1、 1 印月 96 1 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 K802715065經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 96 1 月 18 日 月日 (共 23 頁 )太陽能使用一個日射強度計校正全天空輻射計 Solar energy Calibration of a pyranometer using a pyrheliometer 目錄 節次 頁數 1. 適用範圍 2 2. 引用標準 2 3. 定義 2 4. 方法之選擇 3 5. 交替日曬遮陽法 4 6. 持續日曬遮陽法 8 7. 校正證書 11 8. 不確定度 11 附錄 A. 遮光
2、圓盤裝置 . 13 B. 計算一個太陽光束照射在一個傾斜平面時之入射角 18 C. 日曬遮陽法之延伸版本 19 D. 交替日曬遮陽法之多重讀數版本 20 E. 持續日曬遮陽法之延伸版本 . 21 F. 交替日曬遮陽方法 (ASSM)與持續日曬遮陽方法 (CoSSM)之比較 22 G. 參考文獻 23 2 CNS 15065, K 8027 簡介 本標準係一系列規定量測太陽能輻射之方法與儀器的國家標準之一。 從全天空輻射計之氣象應用上，對於多項校正方法已經取得相當經驗。這些方法依據所使用參考輻射計之型式，可以分為 2 類。使用全天空輻射計作為參考之校正方法已在 CNS 15066 規定；使用日射
3、強度計之方法則是本標準之規定事項。 兩種方法中以後者較為複雜，因為一般具有 2視野角 (field-of-view angle)的全天空輻射計，必須要以一般設計來量測相當小視野角之直接太陽輻射的日射強度計來進行比較。 另一方面來說，因為日射強度計的準確度相對較高，因此後者方法較前者方法來得準確。因為代表 SI 單位照射度的 WMO 世界輻射參考 (WRR)，係由一群被選定之日射強度計來決定，因此要將此標度移轉至全天空輻射計時，必須要伴隨有標準日射強度計之使用參照 CNS 15033。有關這些校正之簡短敘述，提供於 (1)、 (2)、 (3)中。 需要強調的是， “全天空輻射計之校正 ”，基本上
4、是指在選定狀況下，將 WRR 之標度移轉至全天空輻射計上。對於校正因數 (校正函數 )與可變參數之間關聯性之決定，被稱為 “特徵化 (characterization)”。全天空輻射計之特徵化工作，乃是針對全天空輻射計之測試方法的一項適當國家標準之主題事項。 1. 適用範圍 本標準之目的乃是促進全天空輻射計之可靠校正方法之統一應用，因為準確的校正因數乃是進行太陽能源測試之應用與模擬時，所需要之準確半球太陽輻射數據的基礎。 本標準適用於所有位於水平與傾斜位置之全天空輻射計應用。對於依據 CNS 15033標準來進行校正之次級標準 (secondary standard)全天空輻射 計，本標準之使
5、用屬於是強制性。對於使用為比較用參考儀器的全天空輻射計之校正來說，本標準則是屬於推薦使用。對於其他應用，則可以使用以全天空輻射計作為參考之方法參照 CNS 15066 。 本標準意欲提供給具備有維護良好日射強度計之測試機構或測試實驗室來使用。 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。 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 15066太陽能比較參考全天空輻射
6、計校正場全天空輻射計 ISO/TR 9901:1990 Solar energy Field pyranometers Recommended practice for use 3. 定義 為本標準之目的， CNS 15033 之定義及下列定義均適用。 3.1 輻射計之校正 (calibration of radiometers)：在明確界定之量測條件下，決定輻射計之響應率 (responsivity)(或校正因數，如響應率之倒數 )。 3.2 參考全天空輻射計 (reference pyranometer)：使用來校正參照 CNS 15066其 3 CNS 15065, K 8027 他全天
