Mesurer le rayonnement solaire de manière plus précise et simple

Pour aider les chercheurs en environnement qui mesurent le rayonnement solaire à améliorer leurs mesures et à simplifier leur vie, Campbell Scientific et Apogee Instruments se sont associés pour développer un nouveau capteur. Ce nouveau capteur combine des caractéristiques des pyranomètres à thermopile utilisant un corps noir d'excellente qualité et des pyranomètres de photocellules de silicium de bas de gamme. Le pyranomètre thermopile numérique CS320 offre un haut niveau de précision, tout en conservant le coût compétitif avec les modèles de photocellules au silicium.

Pourquoi le rayonnement solaire est primordial

L'obtention de mesures précises pour le rayonnement solaire est importante pour les chercheurs en environnement, car cela peut avoir un impact important sur leur compréhension du monde naturel. Cette compréhension est souvent essentielle pour communiquer avec les différentes parties prenantes de cette recherche.

Par exemple, la surestimation ou la sous-estimation des rayonnements solaires influe sur l'évapotranspiration estimée dans les modèles de stress hydrique des cultures développés par les scientifiques et utilisés par les producteurs pour gérer leurs entreprises. La surestimation pourrait causer l'utilisation de plus d'eau que nécessaire pour être appliquée aux cultures, ce qui épuise une ressource rare ou coûteuse. La sous-estimation peut entraîner une trop grande contrainte des cultures et une chute des rendements. L'un ou l'autre peut entraîner de faibles rendements ou la qualité des cultures, ce qui affecte les résultats financiers des producteurs et affecte notre ressource alimentaire mondiale.

Nous espérons que ce nouveau capteur profitera finalement aux scientifiques, aux chercheurs et à tous en aidant à évaluer les mesures.

Précision et conditions du ciel

Saviez-vous que la précision de votre pyranomètre peut être considérablement affectée par les conditions actuelles du ciel ? De nombreux pyranomètres utilisent des éléments photocellulaires en silicium qui sous-échantillonnent le spectre solaire plutôt que de mesurer directement le spectre en entier. Cette technique fonctionne bien pendant une journée ensoleillée, car les capteurs sont étalonnés dans des conditions de ciel clair, ce qui entraîne une évaluation précise du rayonnement solaire total.

Malheureusement, cette technique peut également entraîner des erreurs dans des conditions nuageuses ou couvertes. Comme vous pouvez le voir dans le graphique ci-dessous, les conditions nuageuses provoquent une modification du spectre solaire. Les détecteurs de cellules au silicium ne tiennent pas compte des changements dans le spectre solaire sous les nuages, car la plupart de ces changements se produisent en dehors de la gamme des sous échantillons.

Cliquez sur le graphique pour agrandir l'image. Source de données avec l'aimable autorisation de Mark Blonquist, Chief Scientist, Apogee Instruments, Inc.

Certains sites de mesure peuvent rarement avoir des journées ensoleilées, et l'erreur causée par les conditions nuageuses peut être aussi grande qu'une surestimation de 15% du rayonnement à ondes courtes par les capteurs en silicium. Le graphique ci-dessus montre un exemple, lorsque la variation spectrale sur un jour couvert a entraîné une surestimation d'environ 10%, lorsqu'elle est mesurée avec un capteur de cellule en silicium.

Conçu par les scientifiques pour les scientifiques

Parce que nous nous rendons compte que les chercheurs en environnement ne sont pas des chercheurs en capteur météo, nous avons conçu le CS320 pour mesurer le rayonnement solaire entrant, qui fonctionne dans toutes les conditions météorologiques, et pas seulement pendant des journées sans nuages. Le CS320 utilise un élément de détection de thermopile de type corps noir de haute qualité, qui est sensible à l'ensemble du rayonnement solaire. Le circuit interne du capteur convertit la sortie millivolt en une valeur d'énergie solaire qui a été étalonnée individuellement à l'aide d'un pyranomètre standard secondaire traçable à la référence de rayonnement mondiale à Davos, en Suisse. Alors que les pyranomètres à cellules de silicium à faible coût sont vendus aujourd'hui, leurs spécifications de précision ne se comparent pas à la précision du CS320 dans toutes les conditions du ciel.

Pour illustrer la différence de précision, les graphiques suivants montrent des échantillons de mesure du rayonnement solaire pendant des jours consécutifs. La première est une journée claire et ensoleillée ; le deuxième est un jour nuageux. Les mesures avec un pyranomètre à cellules de silicium se comparent favorablement avec un capteur de corps noir haut de gamme dans des conditions claires ; cependant, il y a une erreur considérable sur un jour couvert. Le CS320 a mesuré le rayonnement solaire les mêmes jours consécutifs et montre une amélioration spectaculaire de la précision de la mesure dans les conditions couvertures.

Cliquez sur le graphique pour agrandir l'image. Source de données avec l'aimable autorisation de Mark Blonquist, Chief Scientist, Apogee Instruments, Inc.

Cliquez sur le graphique pour agrandir l'image. Source de données avec l'aimable autorisation de Mark Blonquist, Chief Scientist, Apogee Instruments, Inc.

De plus, quelques caractéristiques de conception du CS320 aident le capteur à continuer de faire de bonnes mesures toute l'année. La tête en forme de dôme du CS320 est conçue pour être autonettoyante pour un fonctionnement sans entretien. Ce capteur dispose également d'un chauffage intégré qui est commandé via une commande SDI-12. Ce radiateur à faible puissance maintient le diffuseur exempt de rosée, de givre, de neige et de glace.

Simple à installer, à exploiter et à entretenir

Les diverses fonctionnalités du Pyranomètre à thermopile numérique CS320 sont conçues pour simplifier votre application de mesure du rayonnement solaire tout en vous offrant les meilleures performances à un prix raisonnable.

L'interface numérique (SDI-12) du CS320 simplifie la programmation et le câblage du capteur à n'importe quelle centrale de mesure de Campbell Scientific. Étant donné que le convertisseur analogique-numérique est placé à l'intérieur du capteur, les coefficients d'étalonnage sont également programmés à l'intérieur du capteur. Cela élimine la nécessité de modifier le programme de la centrale d'acquisition pour chaque capteur CS320 utilisé. En outre, avec le câble amovible, vous pouvez rapidement échanger des capteurs CS320 lorsqu'ils sont envoyés pour un étalonnage.

Le capteur numérique CS320 fournit des données utiles au-delà de la mesure du rayonnement solaire. Un capteur de température intégré sur la carte de mesure fournit une référence pour les corrections de température et permet un contrôle amélioré du chauffage. En outre, chaque capteur dispose d'un capteur d'inclinaison 3-D intégré qui lui permet de signaler les coordonnées x, y et z pour l'orientation. Cela détermine la hauteur du capteur et le déplacement du capteur. Cet outil de diagnostic est important, car les pyranomètres doivent rester à niveau pour produire des données exactes sur le rayonnement solaire.

Conclusion

Le CS320 a été conçu pour améliorer la mesure globale du rayonnement solaire par rapport aux pyranomètres des cellules en silicium, tout en maintenant un coût similaire. Ce pyranomètre thermopile numérique est adapté aux applications allant de la recherche environnementale à l'agriculture aux grands réseaux météorologiques mésoscelles (mesonets). Si vous avez des questions sur le CS320, veuillez les publier ci-dessous.