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背景 太阳辐照强度测量通常采用光电式，即利用光电传感元件把太阳辐照强度转化为电信号，再通过电路变换进行输出显示。 光电式测量装置灵敏度高、精度高、易连续测量太阳辐照强度的随时变化，但价格较高、到达传感元件表面的光谱分布有变化时精度可能会受影响、测量输出可能与太阳能热利用效应存在偏差等。 基于此，本文探讨一种基于光热效应的太阳辐照强度简易测量装置，精度和灵敏度可能均低于光电式，但实现简便、制作成本低，可靠性好，对太阳能热利用场合可能有一定的参考价值。 基本原理 本文测量装置基本原理如下图所示。
图中测量装置由透明罩、光热转换元件、保温材料、温度传感器等构成。 工作过程是：太阳辐射通过透明罩照射到光热转换元件表面的涂层上，把光能转换为热能被光热转换元件吸收，光热转换元件的升温速度随太阳辐照强度而变化，利用温度传感器读出光热转换元件的温度变化，即可得出太阳辐照强度。 图中透明罩的作用是在光热转换元件上方形成一层静止空气层，减少热能从光热转换元件表面散失；保温材料的作用是减少热能从光热转换元件的侧面和底面散失。 光热转换元件可考虑适宜厚度的铝板，主要是由于铝的密度较小且热导率较高；温度传感器可考虑片形Pt热电阻或点状热电偶，基本要求是导热性好，热惯性小。 模拟软件 为分析测量装置各主要因素之间的关系，编制了模拟软件，如下图所示。
图中前两行为输入参数，分别为： 1-太阳辐照强度，W/m2； 2-透明罩对太阳辐射的透过率，无因次(0~1)； 3-光热转换元件表面涂层的吸收率，无因次(0~1)； 4-光热转换元件的表面积，m2； 5-光热转换元件的厚度，m； 6-透明罩内空气层厚度，m； 7-保温材料厚度，m； 8-周围空气温度（光热转换元件初始温度），℃。 图中第3行为输出参数，分别为太阳辐照第45秒、90秒、135秒、180秒时光热转换元件的平均温度（℃）。 软件中光电转换元件采用铝板。输入前两行参数后，点击“计算”按钮，第三行即可输出光热转换元件温度随时间的变化。 调整前两行各输入参数，即可得到太阳辐照不同时间后光热转换元件的温度的变化规律，进而可以太阳辐照强度为因变量，以其他八个参数（前两行中的其他七个参数和第三行中的一个参数）为自变量，建立太阳辐照强度计算模型方程，实际测量时可直接根据光热转换元件的温度计算出相应的太阳辐照强度。 探讨 本文测量装置影响精度的主要因素是通过空气层和保温材料的热损失；测量时光热元件升温幅度不宜过大（通常10℃以内），当光热元件升温较多时需停止测量，使光热元件温度恢复至较低后再继续测量；进一步可考虑将静止空气层进行优化（如采用真空）、对光热元件材料及结构进行优化等。 建立太阳辐照强度与其他参数的方程模型时，可把光热元件输出温度与环境空气温度（光热元件初始温度）整合为一个参数（二者之差），这样可消除环境温度或初始温度对测量结果的影响。 实际研制时，除软件模拟分析外，还需要通过实验标定装置参数和修正软件方程。 本文装置原理是基于非平衡原理的光热元件升温过程实现，此外，还可采用平衡法，使光热元件从太阳吸热量等于光热元件向环境散热量，测量光热元件的平衡温度也可得出太阳辐照强度；与本文装置相比，可使装置结构进一步简化，且可对太阳辐照强度进行连续测量。 美图欣赏
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