7、空輻射計之參考用全天空輻射計參照 CNS 15033。其本身屬於是一個被挑選出來的維護良好、具備相對 較高穩定性且被使用一個日射強度計來校正過之儀器。 3.3 日射強度計之視野角 (field-of-view of a pyrheliometer)：一個由接收器表面中心與孔徑 (aperture)周圍所定義圓錐的全角度參照 CNS 15033 第 5.1 節。若此孔徑為圓形且為接收器平面之 同心圓時則可，否則應該計算其有效角度(effective angle)(4)。 3.4 太陽追蹤器 (solar tracker； sun tracker)：使用於將日射強度計引導朝向太陽之支撐物，可以是電
8、動機驅動或手工操作。 赤道追蹤器 (equatorial trackers)係一種追日裝置 (sun-following devices)，具有轉動軸可朝向可調高度角的桿子，可量測太陽小時角及赤緯。經 緯儀追蹤器(altazimuth trackers)則是一個以太陽仰角與太陽方位角，來作為移動座標之太陽追蹤裝置。 3.5 遮光圓盤裝置 (sun-shading disc device, shade disc device)：一種允許圓盤之移動方式，足以將照射至輻射計 (例如全天空輻射計 )接收器之陽光遮蔽住之裝置。 為校正之目的，特別是在第 5 節所敘述者時，此圓盤必須要具有快速移除能力。有
9、關使用於校正全天空輻射計時之圓盤裝置的更多細節，提供於第 5.2.4 節中。 3.6 直接太陽輻射 (direct solar radiation)：來自大氣層邊界的太陽輻射中，在經過大氣層之選擇性衰減 (selective attenuation)成為準直光束 (collimated beam)後，抵達地球表面之部分。 經過量測得之數據乃是直接太陽照射度， 以瓦特每平方公尺表示 (參照 CNS 15033)。 3.7 半球太陽輻射 (hemispherical solar radiation)；全天空輻射 (global radiation)：是直接太陽輻射與漫太陽輻射 (diffuse s
10、olar radiation)之和。 測得之總量是半球太陽照射度，以瓦特每平方公尺表示 (參照 CNS 15033)。 3.8 漫太陽輻射 (diffuse solar rdiation)：抵達地球之太陽輻射中，受到空氣分子、氣懸膠微粒、雲層與其他粒子之散射作用的部分。 經過量測得之數據乃是漫太陽照射度 (diffuse solar irradiance)，以瓦特每平方公尺表示 (參照 CNS 15033)。 備考： 以氣象學目的而言，從此立體角量測得的散射輻射通量應足以代表整個天空半球者，而不必包括環繞太陽圓盤周圍的小立體角者。 4. 方法之選擇 因為其使用廣泛且可靠，因此 2 類方法都被選
11、用為標準校正方法。 2 種方法都使用遮光圓盤裝置來量測漫太陽輻射，且都依據半球太陽輻射係等於直接與漫太陽輻射之總合。 所導出之校正因數 (calibration factor)係代表無雲或雲層散開狀況 (不確定度請見第 8節 )。對第 5 節所述方法進行修改後，得以應用於較不穩定天空狀況之校正方法，簡述於附錄 C 中。 4 CNS 15065, K 8027 附錄 D 中涵蓋有對第 6 節所述方法之延伸版本的簡短敘述，可用以決定校正因數與入射角之關聯性。 5. 交替日曬遮陽法 (alternating sun-and-shade method) 5.1 原則 係使被測試之全天空輻射計，與量 測
12、直接太陽照射度之日射強度計進行比較。來自全天空輻射計與直接太陽照射 度相對應之電壓數值，係導出自半球太陽照射度與漫太陽照射度 (見第 3.8 節 )之量測數據差異。這些數值係使用一個移動式的太陽遮光圓盤週期 性進行量測。在進行響應率 (responsivity)之計算時，係將上述量測的 2 種照射度組成部分加減後，除以量測得之全天空輻射計接收面的直接垂直太陽照射度。 在下列各子節中，進行基本方法之敘述。在附錄 C 與附錄 D 中，敘述可能改善校正因數之準確度，但是需要更多操作經驗之改良方法。 5.2 儀器設備 5.2.1 全天空輻射計 (pyranometer) 原則上此方法適用於任何形式之全
13、天空輻射計。 5.2.2 日射強度計 (pyrheliometer) 對於使用為參考之日射強度計之 選擇，須依據所需要的準確性與操作狀況來決定。一般來說，次級標準或一級標準儀器 (參照 CNS 15033 之分級 )，經常被與代表具備令人滿意準確性程度 (見第 8 節 )的原級標準進行比較。日射強度計須至少每 2 分鐘可以產生一個參考數值。 5.2.3 太陽追蹤器 (solar tracker)：可將參考日射強度計導向太陽之太陽追蹤器，不論是電動機或手動者，在整個測 試期間皆應被使用。一個經緯儀(altazimuth)式太陽追蹤器，須被使用於 其在接收器平面之響應率非屬圓形對稱者。所需要之追蹤
