Metode pengukuran radiasi matahari menggunakan pyrheliometer dan pyranometer

Kita semua tahu bahwa kehidupan di bumi berkelanjutan karena matahari menyediakan energi panas yang cukup untuk menjaga bumi tetap hangat. Energi ini dikirim oleh matahari dalam bentuk radiasi elektromagnetik yang biasa disebut radiasi matahari. Beberapa radiasi bermanfaat bagi manusia sementara radiasi lainnya berbahaya bagi semua kehidupan.

Untuk mencapai radiasi matahari ke permukaan bumi, ia harus melewati atmosfer tempat ia diserap, dihamburkan, dipantulkan, dan ditransmisikan yang berakibat pada pengurangan kerapatan fluks energi. Penurunan ini sangat signifikan karena lebih dari 30% kerugian terjadi pada hari yang cerah dan pada hari yang mendung itu mencapai 90%. Jadi radiasi maksimum yang mencapai permukaan bumi melalui atmosfer tidak akan pernah lebih tinggi dari 80%.

Fluks matahari sangat penting untuk diukur, karena merupakan dasar kehidupan di bumi dan digunakan dalam membangun banyak produk baik yang berhubungan dengan elektronik, tanaman, obat-obatan, kosmetik, dll. Dalam tutorial ini kita akan belajar tentang radiasi matahari dan pengukuran dan juga akan belajar tentang dua alat ukur energi matahari paling populer - Pyrheliometer dan Pyranometer.

Radiasi Sinar dan Radiasi Difus

Radiasi yang kita rasakan di permukaan adalah radiasi langsung dan radiasi tidak langsung matahari. Radiasi yang datang langsung dari matahari adalah radiasi langsung dan disebut radiasi sinar. Radiasi yang tersebar dan dipantulkan yang dikirim ke permukaan bumi dari segala arah (dipantulkan dari molekul, partikel, tubuh hewan, dll.) Adalah radiasi tidak langsung dan disebut radiasi difus. Dan jumlah keduanya, pancaran sinar dan radiasi difus, didefinisikan sebagai radiasi global atau radiasi total.

Penting untuk membedakan antara radiasi berkas dan radiasi difus karena radiasi berkas dapat terkonsentrasi sedangkan radiasi difus tidak dapat. Ada banyak alat ukur radiasi matahari yang digunakan untuk mengukur radiasi sinar dan radiasi difus.

Sekarang mari kita lihat spektrum radiasi elektromagnetik pada diagram di bawah ini.

Di seluruh spektrum, kami hanya memperhitungkan panjang gelombang dari sinar UV ke sinar IR untuk menghitung fluks matahari, karena sebagian besar gelombang frekuensi tinggi dari matahari tidak mencapai permukaan dan radiasi frekuensi rendah setelah IR tidak dapat diandalkan. Jadi radiasi atau fluks matahari biasanya diukur dari sinar UV ke sinar IR dan instrumennya juga didesain seperti itu.

Alat ukur radiasi matahari terdiri dari dua jenis:

Pyrheliometer
Pyranometer

Sebelum mengerjakan instrumen ini, Anda perlu memahami beberapa konsep yang digunakan saat mendesain perangkat. Jadi sekarang mari kita lihat konsep tersebut.

Radiasi benda hitam

Tubuh hitam biasanya menyerap semua radiasi tanpa memancarkan apapun kembali ke atmosfer dan tubuh hitam murni lebih menyempurnakan penyerapan. Faktanya adalah, tidak ada tubuh hitam sempurna yang ada sampai sekarang, jadi kami biasanya puas dengan yang terbaik kedua. Setelah benda hitam menyerap radiasi, benda itu akan memanas karena radiasi itu sendiri adalah energi dan setelah penyerapan, atom-atom dalam benda tersebut keluar. Benda hitam ini digunakan sebagai komponen inti dalam alat ukur radiasi matahari. Berlawanan dengan tubuh hitam, tubuh putih memantulkan semua radiasi yang jatuh kembali ke atmosfer, itulah mengapa kita akan merasa lebih nyaman mengenakan pakaian putih selama musim panas.

Termokopel

Termokopel adalah perangkat sederhana yang dibuat menggunakan dua konduktor yang terbuat dari bahan berbeda seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Di sini dua kabel dihubungkan untuk membentuk lingkaran dengan dua persimpangan dan persimpangan ini ditetapkan sebagai 'A' & 'B'. Sekarang lilin dibawa ke dekat persimpangan 'A' sementara persimpangan 'B' dibiarkan sendiri. Dengan lilin hadir di persimpangan di 'A' suhunya naik secara signifikan sementara persimpangan B tetap dingin pada suhu kamar. Karena perbedaan suhu ini, tegangan (beda potensial) muncul di persimpangan menurut ' efek Seebeck'. Karena rangkaian ditutup, arus 'I' mengalir melalui rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar dan untuk mengukur arus ini kita akan menghubungkan amperemeter secara seri. Penting untuk diingat bahwa besarnya arus 'I' dalam loop berbanding lurus dengan perbedaan suhudi persimpangan, sehingga perbedaan suhu yang lebih tinggi menghasilkan besarnya arus yang lebih tinggi. Jadi dengan mendapatkan pembacaan amperemeter, kita bisa menghitung perbedaan suhu di persimpangan.

Sekarang setelah dasar-dasarnya dibahas, mari kita lihat konstruksi dan cara kerja alat ukur radiasi matahari.

Pekerjaan dan Konstruksi Pyrheliometer

Pyrheliometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur radiasi sinar langsung pada kejadian normal. Struktur luarnya terlihat seperti tabung panjang yang memproyeksikan gambar teleskop dan kami harus mengarahkan lensa ke matahari untuk mengukur pancarannya. Di sini kita akan mempelajari prinsip kerja Pyrheliometer dan konstruksinya.

