पायरानोमीटर
पाइरानोमीटर (ग्रीक πῦρ (पीआईआर) 'अग्नि', और ἄνω (एनो) 'ऊपर, आकाश' से) एक्टिनोमीटर का एक प्रकार है जो तलीय सतह पर सौर विकिरण को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। और इसे 0.3 माइक्रोन से 3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य सीमा के भीतर ऊपर गोलार्ध से सौर विकिरण प्रवाह घनत्व (W/m2) को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
विशिष्ट पाइरानोमीटर को संचालित करने के लिए किसी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि, हाल के तकनीकी विकास में पाइरानोमीटर में इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग सम्मिलित है, जिसके लिए (कम) बाहरी शक्ति (ऊष्मा प्रवाह संवेदक देखें) की आवश्यकता होती है।
व्याख्या
स्पेक्ट्रम और वर्णक्रमीय प्रतिक्रियापृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाला सौर विकिरण स्पेक्ट्रम अपनी तरंग दैर्ध्य को लगभग 300 nm से 2800 nm तक बढ़ाता है। उपयोग किए गए पाइरानोमीटर के प्रकार के आधार पर, वर्णक्रमीय संवेदनशीलता की विभिन्न डिग्री के साथ विकिरण माप प्राप्त किया जाएगा।
विकिरण का मापन करने के लिए, परिभाषा के अनुसार यह आवश्यक है कि "बीम" विकिरण की प्रतिक्रिया घटना के कोण के कोज्या के साथ भिन्न हो। यह पूर्ण प्रतिक्रिया सुनिश्चित करता है जब सौर विकिरण संवेदक को लंबवत (सतह पर सामान्य, चरम पर सूर्य, घटना का 0° कोण) रूप से हिट करता है शून्य प्रतिक्रिया जब सूर्य क्षितिज (90° घटना का कोण, 90° चरम कोण) पर, और 0.5 घटना के 60 ° कोण पर होता है। यह इस प्रकार है कि एक पाइरानोमीटर में तथाकथित "दिशात्मक प्रतिक्रिया" या "कोज्या प्रतिक्रिया" होनी चाहिए जो आदर्श कोज्या विशेषता के जितना संभव हो उतना समीप हो।
प्रकार
आईएसओ 9060 में उल्लिखित परिभाषाओं के बाद,[1] तीन प्रकार के पाइरानोमीटर को दो अलग-अलग तकनीकों में पहचाना और समूहीकृत किया जा सकता है: थर्मापाइल तकनीक और सिलिकॉन सेमीकंडक्टर तकनीक।
प्रकाश संवेदनशीलता, जिसे 'वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया' के रूप में जाना जाता है, पायरानोमीटर के प्रकार पर निर्भर करती है। ऊपर दिया गया आंकड़ा सौर विकिरण स्पेक्ट्रम के संबंध में तीन प्रकार के पाइरानोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं को दर्शाता है। सौर विकिरण स्पेक्ट्रम सूर्य के प्रकाश के स्पेक्ट्रम का प्रतिनिधित्व करता है जो पृथ्वी की सतह पर समुद्र तल पर दोपहर के समय तक पहुंचता है। (वायु द्रव्यमान (सौर ऊर्जा)) = 1.5।
अक्षांश और ऊंचाई इस स्पेक्ट्रम को प्रभावित करते हैं। स्पेक्ट्रम एयरोसोल और प्रदूषण से भी प्रभावित होता है।
थर्मोपाइल पायरानोमीटर
