日射計

日射計は、180°の視野角から平面が受ける日射量を測定します。この量は、W/m²で表され、全天日射量と呼ばれます。日射計の定義によれば、日射スペクトルは285から3000 x 10-⁹ mの範囲に及び、その波長（スペクトル）選択性はできるだけ「均一（フラット）」でなければなりません。

すなわち、太陽放射がセンサーに垂直に当たるとき（表面に対して垂直、天頂にある太陽、入射角0°）は完全な応答を持ち、太陽が地平線にあるとき（入射角90°、天頂角90°）はゼロ応答、入射角60°では完全応答時の50%でなければならないです。日射計は、理想的なコサイン特性にできるだけ近い、いわゆる「方向性応答」（古い文書では「コサイン応答」と書かれている場合があります）を持つべきである。

適切な指向性と分光特性を得るために、日射計の主な構成要素は以下の通りです。

• 黒色塗装の熱電対：200〜50000×10-⁹mの範囲をカバーする均一な波長選択性（spectrally flat）を持ち、ほぼ完璧な指向性を持っています。コーティングはすべての太陽光線を吸収し、吸収の瞬間に熱に変換する。その熱はセンサーを通してセンサー本体に流れる。熱電堆（サーモパイル）センサーは、日射量に比例した電圧出力信号を生成します。
• ガラスドーム：180°の視野角を保ちながら、285～3000×10⁻⁹mの波長範囲を透過する（3000×10⁻⁹m以上の部分はカットする）。ドームのもう一つの機能は、それが環境（対流、雨）から熱電堆（サーモパイル）センサーを遮蔽することです。
• 内側ガラスドーム：Class AとClass B日射計では、1つのドームではなく、2つのドームが使用されます。この構造は、追加の「遮光シールド」を提供し、一重ドームを使用する場合と比較して、センサーと内側ドームの間のより良い熱平衡が得られます。内側ドームを持つことで、結果として出力のオフセットが大幅に低減されます。
• ヒーター：外側のドーム表面への露の付着や霜の影響を軽減するため、ほとんどの最新の日射計はヒーターを内蔵しています。このヒーターはセンサー本体に結合されています。日射計を加熱すると、放射照度のオフセット信号が追加で発生する可能性があるため、夜間のみヒーターを作動させることを推奨します。ヒーターと外部換気を組み合わせることで、これらの加熱オフセットは非常に小さくなります。

屋外用太陽光発電システムの性能監視にいて、日射計が日射量測定の基準であるには、それなりの理由があります。

屋外太陽光発電試験の目的は、利用可能な資源とシステム出力を比較することであり、その結果、効率を決定することです。効率の見積もりは、全体的な性能と安定性の指標となります。また、遠隔診断や修理の必要性の参考にもなります。

屋外PV性能モニタリングのための日射照度測定は、通常、日射計で行われています。いくつかの規格では、リファレンスセルの使用を推奨しています。リファレンスセルは、（わずかな例外を除き）財務上の証明やPVシステム効率の証明には不向きです。日射計は、屋外の太陽エネルギー監視の標準であり、今後もそうあり続けるでしょう。

基本的な観点から申し上げると

日射計は利用可能な太陽放射照度を随時測定します（つまり利用可能な資源の量）。これは、真の効率計算のために必要不可欠なパラメータです。
リファレンスセルは、同一素材、同一パッケージ（フラットウィンドウ）のセルが使用できる日射量のみを測定するため、ある種の太陽電池の収量となる。これは効率計算に使用できる測定値ではなく、実際、効率推定値に数パーセントの誤差を生じさせる。

国際エネルギー機関(IEA)やASTMのPVモニタリング規格では、屋外でのPVモニタリングに日射計を推奨しています。PVリファレンスセルは、放射照度測定の不確かさに関するIEC 61724-1クラスA要件を満たしていません。その方向応答特性により、1時間単位で見た場合、J/m2 （またはW·hr/m2 ）で表される積算日射量を系統的に2%以上過大評価しています。

