مقدمة
اختيار مقياس الإشعاع الشمسي لمشروع مراقبة الطاقة الشمسية لا يقتصر فقط على مقارنة الدقة أو مواصفات المستشعر. يحتاج المشترون أيضًا إلى معرفة معيار قياس الإشعاع الشمسي المعمول به، وما يغطيه، وكيف يؤثر على اختيار المستشعر والمعايرة.
المعايير الرئيسية المستخدمة في قياس الإشعاع الشمسي هي آيزو 9060, ISO 9847 و IEC 61724, ، لكنها تتناول متطلبات مختلفة. يركز ISO 9060 على مواصفات وتصنيف أجهزة قياس الإشعاع الشمسي، ويغطي ISO 9847 معايرة مقياس الإشعاع الشمسي، ويتناول IEC 61724 القياس والمراقبة لأداء الأنظمة الكهروضوئية.
فهم هذه الاختلافات هو نقطة البداية لاختيار المستشعر والتكوين القياسي المناسب. أولاً، دعونا نوضح [ما هو مستشعر الطاقة الشمسية] ومعلمات الإشعاع الرئيسية المستخدمة في تطبيقات الطاقة الشمسية، ثم ننظر في كيفية تطبيق ISO وIEC 61724 على مشاريع القياس الفعلية.
ما هي المعايير الرئيسية لقياس الإشعاع الشمسي؟
عند اختيار مستشعر الإشعاع الشمسي، من المهم معرفة المعيار الذي ينطبق على الجهاز أو عملية المعايرة أو نظام مراقبة الطاقة الكهروضوئية. يتم تلخيص المعايير الرئيسية أدناه.
| قياسي | الغرض الرئيسي | التطبيق النموذجي |
| ISO 9060:2018 | مواصفات وتصنيف أجهزة قياس الإشعاع الشمسي | مقاييس الإشعاع الشمسي ومقاييس الإشعاع المباشر |
| ISO 9847:2023 | معايرة مقاييس الإشعاع الشمسي بالمقارنة مع مقياس إشعاع شمسي مرجعي | معايرة مقياس الإشعاع الشمسي |
| ISO 9846:2025 | معايرة مقياس الإشعاع الشمسي باستخدام مقياس الإشعاع المباشر | معايرة مقياس الإشعاع الشمسي |
| IEC 61724-1:2021 | طرق مراقبة وقياس أداء الأنظمة الكهروضوئية | مراقبة الطاقة الشمسية الكهروضوئية |
هذه المعايير مترابطة، لكنها لا تنظم الشيء نفسه بالضبط: يغطي ISO 9060 تصنيف الأجهزة، ويغطي ISO 9846 وISO 9847 المعايرة، ويتناول IEC 61724-1 مراقبة الأنظمة الكهروضوئية.
بالنسبة للقياسات الأرصاد الجوية، توفر إرشادات WMO والمرجع الإشعاعي العالمي (WRR) إطارًا مرجعيًا مهمًا للتتبع الإشعاعي والقابلية للمقارنة الدولية.
ISO 9060:2018 لأجهزة قياس الإشعاع الشمسي
يحدد هذا المعيار مواصفات وتصنيف الأجهزة لقياس الإشعاع الشمسي نصف الكروي والمباشر في نطاق يقارب 0.3 ميكرومتر إلى 3-4 ميكرومتر. يصنف الأجهزة وفقًا لنتائج اختبارات الأداء المحددة الداخلية أو الخارجية ويوفر الأساس التقني لمقارنة أجهزة قياس الإشعاع الشمسي. تمت مراجعة إصدار 2018 وتأكيده في 2024 ولا يزال ساريًا.
ما الذي يصنفه ISO 9060؟
يغطي هذا المعيار الأجهزة المستخدمة لنوعين رئيسيين من القياس: مقاييس الإشعاع الشمسي للإشعاع الشمسي نصف الكروي ومقاييس الإشعاع المباشر للإشعاع الشمسي المباشر. هذا التمييز مهم عند اختيار المستشعر لأن هندسة القياس ومكون الإشعاع يحددان نوع الجهاز المناسب.