थर्मोपाइल पाइरानोमीटर (जिसे थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री | थर्मो-इलेक्ट्रिक पायरानोमीटर भी कहा जाता है) थर्मोपाइल्स पर आधारित एक सेंसर है, जिसे 180 डिग्री के दृश्य कोण से सौर विकिरण प्रवाह घनत्व के व्यापक बैंड को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक थर्मोपाइल पाइरानोमीटर इस प्रकार आमतौर पर 300 से 2800 एनएम तक बड़े पैमाने पर फ्लैट वर्णक्रमीय संवेदनशीलता के साथ मापता है (वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया ग्राफ देखें) थर्मोपाइल पायरानोमीटर की पहली पीढ़ी में सेंसर का सक्रिय भाग काले और सफेद क्षेत्रों में समान रूप से विभाजित था। विकिरण की गणना काले क्षेत्रों के तापमान, सूर्य के संपर्क में आने वाले, और सफेद क्षेत्रों के तापमान, सूर्य के संपर्क में न आने वाले क्षेत्रों या रंगों में बेहतर कहे जाने वाले अंतर माप से की गई थी।
सभी थर्मोपाइल प्रौद्योगिकी में, विकिरण सूर्य के उजागर क्षेत्र के तापमान और छाया क्षेत्र के तापमान के बीच के अंतर के समानुपाती होता है।
डिजाइन
फाइल:SR20 पाइरानोमीटर लाइनड्राइंग.पीडीएफ|थंब|229x229पीएक्स|पायरानोमीटर की लाइनड्राइंग, आवश्यक भागों को दिखाते हुए: (1) केबल, (3)पाइरानामीटर और (5) ग्लास डोम, (4) ब्लैक डिटेक्टर सतह, (6) सन स्क्रीन, (7) जलशुष्कक संकेतक, (9) लेवलिंग फ़ीट, (10) बबल लेवल, (11) कनेक्टर उचित दिशात्मक और वर्णक्रमीय विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, निम्नलिखित मुख्य घटकों के साथ थर्मोपाइल पाइरानोमीटर का निर्माण किया जाता है:
- ब्लैक कोटिंग के साथ थर्मोपाइल सेंसर। यह सभी सौर विकिरण को अवशोषित करता है, इसमें 300 से 50,000 नैनोमीटर रेंज को कवर करने वाला एक फ्लैट स्पेक्ट्रम होता है, और इसकी लगभग पूर्ण कोसाइन प्रतिक्रिया होती है।
- एक कांच का गुंबद। यह 180° देखने के क्षेत्र को संरक्षित करते हुए वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया को 300 से 2,800 नैनोमीटर (2,800 एनएम से ऊपर के हिस्से को काटकर) तक सीमित करता है। यह थर्मोपाइल सेंसर को संवहन से भी बचाता है। बहुत से, लेकिन सभी नहीं, प्रथम श्रेणी और माध्यमिक मानक पायरानोमीटर (थर्मोपाइल पायरानोमीटर का आईएसओ 9060 वर्गीकरण देखें) में एक अतिरिक्त विकिरण ढाल के रूप में एक दूसरा गिलास गुंबद शामिल होता है, जिसके परिणामस्वरूप कुछ एकल की तुलना में सेंसर और आंतरिक गुंबद के बीच बेहतर थर्मल संतुलन होता है। एक ही निर्माता द्वारा गुंबद मॉडल। इन मामलों में एक दूसरे गुंबद के होने का प्रभाव, साधन ऑफसेट की एक मजबूत कमी है। क्लास ए, सिंगल डोम मॉडल, लो जीरो-ऑफसेट (+/- 1 वॉट/मी2) उपलब्ध हैं।
आधुनिक थर्मोपाइल पायरानोमीटर में थर्मोपाइल के सक्रिय (गर्म) जंक्शन ब्लैक कोटिंग सतह के नीचे स्थित होते हैं और ब्लैक कोटिंग से अवशोषित विकिरण द्वारा गर्म होते हैं।[2] थर्मोपाइल के निष्क्रिय (ठंडे) जंक्शन सौर विकिरण से पूरी तरह से सुरक्षित हैं और पाइरानोमीटर आवास के साथ थर्मल संपर्क में हैं, जो हीट-सिंक के रूप में कार्य करता है। यह छाया में तापमान को मापते समय पीलेपन या क्षय से किसी भी परिवर्तन को रोकता है, इस प्रकार सौर विकिरण के माप को क्षीण करता है।