14、準確性，視日射強度計之傾斜角 (slope angle)而定。在平常情況下，傾斜角大約是 1。 5.2.4 遮光圓盤裝置 (shade disc device)應符合下列要求事項： (a) 遮光圓盤應被放置於與太陽光線呈垂直角度，且與全天空輻射計接收面之中心維持固定距離 d。 (b) 遮光圓盤之半徑 r 須較全天空輻射計之外部玻璃圓頂至少大於)5.0tan(od ，以允許太陽光束之輻散與小量之追蹤誤差。 (c) r/d 的比率須界定一個接收面中心的角度，對應日射強度計之視野角。 備考： 只有在一個操作於與太陽光線垂直的全天空輻射計上，才能指明一個固定的 “遮盤傾斜角 (shade slope
15、angle)”係對應日射強度計的傾斜角。對於其他全天空輻射計來說，此遮盤傾斜角會隨著太陽光線在接收面之入射角而有所變動。 (d) 會擋住全天空輻射計之視野角的圓盤固定器 (disc holder)部分，須儘可能減少，以將對於訊號之干擾限制在 0.5%以下。對於與其他鄰近儀器發生干擾之類似情形，亦須加以考量。 5 CNS 15065, K 8027 (e) 遮光圓盤須要易於移除與安裝，使得由遮蔽階段改變到半球太陽照射度階段 (或相反時 )之時間，占整個階段之時間低於 5%。 在附錄 A 中簡要敘述的五種遮光圓盤裝置係屬於不同機構之設計，目前僅有其中的一種可以商業取得。 5.2.5 數據蒐集系統
16、要蒐集以毫伏特 (mV)做單位的輻射計數值，此系統應該具備一個精密的數位伏特計，其解析度為 1 V，且不確定度為全天空輻射計在計算輸出為 1100 W m2時之 0.1%。在戶外作業時，需要具備高溫穩定性。自所有輻射計取樣得之數據，須在 1 秒時間內完成記錄。需要具有在計算相對應太陽仰角時，具備低於 0.1不確定度之時間解析度。為能文件化在校 正期間量測數據之變異情況，這些數據須被妥善記錄。 5.3 量測條件 為能減少量測結果之變異性，晴朗 的天空狀況乃屬必要。但是若是雲層與太陽之角距離頗大 (45)且具有一個較低的角速度，得以保證在量測程序 (見第 5.7.1節 )之循環時間內具穩定之漫太陽
17、照射度數值時，亦即是在漫太陽照射度之改變可以忽略時，亦可以被容忍。對於 全天空輻射計傾斜之情況時，位於視野角外之雲層對於量測程序也是影響極小。 原則上，校正時之其他環境狀況，須與全天空輻射計平常使用之典型狀況類似。最重要的參數乃是太陽之仰角範圍 ，其次是周遭環境空氣溫度、半球太陽照射度照射度及其傾斜角程度。 校正時風吹狀況也十分重要，因為 具有開放管的日射強度計會被較強風速所干擾，特別是來自太陽方位角方向的 陣風。因此建議在若是無法容忍量測時由風吹所引起之不穩定性時，在操作日射強度計時宜使用遮風屏。 5.4 量測場址 量測場址應可提供穩固支持物，以便安裝儀器並方便進出。 對於水平全天空輻射計之
18、情況，在 水平面之阻礙物屬於可以容忍者，因為其在校正期間時不會遮住太陽，且其對 於量測之效應僅以單調方式出現小速率變動時 (見第 5.7.1 節 )。障礙物造成的鏡式反射 (specular reflection)之情況須要避免。對於傾斜安裝的全天空輻射計而言 ，來自前景之輻射反射對訊號貢獻的變動方式，應符合上述意思。 在全天空輻射計周圍必須要有空間 ，以便利遮光圓盤之移動。與其他儀器之距離須夠大，以使得可能之干擾作用得以被忽略。 日射強度計與全天空輻射計之間的距離須小於 30 公尺，否則 2 個輻射計所受到之大氣現象 (例如構成濁度之要項 )可能不同。 5.5 安裝 日射強度計與太陽追蹤器，
19、及具備 遮光圓盤裝置之全天空輻射計之安裝，應該依據適當的作業與製造商手冊之規定，並在考量第 5.4 節規定下進行安裝。 與一個通風裝置合併使用的全天空輻射計，在進行校正時亦須進行通風。 6 CNS 15065, K 8027 在傾斜全天空輻射計之情況時，電 纜出口處須朝向下方，以避免遭到下雨或直接太陽輻射之干擾 (參照 ISO/TR 9901)。 5.6 校正程序 5.6.1 準備階段 在開始量測階段的約 30 分鐘之前，即開始進行準備階段，以便： 讓輻射計、電子設備與數據蒐集系統適應氣候環境。 調整輻射計、太陽追蹤計與遮光圓盤裝置。 檢查電子接頭、進行電壓信號與歸零測試。 對於光學鏡窗進行最
