角下之餘弦與方位 誤差。此校正之準確度，因此受限於餘弦與方位矯正之不確定度。 有關餘弦與方位
47、之不確定度，請參照 CNS 15033。 B.4 校正結果之應用性 在本標準所規定之校正方法中，只要在這些測試儀器的溫度補償 (忽略餘弦誤差 )範圍內，這些取得數據 之準確度係假設與一年內所處之任何日期無關。這些方法17 CNS 15066, K 8028 允許決定傾斜度對於測試儀器輻射接收器之響應率的效應。 B.5 在校正移轉運算之間的矯正 進行戶外校正之基本優 點，乃是所有類型的全天空輻射計在一個理想照射度狀況下，均可具有與單一參 考基準之關聯。對戶外校正來說，參考全天空輻射計應被妥善特徵化。而在校正之移轉運算中，須運用此特徵化。 B.6 水平面上之物體 應採取防範措施，以確保在水平面實質
48、上不具備仰角超過 5之天然或人為物體 (見附錄 E 參考文獻 12之第 9.4.3 節 )。應該特別注意任何在水平面上可見之物體，不會直接將陽光反射入校正設施內。 B.7 戶外與整合球體校正之實用等效性 (practical equivalence) 在第 2a 類與第 2b 類校正中，因為整合球體輻射之不均勻性，若是參考與測試全天空輻射計具有不同有效視場或不同餘弦響應行為時，可能形成在校正方面之誤差。 使用整合球體之基本缺 點，乃是照射度分配與環境溫度無法與場狀況適當匹配。因此必須要使用實驗方式，方能證明使用方法之實用等效性。 18 CNS 15066, K 8028 附錄 C (參考 ) 每日平均太陽角度之計算 對於任何給定校正場址之代表性角度，可以藉著計算每日天頂角平均之餘弦值，其與給定之一個球體照射度近乎比例之相同角度餘弦之加權方式來測定。此狀況係以下列數學方式表示如下： =ddcoscos)cos(2其中， 為太陽方位角，自 += coscos ba 求出。 其中， = cossina = coscosb ：為太陽時角，以弧度 (radian)單位表示； ：為緯度； ：為太陽赤緯；
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