يأخذ التصنيف أيضًا في الاعتبار خصائص أداء متعددة، بما في ذلك زمن الاستجابة، والإزاحة الصفرية، وعدم الاستقرار، وعدم الخطية، والاستجابة الاتجاهية، واستجابة الميل، والخطأ الطيفي. توفر هذه الخصائص أساسًا تقنيًا أكثر فائدة لتقييم الجهاز من الاعتماد على قيمة دقة واحدة. للحصول على تمييز أوضح بين مصطلحات الأجهزة، راجع [بيرanometer مقابل مستشعر الإشعاع الشمسي: ما الفرق؟].
ISO 9060 الفئة A وB وC
يصنف هذا المعيار الأجهزة وفقًا لنتائج اختبارات الأداء المحددة الداخلية أو الخارجية. يعتمد التصنيف على خصائص أداء متعددة، لذلك يجب النظر في الفئة ذات الصلة جنبًا إلى جنب مع المواصفات الفردية التي تؤثر على القياس المقصود. يحدد ISO 9060 نفسه إطار التصنيف والمواصفات؛ ولا يحدد إجراءات الاختبار.
لاختيار المستشعر العملي، ركز على خصائص الأداء ذات الصلة بمهمة القياس، مثل الاستجابة الطيفية، والاستجابة الاتجاهية، واستجابة الميل، والاستقرار وزمن الاستجابة، إلى جانب معلومات المعايرة. يجب أيضًا تحديد مكون القياس المطلوب—مثل GHI أو POA أو DNI—وظروف التركيب قبل اختيار فئة الجهاز. لمقارنة عملية، راجع [مقاييس الإشعاع الشمسي ISO 9060 الفئة A والفئة B].
لماذا يهم تصنيف ISO 9060 لاختيار المستشعر؟
يوفر هذا المعيار إطارًا موحدًا لمقارنة أجهزة قياس الإشعاع الشمسي، لكن التصنيف وحده لا يصف الأداء الكامل لنظام القياس في الميدان. يمكن أن تؤثر مواصفات المستشعر والمعايرة وهندسة التركيب والتظليل والاتساخ والظروف البيئية جميعها على بيانات الإشعاع الناتجة.
بالنسبة لتطبيقات الطاقة الكهروضوئية والأرصاد الجوية، يجب أن تبدأ عملية الاختيار بما يجب قياسه من إشعاع، يليه جودة القياس المطلوبة وظروف الميدان. يمكن بعد ذلك استخدام تصنيف ISO 9060 لتضييق خيارات الأجهزة والتحقق مما إذا كان أداء المستشعر الموثق مناسبًا للتطبيق.
لماذا لا يعادل تصنيف ISO 9060 دقة القياس؟
تصنيف هذا المعيار ليس تقييمًا شاملًا واحدًا للدقة. يتم تحديد الفئات A وB وC من متطلبات أداء محددة متعددة، بما في ذلك زمن الاستجابة، والإزاحة الصفرية، وعدم الاستقرار، وعدم الخطية، والاستجابة الاتجاهية، واستجابة الميل، والخطأ الطيفي. ونتيجة لذلك، يمكن أن تظل الأجهزة ضمن نفس فئة ISO 9060 تتمتع بخصائص أداء فردية مختلفة.
تعتمد جودة قياس الإشعاع الفعلية أيضًا على كيفية معايرة الجهاز وتركيبه وصيانته. يمكن أن يؤثر ميل المستشعر والتظليل ونظافة القبة ودرجة الحرارة والصيانة طويلة الأجل جميعها على بيانات الميدان. لذلك، يجب استخدام فئة ISO 9060 كمرجع موحد عند اختيار جهاز، بينما يجب تقييم مواصفات الأداء المحددة ومعلومات المعايرة وظروف التركيب الميداني للتطبيق المقصود.
