总辐射表基础速览
本文面向具备基础技术知识的读者，讲解总辐射表相关知识以及全辐照度的监测原理。
总辐射表简介
简单来说，总辐射表是用于监测半球视野范围内，投射至平面物体表面太阳辐照强度的设备。辐照度国际标准单位为瓦每平方米（W/m²）。以往该设备多用于气候研究与气象监测领域，如今随着全球太阳能产业持续发展，总辐射表的应用需求也随之增多。
本文将讲解总辐射表的基础常识，包含监测对象、适用场景以及工作原理。
总辐射表：太阳辐照度监测设备
总辐射表用于测量全辐照度，即半球立体角（2π球面度）范围内，单位时间内投射到特定朝向平面上的太阳能总量，标识符号为Eg↓。如图1所示，全辐照度由太阳直射辐射与散射辐射共同组成。
直射辐射分量计算公式为E·cosθ，其中θ为平面法线与太阳入射方向的夹角，E为直射辐射峰值数值。
全辐照度计算公式：
Eg↓ = E·cosθ + Ed
式中Ed代表散射辐射数值。
图 1 全辐照度包含太阳直射辐射与散射辐射
多数监测场景中设备呈水平放置，其半球监测范围可覆盖整片天空区域，此时测得数值即为水平全辐照度，简写为GHI，标识符号为Eg↓h，详见图2左侧。若设备倾斜布设，例如光伏应用场景中贴合光伏组件平面安装，如图2右侧所示，所测数据为倾斜全辐照度，简写为GTI，标识符号为Eg↓t。还有一种特殊布设方式，设备保持水平状态，感应面朝向地面而非天空，此时可测得地表散射反射辐照量，标识符号为Er↑。
图 2 倾斜安装的总辐射表采集倾斜全辐照度
全辐照度数值受太阳高度角影响较大，而太阳高度角又随地理位置、昼夜时段与季节发生变化，同时云层、气溶胶、烟尘、雾气、降水等气象及环境条件也会对其产生影响。水平全辐照度常规数值区间为0至1400瓦每平方米。受建筑、积雪反光或是聚光设备聚光作用等因素影响，部分场景下实测数值会超出该区间范围。
总辐射表实际用途
太阳是地球最主要的外太空能量来源，其辐射能量主要作用于两大领域，分别是气象气候研究以及太阳能发电利用。
太阳辐射是地球气象气候形成的重要影响因素，也是相关科研工作中的重要参考指标。在相关研究工作中，工作人员常借助总辐射表采集水平全辐照度数据，以此测算地表接收的太阳辐射总量。大气层外侧的太阳辐射数值相对稳定可控，而地表接收的辐射强度，会受云量、气溶胶浓度、雾气、烟尘等诸多条件影响产生明显变化。行业内也可借助两台对向布设的水平总辐射表，分别朝向天空与地面，测算净全辐射数值与地表反照率数值，满足各类气象科研数据采集需求。
在太阳能光伏行业中，总辐射表常用来把控光伏电站运行状态。工作人员可将电站实际发电功率，对照辐照度监测得出的理论发电数值进行比对，以此判定电站整体运行效能，若效能出现回落，可及时安排设备检修维护。同时该设备也可用于光伏电站选址勘测，依托实地辐照数据，预估场地光伏系统发电能力。
除此之外，总辐射表还可应用于楼宇智能控制、农业环境监测等诸多领域。
总辐射表工作原理
总辐射表是依托塞贝克热电效应制成的辐照传感设备，主要由单层或双层透光罩、黑色吸光面、热电堆、设备壳体组成，部分产品还搭配外置电路组件。
设备透光罩具备滤光作用，可透过波长约0.3微米至3微米区间的太阳辐射，涵盖近红外光、可见光、长波紫外线及部分中波紫外线，具体范围见图3，同时可阻隔波长超过3微米的热辐射。部分产品增设双层透光罩，用以优化整体使用性能。透光罩常用材质为肖特N-BK7玻璃与肖特WG295玻璃，也可选用蓝宝石、熔石英等材质制作。透光罩理论透光率趋近于百分之百，实际使用透光率约为百分之九十二，同时能够防护内部吸光结构与热电堆，减少雨雪等外界环境带来的影响。
经过滤后的辐射光线被设备黑色表层吸收并转化为热能。设透光罩透光率为τ，吸光面面积为A，表层吸热系数为α，热量吸收量计算公式如下：
Pabsorption = α⋅τ⋅A⋅Eg↓
热量会在黑色吸光面、热电堆与充当散热结构的设备壳体之间形成温度梯度，温差计算公式为：
ΔT = Rthermal⋅Pabsorption
式中热阻数值由热电堆的材质构成与结构形态决定。热电堆由多组热电偶串联组成，每组热电偶均可依据吸光面与壳体之间的温差，生成对应比例的电压信号：
u = ς⋅ΔT
其中塞贝克系数为固定材质参数，例如铜康铜热电偶的塞贝克系数为41×10⁻⁶伏每开尔文。
总辐射表技术参数
不同型号总辐射表的各项技术参数存在差异，下文将介绍该类设备的等级划分标准以及光谱均衡相关定义。
设备等级划分
依据响应时长、温度偏移量、稳定性偏差、线性偏差、方向响应、光谱响应、温度响应、倾角响应等技术指标，再结合校准方式，可按照ISO 9060标准，将总辐射表划分为A级、B级、C级三个等级。
如需深入了解总辐射表工作原理，可查阅相关专业著作资料。
光谱均衡属性
ISO 9060标准在划分A、B、C基础等级之外，新增光谱均衡细分属性类别。
绝大多数实际应用场景，都建议选用具备光谱均衡属性的传感设备。这类设备即便在阴天遮光、存在反射辐射等复杂工况下，依旧可以保障数据采集精准度，适用于多云及阴天环境下的水平全辐照度监测、组件板面辐照度监测、反照率监测、净辐射监测等工作。仅具备基础等级、无光谱均衡属性的常规设备，仅能在晴朗无云的天气环境下保障监测数据准确。
光谱均衡款设备实用性较强，完成统一校准后，既可在晴朗晴空环境下完成水平辐照监测，也可适配常规水平全辐照度、组件板面辐照度、反照率、净辐射等多类数据采集工作。
