Pyranometer: Apa yang Perlu Anda Ketahui

Jika Anda mempertimbangkan untuk menggunakan piranometer dalam aplikasi pengukuran Anda, ada banyak hal yang perlu Anda ketahui tentang alat ini dan cara kerjanya. Memiliki informasi ini akan membantu memastikan Anda memilih jenis piranometer yang paling sesuai untuk data yang Anda butuhkan untuk aplikasi Anda.

Apa itu radiasi matahari global?

Matahari kita memancarkan radiasi dengan panjang gelombang dari 0,15 hingga 4,0 µm, yang disebut spektrum matahari. Pengukuran radiasi matahari di bumi disebut sebagai radiasi matahari global. Terkadang disebut radiasi gelombang pendek, radiasi matahari global adalah radiasi matahari langsung dan difus yang diterima dari belahan bumi di atas bidang piranometer. Sulit untuk menemukan proses lingkungan di bumi yang tidak didorong secara langsung atau tidak langsung oleh energi matahari. Oleh karena itu, kemungkinan besar radiasi matahari global memengaruhi proses yang Anda teliti.

Siapa yang mengukur radiasi matahari global dan mengapa?

Pengukuran radiasi matahari global digunakan dalam beberapa aplikasi untuk berbagai tujuan:

*Energi surya digunakan untuk menentukan seberapa efisien panel surya mengubah energi matahari menjadi listrik dan kapan panel perlu dibersihkan. Sensor yang digunakan untuk tujuan ini biasanya mengukur radiasi pada bidang susunan panel surya.

*Perusahaan utilitas memprediksi penggunaan energi gas dan listrik

*Penelitian sebagai salah satu parameter untuk memprediksi atau mengukur pertumbuhan atau produksi tanaman

*Pertanian, serta pemeliharaan lapangan golf dan taman, sebagai salah satu parameter untuk memprediksi penggunaan air tanaman dan menjadwalkan irigasi.

*Meteorologi sebagai salah satu faktor dalam model prediksi cuaca

Apa itu piranometer, dan apa fungsinya?

Pyranometer adalah sensor yang mengubah radiasi matahari global yang diterimanya menjadi sinyal listrik yang dapat diukur. Pyranometer mengukur sebagian spektrum matahari. Sebagai contoh, Pyranometer CMP21 mengukur panjang gelombang dari 0,285 hingga 2,8 µm. Pyranometer tidak merespons radiasi gelombang panjang. Sebagai gantinya, pyrgeometer digunakan untuk mengukur radiasi gelombang panjang (4 hingga 100 µm).

Pyranometer juga harus memperhitungkan sudut radiasi matahari, yang disebut sebagai respons kosinus. Misalnya, 1000 W/m2 yang diterima tegak lurus terhadap sensor (yaitu, 0° dari zenit) diukur sebagai 1000 W/m2. Namun, 1000 W/m2 yang diterima pada sudut 60° dari zenit diukur sebagai 500 W/m2. Pyranometer yang memiliki difusor alih-alih kubah kaca memerlukan difusor yang presisi untuk memberikan respons kosinus yang benar.

Apa perbedaan antara piranometer, radiometer bersih, dan pirheliometer?

Terdapat beberapa jenis sensor radiasi matahari yang berbeda, termasuk piranometer, radiometer bersih, dan pirheliometer.

Radiometer bersih mengukur radiasi gelombang pendek yang masuk dan keluar menggunakan dua piranometer termopile, dan mengukur radiasi gelombang panjang yang masuk dan keluar menggunakan dua pirgeometer. Keempat pengukuran ini seringkali merupakan bagian dari anggaran energi. Penilaian anggaran energi membantu kita memahami apakah energi matahari disimpan di dalam tanah atau hilang dari tanah, dipantulkan, dipancarkan kembali ke luar angkasa, atau digunakan untuk menguapkan air.

Pyrheliometer terdiri dari elemen pengukur radiasi yang terbungkus dalam wadah (tabung kolimasi) yang memiliki lubang kecil tempat hanya sinar matahari langsung yang masuk. Radiasi yang dipantulkan dari awan atau partikel di udara tidak dapat melewati lubang kecil dan tabung kolimasi ini ke detektor. Untuk melakukan pengukuran sepanjang hari, pyrheliometer perlu diarahkan langsung ke matahari menggunakan pelacak matahari.

Bagaimana cara kerja piranometer dalam mengukur radiasi matahari global?

Jenis piranometer yang paling umum digunakan untuk mengukur radiasi matahari global adalah termopile dan fotocell silikon. Jenis-jenis piranometer ini dibahas di bawah ini, beserta kelebihan dan kekurangannya.

Tip: Anda perlu menghubungkan piranometer ke multimeter digital atau pencatat data yang diprogram untuk mengukur tegangan DC dalam mV.

Stasiun radiasi matahari RK200-05

Jika Anda menggunakan multimeter digital, Anda perlu mengkonversi sendiri pembacaan mV ke W/m2;

Jika Anda menggunakan pencatat data (data logger), Anda perlu mengatur pencatat data tersebut agar dapat melakukan konversi.