ब्लैक कोटिंग सतह और उपकरण आवास के बीच तापमान अंतर के अनुपात में थर्मोपाइल एक छोटा वोल्टेज उत्पन्न करता है। यह 10 μV (माइक्रोवोल्ट) प्रति W/m2 के क्रम का है, इसलिए धूप वाले दिन आउटपुट लगभग 10 mV (मिलीवोल्ट) होगा। प्रत्येक पाइरानोमीटर में एक अद्वितीय संवेदनशीलता होती है, जब तक कि अन्यथा अंशांकन के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स से सुसज्जित न हो।
उपयोग
थर्मोपाइल पाइरोनोमीटर का उपयोग अक्सर मौसम विज्ञान, जलवायु विज्ञान, जलवायु परिवर्तन (सामान्य अवधारणा) अनुसंधान, इंजीनियरिंग भौतिकी के निर्माण, फोटोवोल्टिक प्रणालियों और फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों की निगरानी में किया जाता है।
वे आम तौर पर मौसम विज्ञान केंद्रों में क्षैतिज रूप से स्थापित होते हैं।
सौर ऊर्जा उद्योग, 2017 मानक में, IEC 61724-1:2017,[3] ने परिभाषित किया है कि सौर ऊर्जा संयंत्र के आकार और श्रेणी के आधार पर किस प्रकार के पायरानोमीटर का उपयोग किया जाना चाहिए। यह मानदंड प्रदर्शन अनुपात गणना में सटीकता बढ़ाने के लिए क्षैतिज रूप से थर्मोपाइल पायरानोमीटर (जीएचआई, वैश्विक क्षैतिज विकिरण) स्थापित करने और पीवी मॉड्यूल (पीओए, एरे के विमान) के विमान पर फोटोवोल्टिक पायरानोमीटर स्थापित करने की सलाह देता है।
फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर - सिलिकॉन फोटोडायोड
आईएसओ 9060 में एक फोटोइलेक्ट्रिक पायरानोमीटर के रूप में भी जाना जाता है,[4] एक फोटोडायोड-आधारित पायरानोमीटर 400 एनएम और 1100 एनएम के बीच सौर स्पेक्ट्रम के हिस्से का पता लगा सकता है। फोटोडायोड उपरोक्त सौर स्पेक्ट्रम आवृत्तियों को उच्च गति पर वर्तमान में परिवर्तित करता है, प्रकाश विद्युत प्रभाव के लिए धन्यवाद। रूपांतरण तापमान से प्रभावित होता है और तापमान में वृद्धि से उत्पन्न धारा में वृद्धि होती है (लगभग 0,1% • °C)
डिजाइन
एक फोटोडायोड पाइरानोमीटर, मॉडल क्वांटमएक photodiode -आधारित पाइरानोमीटर एक हाउसिंग डोम, एक फोटोडायोड और एक डिफ्यूज़र या ऑप्टिकल फिल्टर से बना होता है। फोटोडायोड का सतह क्षेत्र छोटा होता है और सेंसर के रूप में कार्य करता है। फोटोडायोड द्वारा उत्पन्न धारा विकिरण के समानुपाती होती है; एक आउटपुट सर्किट, जैसे कि एक ट्रांसिम्पेडेंस एम्पलीफायर, फोटोक्रेक्ट के सीधे आनुपातिक वोल्टेज उत्पन्न करता है। आउटपुट आमतौर पर मिलिवोल्ट्स के क्रम पर होता है, थर्मोपाइल-टाइप पायरानोमीटर के समान परिमाण का क्रम।
उपयोग