20、後清潔。 5.6.2 量測階段 (單一系列 ) 量測階段包含 (2n+1)個時間間隔 (interval)。在其中 (n+1)個間隔時，全天空輻射計被遮蔽住；在與前述 (n+1)個間隔交替的 n 個間隔時，全天空輻射計被曝曬於半球太陽輻射中。 在量測階段時 (a) 全天空輻射計 (以角度 傾斜時 )，表示： 若被遮蔽時，漫太陽照射度 ED,(若 0 時，包括反射太陽照射度 )之 (n+1)個數值的訊號。係於每個遮蔽間隔 t0(見圖 1)結束時讀取。 若曝曬於半球太陽輻射時，半球太陽照射度 EG,之 n 個數值的訊號。係於每次曝曬於半球太陽輻射之間隔 t0(見圖 1)結束時讀取。 (b) 日射強
21、度計表示直接垂直太陽照射度 EI之 n 數值的訊號。係於 EG,之 n個數值同時讀取 (見圖 1)。 (c) 溫度計指出週遭環境空氣溫度或輻射計溫度 T，至少在一個系列之開始與結束時讀取。 每個間段之 時間間隔 t0相當於全天空輻射計達到假設之最終值之時間間隔。在讀取 EG,(或 ED,)之讀數後，立即設置 (或移除 )遮光圓盤 (見第 5.2.4節 )。 量測之次序如圖 1 表所示： 圖 1 量測階段 (單一系列 ) 遮光圓盤 讀取時間 遮蔽 遮蔽遮蔽遮蔽ED,讀取 EG,讀取 El讀取 T 讀取 0 t02t03t0 4t05t02nt0(2n+1)t0 7 CNS 15065, K 80
22、27 其中 t0為達到一個與理論最終數據之偏差值低於 0.3%時之最終數值的時間間隔或響應時間。 備考： 將遮陽與半球太陽輻射這 2 個階段皆設置相同之時間間隔 t0，係基於全天空輻射計在訊號漸增與漸減時之響應時間大約相同之假設。 對於 t0之選擇須考量在晴天與無雲狀況時之設置狀況。 一般來說，市面上可取得之全天空輻射計之 t0介於 1 4 分鐘之間， t0可能為風吹或儀器之人工通風所降低。 若是系統不穩定 (例如因為陣風或吹塵時 )時，輻射計各個讀數之時間間隔，可以比較 t0之最短估計時間最多高出至 20%。在任何情況下，量測之時間必須周詳記錄，以便計算太陽入射角度 (見第 5.2.5 節
23、)。 限制每個系列之間隔數 n ，使得一個系列之持續時間 (2n+1)t0，不會超過 36分鐘。此種經歷時間系列之平均 數值，與太陽高度角之小變化範圍和溫度有關。間隔 n 之數量不應小於 3。 5.6.3 系列之數量 因為每個系列之結果可能出現分散現象，因此至少須完成 10 個系列，並從中決定最後結果。這些系列須在 3 天或以上之時間完成，以取得在偏離代表正常操作狀況角度少於 5情況之平均太陽入射角度下之足夠系列。 5.7 校正因數之決定 5.7.1 單一系列之評估 自適當之量測群組依據下列方式來決定響應率 Rs(i)與平均響應率sR ，以微伏特每瓦特每平方公尺或毫伏特每毫瓦特每平方公分來表示
24、： )(iRs=( ) )2(cos)2()12(125.0)2(,iFiViViViVPlDDG+(1) sR=+niPlniDDGiFiViViViV11,)2(cos)2()12()12(5.0)2(2) 其中， i ：表示一個系列內的量測； s ：代表系列； ()iVG2,：為在系列內之 2i 位置，所量測得之半球太陽照射度，例如以毫伏特單位表示； ()12,iVD 或 ( )12,+iVD ：為在系列內之 12 +i 或 12 i 位置，所量測得之漫太陽照射度訊號，例如以毫伏特單位表示； ()PlFiV 2 ：為計算自日射強度計訊號 ( )iVl2 與其校正因數PF 之乘積的直接太陽
25、照射度； ()i2 ：為在對應固定之 i2 位置時，太陽光束之方向和全天空輻射計垂直線之間的角度。入射角 係計算 (見附錄 B)自全天空輻射 8 CNS 15065, K 8027 計之傾斜位置與太陽位置。 n ：係在總讀數間隔 (2n+1)中被使用之 EG,B與 El之讀數數量。 鑑別出偏離這些 RS(i)超過sR之 1%並且予以排除。如果超過 n/2 個數值均被排除時，在往後的計算中排除使用此一系列。 若是具有足夠數量之 )(iRs時，計算一個準確的 Rs數值 : ssRR = ( i , ji 時 ni ,1= ) (3) 其中， j 為 i 個量測中被鑑別出偏離sR超過 1%者。 5.
