เครื่องมือที่ใช้วัดรังสีแสงอาทิตย์ โดย น.ส. จุรีพร โสภาพรอมร รหัส 48402620 คณะพลังงานและวัสดุ สายวิชาเทคโนโลยีพลังง

1. เครื่องมือที่ใช้วัดรังสีแสงอาทิตย์เครื่องมือที่ใช้วัดรังสีแสงอาทิตย์ โดย น.ส. จุรีพร โสภาพรอมร รหัส 48402620 คณะพลังงานและวัสดุ สายวิชาเทคโนโลยีพลังงาน gift_scc@hotmail.com

2. Outline ประวัติเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องวัดรังสีแสงอาทิตย์ชนิดต่างๆ รายละเอียดและวิธีการวัด ประเภทของเครื่องมือวัดรังสีแสงอาทิตย์ Pyranometer and Shading device Spactal Pyranometer and ventilation Ultraviolet Pyranometer Star Pyranometer

3. การตรวจวัดรังสีดวงอาทิตย์การตรวจวัดรังสีดวงอาทิตย์ รังสีตรง (Direct solar radiation) รังสีที่ส่องตรงมาที่ผิวโลก รังสีกระจาย(Diffuse solar radiation) รังสีที่กระจัดกระจายในท้องฟ้า รังสีรวม(Global radiation) ผลรวมของรังสีตรงและกระจาย โดยวัดจากพื้นราบ รังสีรวม (Total radiation) ผลรวมของรังสีตรงและกระจาย โดยวัดจากพื้นเอียง รังสีโลก (Terrestrial radiation)เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นยาวที่ปลดปล่อยออกที่ผิวโลก และโดยก๊าซต่างๆ ฝุ่นละออง และเมฆในบรรยากาศ รังสีดวงอาทิตย์(Solar Radiation)เป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ รังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบขอบบรรยากาศเรียกว่า รังสีที่นอกโลก (Extraterrestrial Solar Radiation) ซึ่ง ประกอบด้วย ช่วงคลื่นสั้น ตั้งแต่ 290-300 นาโนเมตร ถึง 97 เปอร์เซ็นต์

4. ประวัติการพัฒนาเครื่องวัดรังสีแสงอาทิตย์แบบคร่าวๆประวัติการพัฒนาเครื่องวัดรังสีแสงอาทิตย์แบบคร่าวๆ

5. การพัฒนาเครื่อง pyrheliometer Budapest, Hungary เริ่มต้นตั้งแต่ปี1983

6. International pyrheliometer comparison, Davos, Switzerland 2000

7. The example screen of HF calibration program

8. Platform of radiometric sensors and solar tracker

10. สำหรับวัดรังสีตรง Pyrheliometer สำหรับวัดรังสีกระจาย Pyranometer สำหรับวัดรังสีรวม Pyranometer ชั่วโมงที่มีแดด Sunshine Recorder ประเภทของเครื่องมือวัดรังสีแสงอาทิตย์

11. ที่มา http://www.campbellsci.ca/CampbellScientific/Catalogue/prfull/CM21.jpg[ 1]ที่มาhttp://www.ictinternational.com.au/images/PyranometerDrawing-sm.gif [2] เป็นเครื่องมือวัดรังสีรวม ประกอบด้วยส่วนที่รับรังสีอาทิตย์ ที่ประกอบด้วย thermopile หลายชุดต่ออนุกรมกัน โดมแก้วครึ่งวงกลม2ชั้น จานกลมสีขาวใต้โดมแก้ว Pyranometer

12. Pyranometer • เมื่อมีรังสีอาทิตย์ตกกระทบthermopile ด้านสีขาวจะมีคุณสมบัติสะท้อนรังสีแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบ ด้านสีดำมีสมบัติดูดกลืนรังสีแสงอาทิตย์ เมื่อมีรังสีอาทิตย์ตกกระทบทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของผิวทั้งสองทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากปรากฎการณ์thermoelectric แรงดันไฟฟ้าที่ได้จะมีค่าประมาณ5-10 มิลลิโวลต์ต่อแคลอรีตารางเซนติเมตร-นาที thermopile บรรจุอยู่ในโดมแก้วครึ่งวงกลม2ชั้นซึ่งทำหน้าที่ป้องกันฝุ่น,ลมและการสูญเสียความร้อนเนื่องจากการพาและการแผ่รังสี ใต้โดมแก้วจะมีจานกลมสีขาวสวมอยู่ ทำหน้าที่ป้องกันรังสีกระจายที่สะท้อนจากพื้นดินและสิงแวดล้อมเพื่อให้รังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์มาจากท้องฟ้าเท่านั้น ที่มา http://www.powerfromthesun.net/chapter2/Chapter2.htm[3]