お客様のアプリケーションに適した日射計を選ぶことは簡単ではありません。私たちはその選択をサポートさせていただきます。しかし、その前に、以下の項目に対して自問自答してください。

• 私の用途に合った規格はあるか？
• どのようなレベルの精度が必要か？
• 機器のメンテナンスレベルはどの程度か？
• インターフェイスの可能性は？

Hukseflux社にご相談いただければ、最適な日射計をご提案します。

• 日射計クラス
• メンテナンスレベル
• 精度の見積もり
• 校正方針
• インターフェース

日射計は、さまざまな仕様で製造され、製造ならびに出荷時の検証や特性評価もさまざまなレベルで行うことができます。ISO 9060 – 1990規格「太陽エネルギー-半球状太陽放射および直達日射の測定器の仕様と分類」では、二次標準（最高精度）、一級（ファーストクラス、二番目に高い精度）、二級（セカンドクラス、三番目に高い精度）の3つのクラスに区別されています。二級から一級へ、一級から二級へ、達成可能な精度は2倍にそれぞれ向上します。

ISO 9060 – 1990規格は改訂の時期を迎えました。最新の2018年版では、1990年版とは若干異なります。ISO 9060の新バージョンには、3つの機器精度クラスA、B、C、およびすべてのクラスの特別な拡張「Spectrally Flat」が含まれており、Plane of Array（POA）、アルベド、反射太陽測定に推奨されます。

日射計選定ガイドでは、日射計を選択する際の実用的なガイドラインを提供しています。 IEC 61724-1に準拠したPVシステム性能モニタリングへの日射計の適用を例として取り上げています。また、散乱日射や気象ネットワークに特化したセンサーについても、このセレクションガイドで取り上げています。

全天日射計は半球状の太陽放射を測定します。水平面で測定する場合は、全天日射量（GHI）と呼ばれます。PVパネルに隣接し傾斜角および方位角を同一とする「プレーンオブアレイ（POA）」で測定する場合は、斜面日射量と呼びます。

直達日射量(DNI)の測定には直達日射計を使用します。 DNI は、太陽の中心を指す軸に垂直な平面単位面が、光学開口角で集めた太陽放射フラックスと定義されます。DNIは、太陽円盤の範囲（半値角0.266°±1.7%）の太陽放射といくつかの太陽周辺光から構成されています。

では、日射量を測定したいとお考えですか？あなたは一人ではありません。何世紀にもわたって太陽からのエネルギーを測定してきた人々は、今日、かつてないほど多くの人々が日射を測定しています。

どんな測定でもそうですが、まず、何を測定したいのか自問することから始めましょう。日射という言葉は、さまざまな用途で使われており、その意味も少しずつ異なっています。

太陽放射は、太陽から地球に届くエネルギーと定義されることが多いです。その大部分は可視光線ですが、太陽スペクトルは紫外線や近赤外線にも及びます。太陽放射は、太陽から直接届くもの（直達日射）、大気中で散乱するもの（拡散日射）、反射するものなど、さまざまな方法で私たちに届きます。これらの量は別々に測定することができますが、ほとんどの場合、地表の全放射量、つまり全天日射量（GHI）に関心があります。太陽光発電所のモニタリングでは、全天日射量だけでなく、パネル面内の放射照度も必要とされます。これは傾斜日射量、あるいは「プレーンオブアレイ（POA）」日射量と呼ばれます。エネルギーバランスの研究では、複数の日射計を組み合わせて、入射日射と反射日射の両方を測定します。これは、長波放射や他のフラックスの個別の測定と組み合わせることができます。

私たちは、測定器の選択からデータの取得まで、日射測定プロセスを説明したノートを公開しています。 ここでは、測定場所の選定、測定器の設置、データロガーのセットアップについて説明しています。また、日射量データの信頼性を長期間維持するために、品質管理およびメンテナンスについても説明しています。