26、7.2 最終結果之評估 若在期望之參數範圍中進行 p 個系列時，則最終響應率 R 係計算自所有響應率 Rs之平均值 R =pislRp1)(1(4) 若具備一個減量公式 f(T,Tn)時，且在某些系列中 溫度明顯偏離期望之數值Tn時，則依據下列公式對每個 Rs應用 f(T,Tn)公式： R = )(),(11lRTlTfpspin=(5) 備考： 對某些形 式之全天空輻射計來說，溫度係數 因係確定，故此單純),(nTTf =)(1nTT 可適用。 將最終結果以校正因數 F 之形式表示，單位為瓦特平方公尺每微伏特 F=R1(6) R：為響應率。 6. 持續日曬遮陽法 (continuous su
27、n-and-shade method) 6.1 原則 係將全天空輻射計與 2 個參考輻射計進行比較，一個是日射強度計，另一個則是校正良好被用來量測漫太陽輻射 之全天空輻射計。半球太陽照射度係由直接太陽照射度與漫太陽照射度之總和 來決定。直接太陽照射度係導自日射強度計之訊號。漫太陽照射度則是由一個 具有遮光圓盤之第二個全天空輻射計來進行連續量測。若是可以取得一個連續 之日射強度計讀數時，此方法可以獲得連續結果。被參考之全天空輻射計乃是 可以追溯至一個使用日曬與遮蔽方法校正後之全天空輻射計。 6.2 儀器設備 6.2.1 全天空輻射計 (pyranometer) 原則上此方法適用 於任何形式之全天
28、空輻射計。建議使用次級標準(secondary standard)或被定期進行校正之一級標準 (first class)儀器，來作為參考全天空輻射計 (參照 CNS 15033)。建議使用於晴天況狀下來量測漫太陽照射度之全天空輻射計，因其具備低的方向性誤差，在 0.3 m 之紫外線區域具有最小可能之光譜響應率降 低程度與一個和玻璃圓頂比較起來直徑較 9 CNS 15065, K 8027 小之有效接收器表面。 6.2.2 日射強度計 (pyrheliometer) 見第 5.2.3 節，但是以一個可以提供連續訊號之校正良好的日射強度計較佳。 6.2.3 太陽追蹤器 (solar tracker
29、) 見第 5.2.3 節。 6.2.4 遮光圓盤裝置 (shade disc device) 見第 5.2.4 節，但是不使用第 e)項。建議使用一個自動遮光圓盤。 6.2.5 數據取得系統 見第 5.2.5 節。但在持續數據量測之情況時，須考量將數據取得之期間間隔減少至上限為 10 分鐘。 6.3 量測條件 一般來說，狀況如第 5.3 節所述。因為數據可以持續取得，因此在多雲狀況下取得之數據也可以接受，只要： 雲層至太陽之角距離高於 15，且 在全天空輻射計視野角之內的雲層角速度夠小，以致於漫太陽照射度之變化在大約 10 秒之內低於 1%。 6.4 量測場址 一般來說，對量測場址之規定應如第
30、 5.4 節所述。被測試全天空輻射計應與鄰近參考全天空輻射計之遮光圓盤裝 置相隔足夠距離，以確保不受圓盤裝置之影響。此外，對於參考與測試全天空 輻射計在視野範圍內之任何阻礙物必須近乎相同，而且對於傾斜之裝置來說其前景必須近乎相同。 6.5 安裝 見第 5.5 節。但是 2 個全天空輻射計須安裝於相同之傾斜位置。 6.6 校正程序 6.6.1 準備階段 如第 5.6.1 節所述。在決定對輻射計訊號之零點偏移 (zero offset)時，必須極為小心。 6.6.2 量測階段 (單一系列 ) 量測階段之每個系列係由 10 至 20 組讀數所組成 (每個量測係在 1 秒之內完成 )： 來自被測試全天
31、空輻射計以 角度傾斜時之半球太陽照射度訊號 VG,。 來自參考全天空輻射計以 角度傾斜時之漫太陽照射度訊號 VD,。 來自參考日射強度計之直接太陽照射度訊號 Vl。 在每個系列與每組數據開始及結 束如同照射度歸零，量測週遭空氣或一個輻射計本體之溫度。 若是日射強度計之作業模式要求 時，定期讀取讀數；若不是時，將進行量測之時機限制在最穩定之期間。儘管如此，自系列之所有部 分取得數據組，以便結果對整個期間具有代表性 。小心記錄各數據組之時間，以便進行後 10 CNS 15065, K 8027 續之太陽入射角計算。 依據日射強度計之作業模式，來將取樣頻率選取在介於每分鐘 2 次或 0.5 次之間。
