Piranometreler, güneş ışınımını ölçmek için kullanılan cihazlardır. Genellikle iklim araştırmalarında, meteoroloji istasyonlarının performans takibinde, seralarda, bina otomasyon sistemlerinde, yansıtma (reflektans) çalışmalarında ve malzeme dayanıklılık testlerinde (weathering) yaygın olarak kullanılırlar.
Güneş Işınımı Nedir?
Güneş ışınımı, Güneş’ten gelen ve bir yüzeye ulaşan enerji miktarıdır; W/m² cinsinden ölçülür.
Güneş ışınımı, Güneş’in belirli bir dalga boyundaki parlaklığı olarak tanımlansa da yalnızca görünür ışıktan ibaret değildir. Örneğin ışınım spektrumuna baktığımızda, görünür ve kızılötesinden (IR), ultraviyole (UV), aşırı ultraviyole (EUV) ve X-ışınlarına kadar birçok dalga boyunda büyük spektral farklılıklar olduğunu görürüz.
Dünyanın yüzeyine ulaşan güneş ışınımı iki bileşenden oluşur: Işınımın bir bölümü doğrudan yeryüzüne ulaşırken, geri kalanı atmosferde saçılarak ya uzaya geri yansır ya da dağınık ışınım olarak yeryüzüne ulaşır.
Güneş Işınımı Nasıl Ölçülür?
Güneş enerjisi sistemlerinin çoğunda, ışınımı toplayan bir yüzey bulunur. Bu yüzey, örneğin bir PV santrali ya da güneş kollektörü olabilir. Yüzeyin en verimli açıyla yerleştirilebilmesi için, farklı yönlerden gelen güneş enerjisi miktarının doğru şekilde hesaplanması gerekir. Bu hesaplama zordur çünkü Güneş gökyüzünde hareket eder ve sabit yüzeylerle nadiren doğrudan hizalanır. Ayrıca ışınımın farklı bileşenleri —doğrudan, dağınık ve yansıyan ışınımlar— yüzeye çeşitli açılardan ulaşır. Hava koşullarındaki değişiklikler de bu ışınım bileşenlerinin zamanla farklılık göstermesine neden olur. Doğru sonuçlar elde edebilmek için, yatay düzlemdeki güneş ışınımı verilerini, belirli bir eğime sahip düz bir yüzeye düşen ışınım değerlerine çevirmek gerekir. Bu nedenle çeşitli meteorolojik sensörler kullanılır.
Güneş Işınımını Ölçmek İçin Kullanılan Cihazlar
Güneş ışınımı temelde iki ana cihazla ölçülür: Piranometreler ve Pirheliometreler.
Pirheliometre, Güneş’ten gelen doğrudan ışınımı ve Güneş’in çevresindeki gökyüzünden gelen sınırlı miktarda ışınımı dik açıyla ölçen bir cihazdır. Güneş ışığı genellikle, ısıyı elektrik sinyaline çeviren termokuplun cam penceresinden bu cihaza ulaşır. Oluşan elektrik sinyali kaydedilir ve W/m² cinsine dönüştürülür.
Diğer yandan, piranometre, genellikle yatay düzlemde hem doğrudan hem de gökyüzünden saçılarak gelen toplam güneş ışınımını ölçer. Yani cihaz, her açıdan gelen ışınımı eşit şekilde algılamalıdır. Piranometre, yatay yerleştirilmiş bir ısı sensörü ve dalga boyunu sınırlayan cam bir kubbeden meydana gelir; bu, pirheliometredeki yapıya benzer.
Işınım ölçümünde piranometreler dışında, örneğin dizi düzleminde (POA) ışınımı ölçmek için kullanılan ışınım sensörleri gibi farklı cihazlar da kullanılır.
Bu ışınım sensörüne, piranometre ile aynı işlevleri gördüğü için PV piranometre de denir. Sensör, belirli bir eğim ve geliş açısına (AOI) sahip yüzeye gelen toplam ışınımı (POA) ölçer; bu, doğrudan normal ışınım (DNI) ile dağınık ışınımın (DHI) toplamıdır.
Piranometreler hangi sınıflara ayrılır?
Piranometrelerin hepsi aynı kalitede değildir. Dünya Meteoroloji Örgütü (WMO) ile Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO), piranometreleri çeşitli uygulamalara göre üç kategoriye ayırmıştır.
Piranometrenin yanıt süresi, termal kaymalar, kararsızlık, doğrusal olmayan tepki, yön tepkisi, spektral tepki, sıcaklık etkisi ve eğim etkisi gibi özellikleri ile kalibrasyon yöntemine bağlı olarak, ISO 9060 standardına göre A, B veya C sınıfı olarak kategorize edilir.