哈希 KIPP&ZONEN CMP 太阳辐射表以热电堆为敏感元件,测量的是水平面上接收到的太阳总辐射,也就是直接辐射与散射辐射之和。它的接收面涂有一层特殊黑色涂层,在 285~2800 nm 的光谱范围内吸收系数接近 1,辐射被吸收后转化为热量,热电堆再把这点温升转换成电压输出。整机没有滤光片,也不用硅光电池,光谱响应比常见的硅基辐照度计宽得多,这是它能进入气象和气候观测网络的基本条件。
这台表输出的是纯模拟电压,本身不需要供电,没有电源线要拉,也没有内部电池要换。对于架在偏远站点、靠太阳能板供电的数据采集系统来说,少一路供电就等于少一个故障点。响应时间小于 1 秒,云层快速飘过时输出能跟着走,不会把短时波动抹平。IP67 的防护等级配上 -40°C 至 +80°C 的工作温度范围,决定了它可以常年挂在室外,不必再加防护箱。
系列内部的差别主要落在干燥剂上。CMP3 和 CMP10 内置干燥剂,厂方给出的可用年限至少 10 年,装好之后基本不用管;系列中其他型号配的是自动指示干燥剂,外观会随吸湿状况变色,巡检时一眼就能判断该不该换。这个差别看起来不大,却直接决定了站点的巡检频率,也决定了长期数据会不会在某个不起眼的月份开始缓慢偏移。
下面这些参数里,灵敏度那一项要单独说:它不是系列统一值,每一台表出厂前单独标定,随仪器附带自己的校准系数。两台同型号的表互换使用时,采集系统里的换算系数必须跟着换,否则数据会出现系统性偏差,而且这种偏差在曲线上看很平滑,不容易察觉。
| 参数名称 | 参数值 |
|---|---|
| 测量原理 | 黑色涂层接收面吸收太阳辐射并转化为热能,热电堆测量温升 |
| 光谱范围 | 285~2800 nm |
| 灵敏度 | 每台单独标定,随仪器附校准系数 |
| 信号输出 | 模拟电压,晴好天气满照度(约 1000 W/m²)下典型输出约 10 mV |
| 响应时间 | 小于 1 秒 |
| 方向响应误差 | 小于 20 W/m²(1000 W/m² 光束、入射角 80° 条件下) |
| 工作温度 | -40°C 至 +80°C |
| 防护等级 | IP67 |
| 执行标准 | ISO 9060 |
| 干燥剂配置 | CMP3、CMP10 为内置长效干燥剂,系列其他型号为自动指示干燥剂 |
由输出量级可以推出一件事:满照度下才 10 mV,那么 1 W/m² 对应的电压只有 0.01 mV 左右。数据记录仪的量程够不够不是关键,能不能分辨这个量级的电压才是关键,分辨率不足的采集模块会把小信号直接淹掉,读数看起来照样在跳,只是跳的是噪声。方向响应误差小于 20 W/m² 这一项,在太阳高度角低的时候最有意义,清晨和傍晚的数据质量主要靠它撑着。
这类仪器的用户大致分两类,一类要的是绝对准确度,一类要的是长期可比性。气象与气候观测网络属于前者,数据要进辐射基准序列,任何漂移都会被后续的气候分析放大。太阳能电站的选址和产能预测属于后者,它们更关心同一块场地上不同点位、不同年份之间的差异,对单点绝对值反而不那么敏感。选型之前先把自己归到哪一类想清楚,比对着参数表逐项比较有用。
做农业光照管理时有一个容易混淆的地方:作物光合作用关心的是 400~700 nm 的光合有效辐射,而 CMP 测的是全波段总辐射,两者不能直接互换,需要按经验系数换算后再使用。如果项目本身就以光合有效辐射为指标,那应当另配专门的传感器,不要指望用总辐射数据倒推。
总辐射表测的是水平面辐照度,所以表体必须调平,气泡水准器居中是最低要求,装完之后隔一段时间要再看一次,支架沉降会悄无声息地把水平破坏掉。安装点周围的开阔度比支架本身的刚性更重要,任何会在一天中扫过接收面的东西——立杆、拉线、避雷针、临时停放的车辆——都会在对应时段留下一个凹陷的数据坑,而这个坑在月均值里几乎看不出来。地面反射同样会影响读数,白色墙面、金属屋面和水面附近要慎选点位,它们的反射辐射会被表一并接收。