32、但是每個系列之數據組數量須介於 10 至 20 之間，每個系列之持續時間則為 10 分鐘至 30 分鐘之間。 備考： 若一個日射 強度計可以連續量測直接太陽照射度時，有可能使用積分數值。在晴朗或多雲天空狀況下時，積分期間須分別不長於 6 分鐘或 2 分鐘。在使用積分間隔之平均太陽入射角 來計算 Rs時見方程式 (7)，可能引進不可忽略之不確定度。 6.6.3 系列之數量 在至少 3 天的時間內，分開量測至少 10 個系列。若是取得數據之期間低於3 天，需提供證明其為正當之理由與文件。 6.7 校正因數之決定 6.7.1 單一系列之評估 (a) 在計算中排除所有偏 離相對應之系列平均值超過 5%
33、之數據組。如果一個系列中超過 50%之數據組均被排除時，除去此系列。 (b) 自一個量測系列之各個單一讀數中，計算平均響應率 Rs，以微伏特每瓦每平方公尺表示： sR =+kjiiDDPlkjiiGFiViFiViVm/1,/1,)()(cos)()(1(7) 其中， i：表示一個數據組在系列內的位置。 k：為每個輻射計數量之讀數總數 =數據組之總數。 j：為每個系列內被消除之數據組。 m：為有效數據組之數量。 VG,(i)： 為使用被校正儀器所量測得之半球太陽照射度訊號，例如以毫伏特表示。 VD,(i)： 為在系列內之 i 位置，所量測得之漫太陽 照射度訊號，若0 時亦包括反射太陽 照射度，
34、例如以毫伏特單位表示。 FD：為參考全天空輻射計之漫照射度校正因數； Vl(i)： 為在系列內之 i 位置所量測得之直接垂 直太陽照射度訊號，例如以毫伏特單位表示。 (i)： 為在讀取第 i 組數據時 (見附錄 B)，在太陽光束方向和全天空輻射計之接收面垂直方向之間的太陽入射角度。 FP：為參考日射強度計之校正因數。 )(cos)( iFiVpl ：為投射在全天空輻射計接收面之直接太陽 照射度。 6.7.2 最終結果之評估 依照第 5.7.2 節之規定來進行評估。 11 CNS 15065, K 8027 7. 校正證書 在校正證書上，至少應列出下列資訊： (a) 被測試全天空輻射計 製造商、
35、型式、機型及序號。 位置 (傾斜角、定向與追日軌跡方位 )。 對於儀器狀況之特殊標註。 (b) 參考儀器 製造商、型式、機型及序號。 可追溯性之層級。 遮光圓盤之幾何形狀。 使用之修正狀況。 (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。 系列之數量。 量測參數 (太陽仰角、半球太陽照射度、濁度與溫度 )之範圍。 應用之減量公式。 (d) 校正之結果 響應率 (以微伏特每瓦每平方公尺表示 )，與以瓦特每微伏特每平方公尺表示(R 最終平均數值 )之校正因數。 標準差 (與 R 相關之 RS)。 (參數：太陽仰角、溫度等 )有效性之範圍。 8.
36、 不確定度 8.1 在決定校正因數時之基本不確定度： 乃是在使用參考日射強度計時所固有者。此不確定度最初是在將 SI 單位移轉至日射強度計時所造成，其數量對於一個次級標準與一級日射強度計來說，約分別相當於 0.7%與 1%；但是因為將儀器穩定度之允許時間範圍設定為 2 年 (參照 CNS 15033)，因此這些數值分別增加為0.9%與 1.5%。 備考： 在持續日曬與遮陽方法之情況 (見第 6 節 )，如果天空處於無雲狀況下，一個特徵化良好之參考全天空輻射計，對於半球太陽照射度參考數值之不確定度增加不到 1%。在多雲狀況下，此不確定度則係依據在全天空輻射中所增加之漫太陽照射度程度而增加。 藉著
37、準確地調整 (依據第 5.2.4 節之遮光圓盤型態之操作因數 )與讀取數據和仔細地操作，可以將進行校正程序所造成之不確定度降低至 1%以下。 備考： 因為在決定全天空輻射計傾斜度之不確定度至少是 0.1，因此校正之不確定度，因為投射直接太陽照射度之 cos所致見方程式 (1)、 (2)、 (3)、(7)，會隨著入射角度加大而增加。因此若要具有 1%不確定度時，入 12 CNS 15065, K 8027 射角度需要限制在低於 60。 8.2 所有系列所算得之樣 本標準差，可顯示出氣象之變動狀況 (例如風吹 )，以及儀器之精密度與變異度 (例如全天空輻射計之方位角響應 )。其數量依靠這些參數之可