फोटोडायोड-आधारित पायरानोमीटर लागू किए जाते हैं जहां दृश्यमान सौर स्पेक्ट्रम के विकिरण की मात्रा, या यूवी, आईआर या PAR (प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण) जैसे कुछ हिस्सों की गणना की जानी चाहिए। यह विशिष्ट वर्णक्रमीय प्रतिक्रियाओं वाले डायोड का उपयोग करके किया जाता है। फोटोडायोड-आधारित पायरानोमीटर फोटोग्राफी, सिनेमा और प्रकाश तकनीक में उपयोग किए जाने वाले हल्का मीटर का मूल है। कभी-कभी उन्हें फोटोवोल्टिक सिस्टम के मॉड्यूल के करीब भी स्थापित किया जाता है।
फोटोवोल्टिक पायरानोमीटर - फोटोवोल्टिक सेल
फोटोवोल्टिक प्रणालियों के प्रसार के साथ-साथ 2000 के दशक के आसपास निर्मित, फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर फोटोडायोड पायरानोमीटर का एक विकास है। इसने सेल और फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की शक्ति को मापते समय एकल संदर्भ फोटोवोल्टिक सेल की आवश्यकता का उत्तर दिया।[5] विशेष रूप से, प्रत्येक सेल और मॉड्यूल का उनके संबंधित निर्माताओं द्वारा फ्लैश टेस्ट के माध्यम से परीक्षण किया जाता है, और थर्मोपाइल पाइरानोमीटर में प्रतिक्रिया की पर्याप्त गति नहीं होती है और न ही सेल की समान वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया होती है। शक्ति को मापते समय यह स्पष्ट बेमेल पैदा करेगा, जिसे परिमाणित करने की आवश्यकता होगी।[6][7] तकनीकी दस्तावेजों में, इस पाइरानोमीटर को रेफरेंस सेल के रूप में भी जाना जाता है।
सेंसर का सक्रिय भाग एक फोटोवोल्टिक सेल से बना होता है जो शॉर्ट-सर्किट स्थिति में काम करता है। इस प्रकार, उत्पन्न धारा 350 एनएम और 1150 एनएम के बीच की सीमा में सेल पर पड़ने वाले सौर विकिरण के सीधे अनुपात में होती है। जब उल्लिखित सीमा में चमकदार विकिरण द्वारा निवेश किया जाता है, तो यह फोटोवोल्टिक प्रभाव के परिणामस्वरूप वर्तमान उत्पन्न करता है। इसकी संवेदनशीलता सपाट नहीं है, लेकिन यह सिलिकॉन फोटोवोल्टिक सेल के समान है। स्पेक्ट्रल रिस्पांस ग्राफ देखें।
डिजाइन
एक फोटोवोल्टिक पायरानोमीटर अनिवार्य रूप से निम्नलिखित भागों के साथ इकट्ठा होता है:
- एक फिक्सिंग स्टाफ के साथ एक धातु का कंटेनर
- एक छोटा फोटोवोल्टिक सेल
- संकेत अनुकूलन इलेक्ट्रॉनिक्स
फोटोडायोड और फोटोवोल्टिक सेल जैसे सिलिकॉन सेंसर तापमान के कार्य में आउटपुट को बदलते हैं। अधिक हाल के मॉडलों में, इलेक्ट्रॉनिक्स तापमान के साथ संकेत की भरपाई करते हैं, इसलिए सौर विकिरण के मूल्यों से तापमान के प्रभाव को हटाते हैं। कई मॉडलों के अंदर, मामले में प्रवर्धन और सिग्नल कंडीशनिंग के लिए एक बोर्ड होता है।
उपयोग
फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर का उपयोग सौर सिमुलेटर में और फोटोवोल्टिक मॉड्यूल प्रभावी शक्ति और सिस्टम प्रदर्शन की गणना के लिए फोटोवोल्टिक सिस्टम के साथ किया जाता है। क्योंकि एक फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर की वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया एक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के समान होती है, इसका उपयोग फोटोवोल्टिक प्रणालियों में खराबी के प्रारंभिक निदान के लिए भी किया जा सकता है।