13. ใช้ร่วมกับ Pyranometer เป็นแผ่นวงกลมที่กั้นไม่ให้รังสีตรงตกกระทบผิวรับแสงขนาดของชิ้นวงกลม ต้องทำให้เงาพอดีกับขนาดของผิวรับแสง เนื่องจากการเปลี่ยนทิศทางของรังสีตรงตลอดวันชิ้นวงกลมจะต้องต่อกับเครื่องมือตามแสงอาทิตย์ เงาของชิ้นวงกลมจะตกบนผิวรับแสงจลอดวัน รงสีบนผิวรับแสงจึงเป็นเฉพาะรังสีกระจาย ที่มาhttp://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html [25,26] SHADING DEVICES

14. ในการวัดรังสีแสงอาทิตย์ชนิด Spectral Pyranometer จะมีขดลวดไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อหลายทาง เพื่อเป็นการป้องกันการสั่นสะเทือนและกระแทกอย่างรุนแรงของเครื่องกลโดยจะปกคลุมกับตัว thermopileลวดโลหะสีดำ(ดูดกลืนแสงอาทิตย์) อุปกรณ์นี้จะสามารถเคลื่อนย้ายได้ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของพื้นที่และการปรับปรุงตัวโดมแก้วครึ่งวงกลมที่คลุมอยู่ โดมแก้วครึ่มวงกลมนั้นทำจากแก้วชนิดWG295 มีความโปร่งแสงและมีความหนาประมาณ 0.285 ถึง 2.8µm Spectral Pyranometer • ที่มาhttp://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html [4] ที่มาwww.risoe.dk/.../ instrumentation/calibration.htm[5]

15. The Eppley Ventilator is designed to be used with the Precision Spectral Pyranometer, Model PSP or the Precision Infrared Radiometer, Model PIR. A "muffin" fan in the base continuously blows air over both the instrument case and the instrument dome, keeping the hemispheres cleaner from frost, snow, dew and moisture buildup. The fan provides approximately 30 C FM of ventilation and draws approximately 0.15 amps, or 11 watts, in the 115 volt configuration. The clear plastic upper housing allows the instrument, connector, and desiccator window to be easily viewed. A white enameled guard disk, leveling screws and hold down holes are provided. The 8 inch diameter, 5.75 inch high ventilator weighs 5.5 pounds. ที่มาhttp://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html[24] VENTILATION

16. UVB-1 and UVA-1 Pyranometers เป็นเครื่องมือทางอุตุนิยมวิทยาที่มีความแม่นยำสำหรับการวัดผลกระทบของรังสีอัตตร้าไวโอเลตชนิด AและBที่มีต่อทางชีววิทยา ที่มาhttp://www.yesinc.com/products/data/uvb1/[6,7] Ultraviolet Pyranometer

17. The UVB-1 Ultraviolet Pyranometer • รังสีแสงอาทิตย์ทั้งแบบรังสีตรงและรังสีกระจายจะผ่านเข้าไปในแก้วโดมเพื่อส่งต่อUVที่สภาพอากาศต่างๆ • ฟิวเตอร์แรกUVจะผ่านชั้นแก้วสีดำซึ่งจะทำการดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดยกเว้นส่วนเล็กๆน้อยๆที่เป็นแสงสีแดง รังสีส่งผ่านที่ส่งผ่านจากฟิวเตอร์ชั้นแรกซึ่งจะมีปริมาณรังสีUV-B ลดลง สารเรืองแสงจากชั้นนี้จะดูดกลืนรังสีและส่งย้อนกลับไปบางส่วน เหลือแต่แสงสีเขียวจะส่งผ่านไปในชั้นต่อไป • เมื่อแสงสีเขียวผ่านฟิวเตอร์ชั้นที่ 3 จะผ่านเข้าไปในหลอดฟลูออเรสเซนต์ ขณะเดียวกันจะทำการบล็อคแสงสีแดงที่ส่งมาโดยblack glass ความเข้มแสงฟลูออเรสเซนต์นั้นจะถูกวัดโดยสาร photodiode(GaAsP), ซึ่งจะตอบสนองต่อสารสีเขียวแต่ไม่ไวแสงสำหรับแสงสีแดง • ขบวนการสุดท้ายจะทำการเปลี่ยนและขยายในรูปเสียงและส่งไปตามสายเป็นสัญญาณขาออกต่อไป ที่มาhttp://www.yesinc.com/products/data/uvb1/[8]