38、容忍範圍而定。 8.3 有關於不確定度方面：在交替與持續日曬與遮陽這 2 種方法上並無基本差異。前者方法可以產出當散開雲層 (scattered cloud)狀況屬於典型時，較適宜應用之校正因數。使用後者決定之校正因數，並輔以仔細歸零程序與 2 個全天空輻射計之小心安裝以 “看見 ”相同之地平面與前景時，較適合使 用於晴朗之天空狀況。後者方法之校正因數，視理論最終數值 (見第 5.6.2 節 )而定，可能較為高出大約 0.5%。 有關於 2 種方法之優缺點比較，提供於附錄 F 中。 13 CNS 15065, K 8027 附錄 A (參考 ) 遮光圓盤裝置 A.1 一個用以遮蔽直接太陽 輻射
39、，以便使用全天空輻射計來量測漫太陽輻射之遮光圓盤裝置，包含下列部分： (a) 圓盤 具有一個定義明確的半徑 r 全天空輻射計圓頂半徑 +)5.0tan(od ；有關 d之說明，請見 b。 將與全天空輻射計相對的一面漆成黑色。 具備一個用以將圓盤固定至支撐物之方式。 (b) 圓盤支撐物 (disc support)，設計成 儘可能地小 (以減少對全天空輻射計之額外遮蔽 )。 儘可能堅固 (以避免因為風吹所造成之較大圓盤移動 )。 允許圓盤移動以遮蔽太陽。 對於任何圓盤位置，為固定圓盤中央與接收器中心之距離 d。 (c) 底座 (mount)，設計成 承擔圓盤支撐物。 以手動或電動機方式，移動此支
40、撐物，以維持此圓盤在準確之遮陽位置。 固定在儀器平台或類似物體上。 所謂的遮蔽角度 )/arctan(2 drs= ，須大約等於使用來進行校正之日射強度計之視野角度。 量測時，距離 d 須維持固定並與太陽之位置無關。 圓盤須放置於與太陽光 線成垂直之位置，且應遮蔽接收器表面與垂直入射時之玻璃圓頂之圓形對稱表面。 A.2 一些類型之太陽遮蔽裝置簡單敘述於下： A.2.1 一個追蹤太陽之全天空輻射計的遮光圓盤裝置 (操作於垂直入射時 ) 如圖 A.1 所示，一個遮陽裝置之底座係固定於一個可移動之全天空輻射計平台上。此圓盤可以沿著圓桿移動，並可被移除。 A.2.2 使用於固定式全天空輻射計之手工操作
41、遮光圓盤裝置 (a) 位於全天空輻射計旁邊之底座 如圖 A.2 所示，此底座係設計成為一個可轉動圓桿，站立於全天空輻射計之兩極端上方。此支 撐圓盤之圓桿可進行水平旋轉，以設定圓盤位置。 (不適合將圓盤設定在與接收器固定距離之位置 )。 (b) 與全天空輻射計同心圓之底座 如圖 A.3 所示，使用一個平板型的可轉動底座，允許對圓盤方位角位置之調整。為追隨太陽仰角，圓盤係沿著圓形彎曲之圓桿移動。為能夠迅速設置圓盤，此圓桿可以上下傾斜。 14 CNS 15065, K 8027 A.2.3 使用於持續遮陽之半自動電動機驅動裝置 如圖 A.4 所示，此遮光圓盤之底座係與太陽時角 (hour angle
42、)同步驅動。此時角軸係指向仰極 (elevated pole)視差操作 (parallactic operation)。為追蹤太陽之赤緯，此圓盤必須被手工移動。因為圓桿具適當尺寸之緣故，被固定的全天空輻射計之接收器，永遠與圓盤呈現同一距離。此種緊密設計允許進行持續操作且僅需要最小空間。 圖 A.1 使用於一個追蹤太陽之全天空輻射計 (5)之遮光圓盤裝置 圖 A.2 安裝於全天空輻射計 (5)旁邊之遮光圓盤裝置 （ 南、北極 ） 圓盤赤緯 太陽 天頂 90 d ：太陽仰角s=2arctan(r/d) 15 CNS 15065, K 8027 圖 A.3 與全天空輻射計呈同心安裝之遮光圓盤裝置 A
43、：可將全天空輻射計 D 各別旋轉之可轉盤板 B：承受遮光圓盤 E 之圓桿 F 之可轉盤板 C：固定底座 G：可使圓桿上下傾斜之關節 圖 A.4 半自動之遮光圓盤裝置 a：全天空輻射計 b：遮光圓盤 c：供手工移動遮光圓盤之圓弧形桿 d：齒輪 e：同步電動機 f：傾斜軸心以使圓桿指向仰極之關節 （ 南、北極 ） 16 CNS 15065, K 8027 A.2.4 進行持續或交替遮陽之全自動電動機驅動裝置 目前可以商業取得 一種具備全自動移動遮光圓盤之電腦控制太陽追蹤器。此時全天空輻射計 係安裝在一個箱子上，盒內的電動機依據太陽仰角來轉動具備遮光圓盤 之圓桿。在水平全天空輻射計見圖 A.5.a