ISO 9847:2023 لمعايرة مقياس الإشعاع الشمسي
يحوّل مقياس الإشعاع الشمسي (Pyranometer) الإشعاع الشمسي إلى إشارة كهربائية، لذا يجب معايرة خرجه مقابل مرجع معروف قبل استخدامه لقياس الإشعاع بشكل موثوق. تحدد ISO 9847:2023 طرق معايرة مقياس الإشعاع الشمسي بالمقارنة مع مقياس إشعاع شمسي مرجعي، بما في ذلك إجراءات تحديد حساسيته وعدم اليقين في القياس المرتبط بها.
يحدد المعيار نهجين مفضلين: النوع A الداخلي، الذي يستخدم مصدر ضوء اصطناعي، والنوع B الخارجي، الذي يستخدم ضوء الشمس الطبيعي. يعتمد الاختيار بشكل أساسي على إعداد المعايرة وهندسة القياس المطلوبة للتطبيق.
معايرة النوع A الداخلي
تُجرى معايرة النوع A الداخلي باستخدام مصدر ضوء اصطناعي مُتحكَّم فيه. يستخدم النوع A1 مصباحًا مع وضع مقياس الإشعاع الشمسي بزاوية سقوط عمودية، بينما يستخدم النوع A2 كرة تكامل لتوفير مجال إشعاع منتشر أكثر تجانسًا. مقارنةً بالمعايرة الخارجية، يجعل مصدر الضوء المُتحكَّم فيه ظروف الاختبار أسهل في الاستنساخ.
ومع ذلك، لا تزال نتيجة المعايرة تعتمد على مقياس الإشعاع الشمسي المرجعي ومصدر الضوء وإعداد الجهاز وتقييم عدم اليقين. لهذا السبب، ينبغي النظر إلى نتيجة المعايرة جنبًا إلى جنب مع قابلية تتبع الجهاز المرجعي بدلاً من التعامل معها كقيمة دقة مستقلة.
معايرة النوع B الخارجي
تستخدم معايرة النوع B الخارجي الإشعاع الشمسي الطبيعي وتتضمن ثلاثة تكوينات قياس: B1 أفقي، وB2 مائل، وB3 سقوط عمودي. يحدد التكوين العلاقة الهندسية بين مقاييس الإشعاع الشمسي المرجعية وتلك قيد الاختبار أثناء المعايرة.
وهذا ذو أهمية خاصة لمشاريع الطاقة الشمسية لأن هندسة التركيب تؤثر على كيفية قياس الإشعاع. قد يتطلب مستشعر لقياس الإشعاع الأفقي الكلي (GHI) وآخر مثبّت على مستوى كهروضوئي مائل اعتبارات معايرة مختلفة. عند استخدام أجهزة مرجعية قابلة للتتبع، يمكن ربط المعايرة بالمرجع الإشعاعي العالمي (WRR) من خلال سلسلة التتبع المعمول بها.
ISO 9060 وISO 9847 وIEC 61724-1: ما الفرق؟
تغطي ISO وIEC 61724-1 جوانب مختلفة من قياس الإشعاع الشمسي. تغطي ISO 9060 مواصفات وتصنيف أجهزة قياس الإشعاع الشمسي، وتغطي ISO 9847 معايرة مقياس الإشعاع الشمسي، وتغطي IEC 61724-1:2021 القياس والمراقبة لأداء الأنظمة الكهروضوئية.
| قياسي | السؤال الرئيسي | التركيز الرئيسي |
| ISO 9060:2018 | كيف يتم تحديد مواصفات الجهاز وتصنيفه؟ | مواصفات الأجهزة وتصنيف الأداء |
| ISO 9847:2023 | كيف تتم معايرة مقياس الإشعاع الشمسي؟ | معايرة مقياس الإشعاع الشمسي مقابل جهاز مرجعي |
| IEC 61724-1:2021 | كيف تُستخدم القياسات في مراقبة الأنظمة الكهروضوئية؟ | قياس أداء الأنظمة الكهروضوئية ومراقبتها |
عملياً، يساعد ISO 9060 في تحديد فئة أداء جهاز القياس، ويوفر ISO 9847 طريقة المعايرة لمقاييس الإشعاع الشمسي، ويوضح IEC 61724-1 كيف تندرج هذه القياسات ضمن مراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية.