18. ใช้ในการวัดรังสีตรง,รังสีกระจายและรังสีรวมชนิด Global radiation เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยในการทำงานของ Star Pyronameter โดยมีสักษณะเป็นอากาศเป่าด้านบน Star Pyranometer

19. Standard Pyranometer Calibration

20. ใช้วัดรังสีตรงที่ส่องมายังผิวโลกโดยจะทำงานคล้ายกับเครื่องวัดชนิด pyranometerต่างกันตรงที่มีชุดขับเคลื่อนตามดวงอาทิตย้ เพื่อที่จะให้ผิวรับรังสีตั้งฉากกับลำแสงตลอดเวลา ผิวรับรังสีติดอยู่ส่วนของท่อที่ให้แสงเข้ามุมรับแสงที่ปากกล้องมีค่าไม่เท่ากันแล้วแต่บริษัทผู้ผลิต สามารถรับรังสีตรงได้เพียงอย่างเดียว ที่มาhttp://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html[9]ที่มาhttp://www.powerfromthesun.net/chapter2/Chapter2.html [10] pyrheliometer

21. ที่มาhttp://www.middletonsolar.com/products/product13.htm[11]ที่มาhttp://www.middletonsolar.com/products/product13.htm[11] ASR-02 Absolute Spectral Radiometer จะบรรจุpyrheliometer sensors3 ชนิดวางเรียงเป็นแถวเดียวกันในระบบทที่ถูกปิดไว้อย่างมิดชิดเซนเซอร์ทั้ง 3 ตัวนั้นจะแสดงผลทางคณิตศาสตร์(simultaneously)เพื่อใช้ในการเลือกฟิวเตอร์เพื่อให้การวัดเป็นไปด้วยความแม่นยำ เซนเซอร์จะทำงานอย่างอิสระและเป็นการทำงานรวมกันของspectrometer, sunphotometer, หรือpyrheliometer Spectral pyrheliometer

22. Absolute pyrheliometer • Absolute Cavity Pyrheliometer ตัวเซนเซอร์จะประกอบด้วยช่องคู่สำหรับรับแสง balanced cavity receiver pair ต่ออยุ่กับวงจรสายไฟฟ้าและแผงเทอร์โมไพล์ ช่องสำหรับรับแสงนี้จะถูกทำให้เป็นสีดำซึ่งจะดูดซับลมร้อนThe blackened cavity receivers are fitted with heater windings which allow for absolute operation using the electrical substitution method, which relates radiant power to electrical power in SI units. The forward cavity views the direct beam through a precision aperture. The precision aperture area is nominally 50 mm2 and is measured for each unit. The rear receiver views an ambient temperature blackbody. The HF radiometer element with baffle tube and blackbody are fitted into an outer tube which acts as the enclosure of the instrument. The Model AHF has an automatic shutter attached to the outer tube. Model HF Control The operation of the cavity radiometer, and the measurement of the required parameters is performed using an appropriate control box. The control functions include setting of the calibration heater power level, activation of the calibration heater, selection of the signals to be measured and control of the meter measurement functions and ranges. The measured parameters include the thermopile signal, the heater voltage and the heater current which is measured as the voltage drop across a 10 Ohms precision resistor. The instrument temperature may also be measured using an internally mounted thermistor. The meter resolution of 100 nV allows for a thermopile signal equivalent in radiation of approximately 0.1 Wm-2. Control boxes for manual or manual/automatic are available. The control box can operate either one radiometer in the measurement mode or two radiometers in the comparison mode. Automatic operation allows for computer control of shuttering, calibration heating and measurement functions. Calculation operations and data storage are also possible under computer control. Programs for independent, automatic measurement and cavity radiometer comparison are supplied with automatic units. Although these are absolute devices, the radiometers are compared with the EPLAB reference cavity radiometers which have participated in the International Pyrheliometric Comparison (IPC) and other intercomparisons and are directly traceable to the World Radiation Reference (WRR). ที่มา http://swera.unep.net/swera/index.php?id=34 [12] ที่มาhttp://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html [13]