Untuk memahami struktur dasar Pyrheliometer, lihat diagram di bawah ini.

Di sini lensa diarahkan ke matahari dan radiasi akan melewati lensa, tabung dan pada akhirnya jatuh ke benda hitam yang ada di bagian bawah. Sekarang jika kita menggambar ulang seluruh struktur dan rangkaian internal dengan cara yang lebih sederhana akan terlihat seperti di bawah ini.

Dalam rangkaian, dapat dilihat bahwa benda hitam menyerap radiasi yang jatuh dari lensa dan seperti yang telah dibahas sebelumnya, benda hitam sempurna sepenuhnya menyerap setiap radiasi yang jatuh di atasnya, sehingga radiasi yang jatuh ke dalam tabung akan diserap oleh benda hitam seluruhnya. Setelah radiasi diserap, atom dalam tubuh menjadi bersemangat karena peningkatan suhu di seluruh tubuh. Kenaikan suhu ini juga akan dialami oleh sambungan termokopel 'A'. Sekarang dengan persimpangan 'A' dari termokopel pada suhu tinggi dan persimpangan 'B' pada suhu rendah, aliran arus terjadi dalam lingkarannya seperti yang dibahas dalam prinsip kerja termokopel. Arus dalam loop ini juga akan mengalir melalui galvanometer yang di seri dan dengan demikian menyebabkan penyimpangan di dalamnya. Inideviasi sebanding dengan arus, yang pada gilirannya sebanding dengan perbedaan suhu di persimpangan.

Deviasi ∝ Arus dalam loop ∝ Perbedaan suhu di persimpangan.

Sekarang kami akan mencoba untuk membatalkan deviasi ini pada galvanometer dengan bantuan rangkaian. Proses lengkap untuk meniadakan penyimpangan dijelaskan selangkah demi selangkah di bawah ini.

Pertama, tutup sakelar di sirkuit untuk memulai aliran arus.
Arus mengalir seperti,

Baterai -> Sakelar -> Konduktor logam -> Ammeter -> Resistor variabel -> Baterai.

Dengan arus ini mengalir melalui konduktor Logam suhunya naik ke tingkat tertentu.
Karena bersentuhan dengan konduktor logam, suhu sambungan 'B' juga meningkat. Ini mengurangi perbedaan suhu antara persimpangan 'A' dan persimpangan 'B'.
Karena penurunan perbedaan suhu, aliran arus dalam termokopel juga berkurang.
Karena deviasi sebanding dengan arus, deviasi galvanometer juga berkurang.
Singkatnya, kita dapat mengatakan- Penyimpangan dalam galvanometer dapat dikurangi dengan mengatur rheostat untuk mengubah arus dalam konduktor logam.

Sekarang terus sesuaikan rheostat sampai deviasi galvanometer benar-benar kosong. Setelah ini terjadi, kita dapat memperoleh pembacaan tegangan dan arus dari meteran dan melakukan perhitungan sederhana untuk menentukan panas yang diserap oleh benda hitam. Nilai yang dihitung ini dapat digunakan untuk menentukan radiasi, karena panas yang dihasilkan oleh benda hitam berbanding lurus dengan radiasi. Nilai radiasi ini tidak lain adalah radiasi sinar matahari langsung yang ingin kita ukur sejak awal. Dan dengan ini, kita dapat menyimpulkan cara kerja Pyrheliometer.

Pekerjaan dan Konstruksi Pyranometer

Pyranometer adalah perangkat yang dapat digunakan untuk mengukur radiasi sinar dan radiasi difus. Dengan kata lain, ini digunakan untuk mengukur radiasi hemispherical total (pancaran plus difusi pada permukaan horizontal). Di sini kita akan belajar tentang prinsip kerja Pyranometer dan konstruksinya.

Perangkat ini terlihat seperti piring UFO yang bentuknya paling sesuai untuk tujuannya. Perangkat ini lebih populer daripada yang lain dan sebagian besar data sumber daya surya saat ini diukur dengan menggunakan perangkat ini. Anda dapat melihat gambar asli dan struktur internal Pyranometer di bawah ini.

</s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> orang </s>

Di sini radiasi dari atmosfer sekitarnya melewati kubah kaca dan jatuh ke benda hitam yang terletak di tengah instrumen. Seperti sebelumnya, suhu benda naik setelah menyerap semua radiasi dan kenaikan ini juga akan dialami oleh rantai Termokopel atau modul Termokopel yang ada tepat di bawah benda hitam. Jadi satu sisi modul akan panas dan sisi lainnya akan dingin karena heat sink. Modul termokopel menghasilkan tegangan dan ini dapat dilihat di terminal keluaran. Tegangan yang diterima di terminal keluaran ini berbanding lurus dengan perbedaan suhu menurut prinsip termokopel.

Karena kita tahu bahwa perbedaan suhu terkait dengan radiasi yang diserap oleh benda hitam, kita dapat mengatakan tegangan keluaran berbanding lurus dengan radiasi.

Mirip dengan perhitungan sebelumnya, nilai radiasi total dapat dengan mudah diperoleh dari nilai tegangan ini. Juga dengan menggunakan naungan dan mengikuti prosedur yang sama, kita juga bisa mendapatkan radiasi difus. Dengan radiasi total dan nilai radiasi difus, nilai radiasi berkas juga dapat dihitung. Oleh karena itu kita dapat menghitung radiasi matahari difus dan radiasi total menggunakan Pyranometer.