44、所示之一種SCI-TEC(1)太陽追蹤器情況時，此電動機機殼係安裝在一個樑柱上，而由第二個電動機依據 太陽方位角來移動遮光圓盤。若是全天空輻射計係被校正於一個傾斜位置時，此追蹤裝置亦可被操作於傾斜模式見圖 A.5b。因為此圓盤之動作 係由電腦來控制，因此在校正過程時圓盤之去除與設置可以很容易地被程式化。 此裝置並未能完全符合第 5.2.4a 節之要求事項，因為接收平面與仰軸之間的距離 c 並不為零。 (1) 此太陽追蹤器係由加拿大的 SCI-TEC 公司所提供之一種產品。本資訊之提供係為提供本標準使用者之便利，並不代表 ISO 對於產品名稱之背書保證。只要可以達到相同結果時，相當之產品亦可被使
45、用。 圖 A.5 全自動之遮光圓盤追蹤器 (a) 具備遮光圓盤之太陽追蹤器 遮光圓盤 圓桿 電動機箱 17 CNS 15065, K 8027 圖 A.5 全自動之遮光圓盤追蹤器 (b) 處於傾斜位置之太陽追蹤器 18 CNS 15065, K 8027 附錄 B (參考 ) 計算一個太陽光束照射在一個傾斜平面時之入射角 B.1 依據球體幾何學之公式， cos (亦見圖 B.1)係給自： () ()+= cossincoscossincos其中， ：為太陽仰角； ：為太陽方位角，自南方開始量測，向西為正值，向東為負值； ：為相對於水平面之平面傾斜角； ：為與平面垂直之方位角。 B.2 使用天文
46、學之考量，前面提及之太陽座標可以用下列公式計算 ： ()( )+= coscoscossinsinsin cos =coscossin)sin(sin其中， ：為觀測點之地理緯度； ：為太陽赤緯 (declination)； ：為太陽時角 (在觀測時，太陽之時圈線與地區子午線間的角度 )。 有關詳細之資訊，請如 (6)。 圖 B.1 太陽方向與垂直於傾斜平面夾角 之定義 ：為太陽仰角； ：為太陽方位角； ：為相對於水平面之平面傾斜角 ：為與平面垂直之方位角 天頂法線 太陽 南 19 CNS 15065, K 8027 附錄 C (參考 ) 日曬遮陽法之延伸版本 C.1 一項對日曬與遮陽方法之改
47、善方法，可使得即使是在 天空狀況較不穩定時 (例如變動之空氣濁度或陰暗程度時 )，也可以允許對日曬 階段之漫太陽照射度進行準確之量測。 此方法一般需要一個持續被遮蔽之全天空輻射計，在與被測試全天空輻射計相同方位與相同遮蔽型態下進行操作。 C.2 VD,(2i) (見第 5.7.1 節 )藉由參考從連續遮陽全天空輻射計之訊號 VD,*得到更精確值。 () ()iVkkiVDD222,21,+= 其中，()()1212,1=iViVkDD()()1212,2+=iViVkDDk1與 k2讀數之讀取，至少需要 10 分鐘時間。 VD,(2i)取代在相對應之方程式 1、 2(見第 5.7.1 節 )之
48、內插值 () ( ) 12125.0,+iViVDD。 C.3 此方法目前已為加拿大大氣環境局所使用與推薦。 20 CNS 15065, K 8027 附錄 D (參考 ) 交替日曬遮陽法之多重讀數版本 D.1 本版本之目標，乃是藉著對 個別輻射計在每個階段之最終階段中針對 10 個數據(而非僅有一個 )進行平均之方式，來減少隨機分散 (random scatter) (例如來自風吹與灰塵等 )對於一個系列中單一數值之影響效應，並且得以使用這些讀數之平均數於往後之計算中。對於標準偏差之沒有偏差估計 (unbiased estimate)，可以提供一個額外優點，亦即是作為對於這些讀數之不確定度的一種量測。 D.2 本版本允許對於輻射計 進行全部自動的作業，因此須被應用於全部自動校正程序。有必要使用一部電腦。 D.3 對於輻射計之每個頻道，需要考量第 5.6.2 節之下列改善： (a) 在每個間隔之最後 0.15t0秒內，有系統地讀取 10 個讀數 (第 10 個讀數相對應於基本版本之單一讀數， t0為間隔時間 )。 (b) 計算 10 個讀數之算術平均值。 (c) 將 10 個個別讀數與計算得之平均數值進行比較，並且排除那些