23. Local Standard Pyrheliometer Stability Check

24. Pyrheliometers รุ่นแรกๆ

25. ที่มาhttp://aeronet.gsfc.nasa.gov/Operational/pictures/cim_setup/Figure1.html [14] A sunphotometer is a class of photometers designed for observing certain narrow spectral bands of sunlight. A typical instrument will produce a output signal proportional to the solar irradiance within the intended spectral band. The instruments typically used by CMDL are intended to deduce spectral atmospheric transmission, or optical depth, from which the contributions of various atmospheric constituents can be calculated, most commonly aerosol, but water vapor and ozone are also potentially derived. The spectral discrimination of the sunphotometer is often accomplished with a narrowband interference glass filter which is the source of considerable uncertainty in the typical measurement. There have been numerous commercial sources of sunphotometers but in most cases CMDL has designed and built their own for various field programs. Calibration of the CMDL sunphtometers is accomplished by the common Langley technique at our field site at Mauna Loa. The filters used in past instruments have proven to typically be too unstable for long-term measurements at remote sites. Therefore, CMDL has subsequently utilized sunphotometers for short-term expeditionary programs or for ongoing observations at Mauna Loa where they are frequently calibrated. Techniques for obtaining, reducing and utilizing sunphotometer observations, as practiced by CMDL are given in related papers . Sun photometer

26. A PIR is used to measure, hemispherically,  the exchange of longwave radiation between a horizontal blackened surface (the detector) and the target viewed (i.e. the sky or the ground). The PIR has the same circular multi- junction thermopile (detector) as the Eppley PSP which is used as a method of transducing the longwave radiation flux into a electrical response (Figure 1).  The inner silicon dome is coated with a vacuum-deposited interference filter.  Radiation at wavelengths from 0.3-0.4 µm to approximately 50 µm is transmitted into the sensor. The amount of radiation in the visible spectrum 0.3-4.0 µm is  not significant; absorption and re-emission effects are small and have been compensated for in the calibration. ที่มาwww.met.wau.nl/haarwegdata/ readme/pyrgeo.htm[15]ที่มาsnrs.unl.edu/agmet/ 408/instruments/longrad.html[16] Pyrgeometer

27. Pyrradiometer is a total hemispherical radiometer, used for exact determination of net radiation in short-wave and long-wave radiation range (0.3 to >30 µm) with two separately working receivers and with a built-in Pt-100 resistance thermometer to determine reference temperature. Two black, radiation absorbing plates act as sensors, one facing upward and one facing downward. Each transfers the energy absorbed to a separate 90-junction copper-constantan thermopile. Both of the two outputs are approximately 15 µV/Wm², one representing downward total radiation and the other representing upward total radiation. The difference between these two provides net radiation. Lupolene domes shield the thermopiles from wind and moisture. Lupolene is essentially transparent to radiation from 0.3 to 60 microns. Two desiccant tubes are supplied to remove water vapor from inside the instrument housing. For long-term applications, fittings permit attachment of a nitrogen source for continuous purging. Levels are embedded in both the top and bottom faces of the pyrradiometer, and a 10" mounting arm is included. ที่มาhttp://www.novalynx.com/240-8111.html [17] ที่มาhttp://www.middletonsolar.com/images/product_7_big.jpg [18] Pyrradiometer

28. Albedometer • Albedo is the measurement which quantifies how much the medium (vegetation, buildings, mountains, soil, snow, etc.) reflects solar radiation which falls onto it. Its value is calculated by dividing the total solar radiation reflected by the medium by the global solar radiation incident at the location. The Albedometer is an equipment that measures both the global solar radiation as well as the reflected radiation, giving as an answer the albedo value. To assure a more precise measurement, it is generally installed several meters above the surface.