संदर्भ पीवी सेल या सौर विकिरण सेंसर में बाहरी इनपुट हो सकते हैं जो मॉड्यूल तापमान सेंसर, परिवेश तापमान सेंसर और पवन गति सेंसर के कनेक्शन को सुनिश्चित करते हैं, केवल एक मोडबस आरटीयू आउटपुट सीधे डेटालॉगर से जुड़ा होता है। ये डेटा सौर पीवी संयंत्रों की निगरानी के लिए उपयुक्त हैं।
मानकीकरण और अंशांकन
थर्मोपाइल-प्रकार और फोटोवोल्टिक पाइरानोमीटर दोनों मानकों के अनुसार निर्मित होते हैं।
थर्मोपाइल पायरानोमीटर
थर्मोपाइल पाइरानोमीटर आईएसओ 9060 मानक का पालन करते हैं, जिसे विश्व मौसम विज्ञान संगठन (डब्ल्यूएमओ) ने भी अपनाया है। यह मानक तीन वर्गों में भेदभाव करता है।
ISO 9060 का नवीनतम संस्करण, 2018 से निम्नलिखित वर्गीकरण का उपयोग करता है: सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन के लिए कक्षा A, उसके बाद कक्षा B और कक्षा C, जबकि पुराने [https] ://www.iso.org/standard/16629.html 1990 से ISO 9060 मानक] माध्यमिक मानक, प्रथम श्रेणी और द्वितीय श्रेणी के रूप में अस्पष्ट शब्दों का उपयोग करता है।[8] सेंसर में गुणों की एक निश्चित संख्या के कारण वर्गों में अंतर होता है: प्रतिक्रिया समय, थर्मल ऑफसेट, तापमान निर्भरता, दिशात्मक त्रुटि, गैर-स्थिरता, गैर-रैखिकता, वर्णक्रमीय चयनात्मकता और झुकाव प्रतिक्रिया। ये सभी आईएसओ 9060 में परिभाषित हैं। एक सेंसर को एक निश्चित श्रेणी में वर्गीकृत करने के लिए, इन गुणों के लिए सभी न्यूनतम आवश्यकताओं को पूरा करने की आवश्यकता है।
आईएसओ 9060:2018 में शामिल 'तेज प्रतिक्रिया' और 'स्पेक्ट्रली फ्लैट' दो उप-वर्गीकरण हैं। वे सेंसर को और अलग करने और वर्गीकृत करने में मदद करते हैं। 'तीव्र प्रतिक्रिया' वर्गीकरण प्राप्त करने के लिए, 95% रीडिंग के लिए प्रतिक्रिया समय 0.5 सेकंड से कम होना चाहिए; जबकि 'स्पेक्ट्रलली फ्लैट' 0,35 से 1,5 माइक्रोन स्पेक्ट्रल रेंज में 3% से कम की वर्णक्रमीय चयनात्मकता वाले सेंसर पर लागू हो सकता है। जबकि अधिकांश क्लास ए पायरानोमीटर 'स्पेक्ट्रलली फ्लैट' हैं, 'तेज प्रतिक्रिया' उप-वर्गीकरण में सेंसर बहुत दुर्लभ हैं। अधिकांश क्लास ए पाइरानोमीटर का प्रतिक्रिया समय 5 सेकंड या उससे अधिक होता है।
अंशांकन आमतौर पर विश्व रेडियोमेट्रिक संदर्भ के साथ किया जाता है[9] (डब्लूआरआर) एक पूर्ण संदर्भ के रूप में। इसकी देखरेख पीएमओडी करता है[10] दावोस, स्विट्ज़रलैंड में।[11] विश्व रेडियोमीट्रिक संदर्भ के अतिरिक्त, आईएसओ-कैल उत्तरी अमेरिका जैसी निजी प्रयोगशालाएं भी हैं[12] जिन्होंने इन अद्वितीय अंशांकनों के लिए मान्यता प्राप्त की है। क्लास ए पायरानोमीटर के लिए, एएसटीएम जी167 के बाद अंशांकन किया जाता है,[13] आईएसओ 9847[14] या आईएसओ 9846।[15][16] क्लास बी और क्लास सी पायरानोमीटर आमतौर पर एएसटीएम ई 824 के अनुसार कैलिब्रेट किए जाते हैं[17] और आईएसओ 9847।[18]