كيف يرتبط IEC 61724-1 بمعايير قياس الإشعاع الشمسي؟
يركز IEC 61724-1:2021 على مراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية، بينما يحدد هذا المعيار تصنيف أداء أجهزة قياس الإشعاع الشمسي. في مشروع المراقبة الكهروضوئية، يعمل المعياران معاً: يصف ISO 9060 الجهاز، بينما يضع IEC 61724-1 متطلبات لكيفية استخدام قياسات الإشعاع ضمن نظام المراقبة.
فئة ISO 9060 مقابل فئة IEC 61724-1
التصنيفان مترابطان لكنهما غير قابلين للتبادل. يصنف ISO 9060 الفئات A وB وC جهاز القياس، بينما يصنف IEC 61724-1 الفئتين A وB نظام المراقبة الكهروضوئية. لذلك، لا يجعل مقياس الإشعاع الشمسي من الفئة A نظام المراقبة الكامل من الفئة A تلقائياً؛ إذ يجب أيضاً مراعاة متطلبات أخرى، بما في ذلك المعايرة والتركيب ومعدات المراقبة.
للحصول على شرح مفصل لمتطلبات المراقبة هذه وكيفية اختيار مستشعرات الإشعاع، راجع دليلنا إلى [متطلبات IEC 61724 لمراقبة الأنظمة الكهروضوئية].
ما قياسات الإشعاع الشمسي المستخدمة في المشاريع الشمسية؟
تحتاج المشاريع الشمسية المختلفة إلى قياسات إشعاع مختلفة. يشيع استخدام GHI وPOA وDHI وDNI، لكنها لا تُقاس بالطريقة نفسها. يعتمد المستشعر المطلوب على ما يحتاج المشروع إلى قياسه ومكان تركيب المستشعر.
| القياس | ما يقيسه | الجهاز / الإعداد النموذجي | التطبيق الشائع |
| GHI | الإشعاع الكلي على سطح أفقي | مقياس الإشعاع الشمسي الأفقي (Pyranometer) | تقييم الموارد الشمسية، المراقبة الكهروضوئية |
| POA | الإشعاع الوارد على مستوى المصفوفة الكهروضوئية | مقياس إشعاع شمسي مثبت عند ميل المصفوفة | مراقبة أداء الأنظمة الكهروضوئية |
| DHI | الإشعاع المنتشر على سطح أفقي | مقياس إشعاع شمسي مع جهاز تظليل | تقييم الموارد الشمسية، نمذجة الإشعاع |
| DNI | الإشعاع المباشر العمودي على أشعة الشمس | مقياس الإشعاع الشمسي المباشر (Pyrheliometer) مع متتبع شمسي | CSP، تقييم الموارد الشمسية المباشرة |
للحصول على شرح أساسي لـ GHI وDNI وDHI، راجع [ما هو GHI وDNI وDHI في الطاقة الشمسية؟]. لمزيد من التفاصيل حول قياس DNI، راجع [كيفية قياس الإشعاع الشمسي المباشر (DNI) بدقة].
قبل اختيار المستشعر، حدد أولاً الإشعاع المطلوب قياسه ومستوى التركيب. يحدد هذان العاملان نوع المستشعر وإعداد القياس.
كيفية قياس الإشعاع الشمسي لأنظمة الطاقة الكهروضوئية؟
تستخدم الأنظمة الكهروضوئية عادةً قياسات الإشعاع لتقييم الموارد الشمسية ومراقبة ظروف التشغيل وتقييم أداء النظام. يعتمد تكوين المستشعر على ما إذا كانت هناك حاجة إلى GHI أو POA أو قياسات إشعاع أخرى.
بعد أن يصبح هدف القياس ومتطلبات المراقبة المعمول بها واضحين، تكون الخطوة التالية هي اختيار مستشعر بنطاق قياس مناسب وتكوين تركيب ومتطلبات معايرة مناسبة. للحصول على دليل عملي حول وضع المستشعر ومعايير القياس ومراقبة الإشعاع في الأنظمة الكهروضوئية، راجع دليلنا حول [كيفية قياس الإشعاع الشمسي للأنظمة الكهروضوئية].