29. ที่มาhttp://www.tfh-berlin.de/~marx/images/draufsicht.jpg[19]ที่มาhttp://www.tfh-berlin.de/~marx/images/draufsicht.jpg[19] Based on the mentioned conditions, the digital illuminance-meter „Minilux“   was developed at the University of Applied Sciences, Berlin  in cooperation with the Technical University of Zhejiang, China. Concrete, it is a newly developed, portable illuminance-meter for universal applications concerning the whole lighting technic Accurate photometry of high-pressure discharge lamps  with pulsed current supply calls for a special photocurrent amplifier, which, in accordance with the Talbot-Plateau-law, reliably estimate the linear mean value of luminous flux. Ordinary  luxmeters  are  generally   not  designed to measure  high pulsating  light sources . Therefore, to avoid  errors, the staff of photometric laboratories should heed this recommendation before measuring such light sources. Critical evaluation and investigation of the suitability of the photometer for measurements of pulsating light is required. The new measuring instrument avoids these disadvantages and thereby closes a gap in the market. Illuminance meter

30. ที่มาwww.cmdl.noaa.gov/ star/bodyframe.html[20] The Multifilter Rotating Shadowband Radiometer (MFR-7) is a field instrument that measures the global, direct, and diffuse components of solar irradiance at up to seven wavelengths. A microprocessor- controlled shadowband alternately shades and exposes the instrument diffuser, enabling the system to measure all three irradiance components with only one detector. MULTIFILTER ROTATING SHADOWBAND RADIOMETER

31. ที่มาwww.fairmountweather.com/ products_bottom.php?...[21,22] เครื่องบันทึกแดดชนิด แคมป์เบลล์-สโต๊กส์สามารถวัดช่วงเวลาที่รังสีตรงในแสงอาทิตย์ที่มีความเข้มสูงพอที่จะกระตุ้นตัวบันทึก ช่วงเวลาสั้นที่สุดที่วัดได้คือ 0.1 ชั่วโมงการกระตุ้นอาจใช้ความร้อนจากการวมแสง ใช้ปฎิกริยาเคมีที่เกิดขึ้นจากแสง หรือใช้ปรากฎการณโฟโตโวลตาอิก Sunshine Recorder

32. The Eppley Laboratory manufactures two types of Solar Trackers to be used with the Normal Incidence Pyrheliometer and the Cavity Radiometer. The Automatic Solar Tracker, Model SMT-3 is a 2 axis, azimuth/elevation device programmed to align direct beam instruments with the normal incidence of the sun from any position on the earth’s surface. Tracking is achieved using a computer program which calculates the solar position for the time and location and transmits pulses to the drives, which then operate the 2 stepping motors. The stepping motors move the elevation and azimuth axes to the correct position. After initial installation, the tracker will continue to track the sun and reset during darkness. Only periodic resetting of the system clock is required. The Models ST-1 and ST-3, "green tracker" are electrically driven using a clock-based motor which makes one revolution every 24 hours. The ST-1 is designed for use with a single instrument while the ST-3 accommodates up to three. The ST-3 also incorporates worm and gear fine adjustments for declination and equation of time. ที่มาwww.solar-trackers.com/[23] SOLAR TRACKERS

33. Reference http://soi.stanford.edu/~wso/gifs/bigcycle.jpegรูปหน้า 1 http://www.tmd.go.th/~ozone/solar%20page.htm http://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html http://www.yesinc.com/products/data/uvb1/ http://snrs.unl.edu/agmet/ 408/instruments/longrad.html ศ.ดร. จงจิตร์ หิรัญลาภ,2541}”กระบวนการพลังงานรังสีอาทิตย์รูปความร้อน”บทที่1รังสีอาทิตย์และการวัด หน้า 20-24 http://www.campbellsci.ca/CampbellScientific/Catalogue/prfull/CM21.jpg[1] http://www.ictinternational.com.au/images/PyranometerDrawing-sm.gif [2] http://www.cmdl.noaa.gov/star/bodyframe.html [4,9,13,20,24-26] http://www.risoe.dk/.../ instrumentation/calibration.htm[5] http://www.yesinc.com/products/data/uvb1/ [6-8]

34. Reference http://www.powerfromthesun.net/chapter2/Chapter2.htm[3,10] http://www.middletonsolar.com/products/product13.htm [11] http://swera.unep.net/swera/index.php?id=34 [12] http://aeronet.gsfc.nasa.gov/Operational/pictures/cim_setup/Figure1.html [14] http://www.met.wau.nl/haarwegdata/ readme/pyrgeo.htm[15] http://snrs.unl.edu/agmet/ 408/instruments/longrad.html[16] http://www.novalynx.com/240-8111.html [17] http://www.middletonsolar.com/images/product_7_big.jpg [18] http://www.tfh-berlin.de/~marx/images/draufsicht.jpg [19] http://www.fairmountweather.com/ products_bottom.php?...[21,22] www.solar-trackers.com/[23]