फोटोवोल्टिक पायरानोमीटर
प्राथमिक संदर्भ नमूनों के लिए IEC 60904-4 के तहत और द्वितीयक संदर्भ नमूनों के लिए IEC 60904-2 के तहत और बिक्री के लिए अभिप्रेत उपकरणों के लिए फोटोवोल्टिक पायरानोमीटर मानकीकृत और कैलिब्रेट किए गए हैं।
दोनों मानकों में, उनकी संबंधित ट्रेसबिलिटी श्रृंखला प्राथमिक मानक से शुरू होती है जिसे वर्ल्ड रेडियोमेट्रिक रेफरेंस (WRR) द्वारा कैविटी रेडियोमीटर के समूह के रूप में जाना जाता है।[19]
सिग्नल कंडीशनिंग
इन पाइरानोमीटर का प्राकृतिक उत्पादन मूल्य आमतौर पर दसियों मिलीवोल्ट (mV) से अधिक नहीं होता है। यह एक कमजोर संकेत माना जाता है, और इस तरह, बल्कि विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेपों के लिए कमजोर होता है, खासकर जहां केबल डिकैमेट्रिकल दूरी पर चलता है या फोटोवोल्टिक सिस्टम में स्थित है। इस प्रकार, ये सेंसर अक्सर सिग्नल कंडीशनिंग इलेक्ट्रॉनिक्स से लैस होते हैं, जो 4-20 mA या 0-1 V का आउटपुट देते हैं।
एक अन्य समाधान शोर के प्रति अधिक प्रतिरक्षा का तात्पर्य है, जैसे RS-485 पर Modbus, मध्यम-बड़े पैमाने के फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों, या SDI-12 आउटपुट के विशिष्ट विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप वाले वातावरण के लिए उपयुक्त, जहां सेंसर कम बिजली वाले मौसम स्टेशन का हिस्सा हैं। सुसज्जित इलेक्ट्रॉनिक्स अक्सर सिस्टम के एससीएडीए में आसान एकीकरण के लिए सहमत होते हैं।
अतिरिक्त जानकारी सेंसर के इलेक्ट्रॉनिक्स में भी संग्रहीत की जा सकती है, जैसे अंशांकन इतिहास, सीरियल नंबर।
यह भी देखें
- एक्टिनोमीटर
- फोटोडायोड
- हीट फ्लक्स सेंसर
- [[नेट रेडियोमीटर]]
- पाइरोजोमीटर
- पायरेलियोमीटर
- रेडियोमीटर
- सूरज की रोशनी
- सौर स्थिरांक
- सूर्य पथ
संदर्भ
- ↑ ISO9060 :2018 Classification of Pyranometers
- ↑ "The Working Principle of a Thermopile Pyranometer - Kipp & Zonen".
- ↑ IEC 61724-1:2017
- ↑ ISO9060 – Paragraph 4.2 (2016)
- ↑ IEC 60904-4:Procedures for establishing calibration traceability
- ↑ EN 60904-2: Requirements for reference solar devices
- ↑ EN 60904-7: Computation of spectral mismatch correction
- ↑ "ISO 9060:1990 Classification of Pyranometers".
- ↑ World Radiometric Reference
- ↑ PMOD
- ↑ "विश्व रेडियोमेट्रिक संदर्भ". Archived from the original on 2013-04-30. Retrieved 2013-05-29.
- ↑ ISO-Cal North America
- ↑ ASTM G167
- ↑ ISO 9847
- ↑ ISO 9846
- ↑ ISO 9846:1993 -Calibration of a Pyranometer Using a Pyrheliometer
- ↑ ASTM E824
- ↑ ISO 9847
- ↑ IEC 60904-4:Procedures for establishing calibration traceability- Table1 and Fig.1