مستشعرات الإشعاع الشمسي لمراقبة الأنظمة الكهروضوئية
للمشاريع التي تتطلب مقياس إشعاع شمسي مخصصاً،, صُمم مستشعر الإشعاع الشمسي الكلي TBQ-2C لقياس الإشعاع الشمسي الكلي. يستخدم عنصر استشعار من النوع الحراري ويغطي 0.3–3.2 ميكرومتر، مما يجعله مناسباً لمراقبة الإشعاع الشمسي وتطبيقات القياس المتعلقة بالأنظمة الكهروضوئية. يمكن مراجعة مواصفات منتجه إلى جانب تصنيف الجهاز المطلوب وظروف المعايرة عند اختيار المستشعر.
للمشاريع الكهروضوئية التي تحتاج إلى بيانات الإشعاع مع القياسات البيئية،, يجمع مستشعر الطقس المدمج XF500S-CWB بين قياس الإشعاع الشمسي POA ودرجة الحرارة المحيطة والرطوبة النسبية ودرجة حرارة المكوّن وسرعة الرياح واتجاه الرياح والضغط الجوي. مع خرج RS485/Modbus RTU، يمكن استخدامه كجزء من نظام مراقبة محطة الطاقة الكهروضوئية.
كيف تختار مستشعراً وفقاً لمعايير قياس الإشعاع الشمسي؟
عند اختيار مستشعر الإشعاع الشمسي، حدد أولاً ما يجب قياسه وأين سيُستخدم المستشعر. تتطلب GHI وPOA وDHI وDNI إعدادات قياس مختلفة، بينما قد تكون للمراقبة الكهروضوئية وتقييم الموارد الشمسية والرصد الجوي والبحث متطلبات مختلفة. بعد ذلك، تحقق من المعايير التي تنطبق على الجهاز أو المعايرة أو نظام المراقبة.
لا تختر المستشعر بناءً على فئته وحدها. تحقق من زمن الاستجابة والانحراف الصفري وعدم الاستقرار وعدم الخطية والاستجابة الطيفية والاستجابة الحرارية واستجابة الميل ومعلومات المعايرة مقابل متطلبات المشروع. تؤثر زاوية التركيب والتظليل والاتساخ ونظام اكتساب البيانات أيضاً في القياسات الميدانية. بالنسبة لمعظم المشاريع، تكون هذه التفاصيل أكثر فائدة لاختيار المستشعر من مجرد اختيار فئة أعلى.
الخاتمة
اختيار مستشعر الإشعاع الشمسي ليس مجرد مسألة التحقق من فئة ISO 9060. يؤثر هدف القياس وطريقة المعايرة وموضع التركيب وظروف التشغيل جميعاً في القياس النهائي. في المشاريع العملية، تتلخص عملية الاختيار عادةً في أربع خطوات: تحديد القياس، واختيار الجهاز، وتأكيد المعايرة، ومطابقة المستشعر مع التطبيق. يوفر ISO 9060 وISO 9847 وIEC 61724-1 الإطار المناسب في مراحل مختلفة من هذه العملية.
في مستشعر يانتاي, ، نعمل مع مستشعرات الإشعاع الشمسي وأنظمة مقاييس الإشعاع الشمسي للأنظمة الكهروضوئية والرصد الجوي والبيئي. يمكن لمهندسينا مراجعة معيار القياس المطلوب وأداء المستشعر وواجهة الخرج وظروف التركيب قبل التوصية بتكوين مناسب. يكون هذا مفيداً بشكل خاص عندما يكون للمشروع متطلبات محددة لنوع الإشعاع أو فئة المستشعر أو المعايرة أو تكامل البيانات.
إذا كنت تختار مستشعر إشعاع شمسي أو تخطط لنظام مراقبة جديد،, اتصل بنا مع متطلبات القياس وظروف المشروع. يمكننا مساعدتك في تقييم المستشعر والتكوين المناسبين للتطبيق.