电缆这条最容易被忽略。输出信号在毫伏级,走线又长,屏蔽层必须接好,两端同时接地反而会引入地环流,现场多半是采集端单端接地。表体到记录仪的距离尽量短,避开发电机、变频器这类强干扰源走线,这些做法对信号质量的影响不比表本身小。
穹顶污染是缓慢发生的,不会让数据突然跳变,只会让晴天读数整体偏低一点,日复一日之后才在长期曲线上显出来。所以判断污染不能靠看数据,得靠定期目视检查穹顶表面。清洁时的动作比清洁频率更容易出问题:表面有浮尘时不能干擦,沙粒会在玻璃和涂层上留下划痕,正确做法是先用清水冲掉浮尘,再用软布蘸蒸馏水或乙醇轻轻擦过。
现场数据出现异常时,排查顺序建议是穹顶污染、干燥剂状态、采集端分辨率,最后才怀疑传感器本体,按这个顺序走通常比直接换表省事。仪器长期使用后灵敏度会有轻微衰减,判断衰减唯一可靠的手段是送检复校,复校后拿到的系数要覆盖掉采集系统里的旧值,不要新旧两个系数混着用。
CMP 是这个系列的基础型号,光谱范围、防护等级、响应时间和输出形式这些属于共性部分,整个系列一致;差异集中在干燥剂配置以及由此决定的维护强度上。所以选型时先回答两个问题:这个站点一年能上去几次,以及这套数据要连续跑多少年。答案不同,该选的配置就不一样。
| 应用场景 | 优先选择 | 原因 |
|---|---|---|
| 高山、海岛、荒漠等无人值守站点 | CMP3、CMP10 等内置长效干燥剂配置 | 十年内无需更换干燥剂,巡检间隔长也不会因干燥剂失效而断档 |
| 市区园区、有人值守的气象站或试验场 | 配自动指示干燥剂的系列型号 | 变色即可判断,按需更换,不必为用不到的长效设计付费 |
| 太阳能电站选址与产能预测 | 内置长效干燥剂配置 | 多年连续序列不能中断,缺一年就等于那一年的横向对比作废 |
| 农业园艺光照管理、城市环境监测 | 系列基础配置即可 | 关注日累计与季节趋势,个别时段缺数不影响最终结论 |
还有一点在采集中经常被忘掉:这台表输出的是水平面总辐射,如果项目实际要的是倾斜面上的辐照度,或者是法向直射辐射,靠这一台表是推不出来的,需要另外加装倾斜安装的同类表或直接辐射表。测量对象在选型阶段确认清楚,比事后在数据里做换算可靠得多,因为换算引入的经验系数本身就是另一个误差源。
- 工作原理:
KIPP&ZONEN CMP 太阳辐射表将辐射能量转移到其辐射能量上黑色接收器表面通过吸收转化为热能。 该接收器表面涂有特殊的黑色涂层有一个在整个光谱范围内吸收系数接近1,这种热能导致温度的可测量升高。热电传感器变黑的接收器表面通常符合关于光谱和光谱的标准定向要求,使得KIPP&ZONEN CMP 太阳总辐射表能够精确地量化太阳辐射强度。温度升高通常通过测量两者之间的差异,来确定接收器表面的温度和散热器的温度,例如接触器的外壳传感器。
- 应用行业:
KIPP&ZONEN CMP 太阳直接辐射表应用于全球各地气象和气候网络中,为太阳能电站选址和产能预测提供可靠测量结果。通过准确监测太阳辐射,相关行业能够优化资源利用,提升能效。
- 仪器特点:
KIPP&ZONEN CMP系列太阳辐射表性能良好,太阳总辐射测量精度高。该太阳辐射表无需使用电力输入,适合在电力供应有限的远程站点或现场研究中使用,确保在各种环境下的稳定运行。每个太阳总辐射表均具附有单独的校准系数/灵敏度。该太阳辐射表信号输出电压非常低,晴朗天气条件下一般在10mV左右。为测到1W/m2辐照度,需要数据记录仪精度高于10mV。这通常意味着需要使用的气象数据记录仪。工业类型模拟输入一般灵敏度不足,在这种情况下,推荐使用SMP系列太阳辐射表进行太阳总辐射测量。CMP3和CMP10均内置干燥剂,至少可持续使用10年,旨在降低维护成本。其他CMP产品选型也有自动指示干燥剂,放在方便存取的干燥盒内。应每月检查一次干燥盒,并在必要时为太阳辐射表更换干燥剂。此设计不仅提升了仪器的耐用性,还有效降低了维护频率,确保长期稳定的性能。