Terdapat juga piranometer di pasaran yang mengembalikan radiasi gelombang pendek (W/m2) dalam format digital. Ini akan memerlukan komputer atau pencatat data untuk membaca rangkaian data serial (beserta kabel data antarmuka dan perangkat lunak komunikasi yang sesuai).

Pyranometer termopile

Pyranometer RK200-03 dirancang berdasarkan prinsip termokopel.

Pyranometer termopile menggunakan serangkaian sambungan termoelektrik (beberapa sambungan dari dua logam yang berbeda—prinsip termokopel) untuk memberikan sinyal beberapa µV/W/m2 yang proporsional dengan perbedaan suhu antara permukaan penyerap hitam dan referensi. Referensi tersebut dapat berupa permukaan reflektif putih atau bagian internal dari dasar sensor. Permukaan hitam pyranometer termopile menyerap radiasi matahari secara seragam di seluruh spektrum matahari.

Spektrum matahari adalah rentang panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh matahari. Bintang biru, putih, kuning, dan merah masing-masing memiliki suhu yang berbeda dan karenanya memiliki spektrum matahari yang berbeda.

Matahari kuning kita memancarkan radiasi dengan panjang gelombang dari 0,15 hingga 4,0 µm. Pyranometer termopile secara akurat menangkap radiasi matahari global karena permukaan penyerap hitam khusus yang dimilikinya merespons sebagian besar energi spektrum matahari secara seragam. Elemen penginderaan biasanya terbungkus di dalam satu atau dua kubah kaca khusus yang secara seragam meneruskan radiasi ke elemen penginderaan.

Keunggulan piranometer termopile berkaitan dengan penggunaannya yang luas dan akurasinya. Permukaan hitam piranometer termopile menyerap radiasi matahari secara seragam di seluruh spektrum gelombang pendek matahari dari 0,285 hingga 2.800 µm (seperti pada Piranometer CMP6). Respons spektral yang seragam memungkinkan piranometer termopile untuk mengukur hal-hal berikut: radiasi matahari yang dipantulkan, radiasi di dalam kanopi atau rumah kaca, dan albedo (dipantulkan:datang) ketika dua piranometer dipasang sebagai pasangan yang menghadap ke atas/ke bawah.

Meskipun piranometer termopile dapat menjadi jenis sensor radiasi gelombang pendek matahari yang paling akurat, piranometer jenis ini biasanya jauh lebih mahal daripada piranometer fotocell silikon.

Pyranometer fotovoltaik silikon

Sensor radiasi matahari RK200-04 yang dirancang berdasarkan prinsip sel silikon.

Pyranometer fotovoltaik silikon menghasilkan arus keluaran µA yang mirip dengan cara panel surya mengubah energi matahari menjadi listrik. Ketika arus melewati resistor shunt (misalnya, 100 ohm), arus tersebut diubah menjadi sinyal tegangan dengan sensitivitas beberapa µV/W/m2. Diffuser plastik digunakan untuk memberikan respons kosinus yang seragam pada berbagai sudut matahari.

Respons spektral piranometer fotovoltaik silikon terbatas hanya pada sebagian spektrum matahari dari 0,4 hingga 1,1 µm. Meskipun piranometer ini hanya mengambil sampel sebagian radiasi gelombang pendek, piranometer ini dikalibrasi untuk memberikan keluaran yang mirip dengan sensor termopile di bawah langit cerah dan berawan. Piranometer fotovoltaik silikon sering digunakan dalam semua kondisi langit, tetapi kesalahan pengukuran lebih tinggi ketika terdapat awan. Keseragaman spektrum cahaya siang hari di sebagian besar kondisi langit membatasi kesalahan biasanya kurang dari ±3%, dengan kesalahan maksimum ±10%. Kesalahan biasanya positif dalam kondisi berawan.

Pyranometer fotovoltaik silikon biasanya beberapa kali lebih murah daripada pyranometer termopile. Bagi para peneliti lingkungan, akurasi pyranometer fotovoltaik silikon seringkali sudah cukup untuk kebutuhan mereka.

Kelemahan piranometer fotolistrik silikon adalah respons spektralnya terbatas pada sebagian kecil spektrum matahari, yaitu dari 0,4 hingga 1,1 µm. Piranometer ini bekerja paling baik ketika digunakan untuk mengukur radiasi matahari global dalam kondisi langit cerah yang sama seperti yang digunakan untuk kalibrasinya. Piranometer ini tidak boleh digunakan di dalam kanopi vegetasi atau rumah kaca, atau untuk mengukur radiasi pantulan.

Kesimpulan

Saya harap artikel pengantar ini telah membantu Anda memahami piranometer dan fungsinya. Saya juga berharap Anda memiliki pemahaman yang lebih baik tentang jenis piranometer yang paling sesuai untuk kebutuhan aplikasi Anda.