ISO 9060:1990
(Main)Solar energy — Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation
Solar energy — Specification and classification of instruments for measuring hemispherical solar and direct solar radiation
Establishes a classification and specification of instruments for the measurement of hemispherical solar and direct solar radiation integrated over the spectral range from 0,3 µm to 3 µm.
Énergie solaire — Spécification et classification des instruments de mesurage du rayonnement solaire hémisphérique et direct
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
9060
STANDARD
First edition
1990-l l-01
Solar energy - Specification and classification
of instruments for measuring hemispherical
solar and direct solar radiation
- Spkification et classification des instruments de
inet-gie solaire
mesurage du rayonnement so/air-e hemisphkique et direct
Reference number
IS0 9060: 1990(E)
--
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 9060:1990(E)
Contents
Page
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.-. 1
1 scope
1
2 Normative reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.
1
3 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.~.
4 Instruments to measure hemispherical solar radiation -
................................... 2
Pyranometers . .
5 Instruments to measure direct solar radiation - Pyrheliometers 5
6 Final remarks . . . . . . . . . . . . . . . ._. .v.P.m. . . . . . . . . .I. 6
Annexes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
A Comments on the specifications given in table 1
8
A,1 Response time . .
8
A.2 Zero off-set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.
8
A.3 Non-stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-.
8
A.4 Non-linearity . .
. . . ._._. 8
A.5 Directional response (for beam radiation)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
A.6 Spectral selectivity
. . . . . . . . . . . . . . . .-.~~.~.-. 9
A.7 Temperature response
9
A.8 Tilt response . .
B Excerpt from the WMO Guide to Meteorological Instruments and
Methods of Observation, subclause 9.3.1.1 (primary standard
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .-. . . . . . . . . . . 10
pyrheliometers)
....................... ......................... ................................. 11
C Bibliography
0 IS0 1990
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without
permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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IS0 9060:1990(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an lnter-
national Standard requires approval by at least 75 % of the member
bodies casting a vote.
International Standard IS0 9060 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 180, Solar energy.
Annexes A, B and C of this International Standard are for information
only.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
IS0 9060:1990(E)
Introduction
This International Standard is one of a series of standards that specify
methods and instruments for the measurement of solar radiation in
support of solar energy utilization.
Accurate solar radiation data are used in meteorology and are needed
for developing solar energy appliances, in particular for performance
testing, solar radiation simulation and resource assessment.
The measurement of radiation is needed for determination of the con-
version efficiencies of solar appliances. The specification and classi-
fication of these instruments are needed in order to enable the
comparison of solar radiation data on a worldwide basis.
The specification and classification of solar radiometers prescribed in
this International Standard are based on a terminology and methodology
that is similar to that used by the World Meteorological Organization
(WMO). However, both the specification and the classification deviate
from the WMO documents in order to meet the requirements specific to
solar energy utilization and appliances.
In particular, this International Standard establishes the regulations
necessary for the implementation of the classification.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD
IS0 9060:1990(E)
Solar energy - Specification and classification of instruments
for measuring hemispherical solar and direct solar radiation
3.2 global (solar) radiation: Hemispherical solar
1 Scope
radiation received by a horizontal plane surface.
This International Standard establishes a classifka-
tion and specification of instruments for the meas-
3.3 direct solar radiation: Radiation received from
urement of hemispherical solar and direct solar
a small solid angle centred on the sun’s disc, on a
radiation integrated over the spectral range from
given plane.
0,3 pm to 3 u,m.
NOTE 2 In general, direct solar radiation is measured
Instruments for the measurement of hemispherical
by instruments with field-of-view angles of up to 15”.
solar radiation and direct solar radiation are classi-
Therefore a part of the scattered radiation around the
fied according to the results obtained from indoor
sun’s disc (circumsolar radiation) is also included (see
or outdoor performance tests. Primary standards, 5.1).
which are direct solar radiation instruments, are
More than 99 % of the direct solar radiation received at
classified on the basis of their design and specifica-
the ground is contained within the wavelength range from
tion of measuring reproducibility under outdoor test
0,3 jlm to 3 pm.
conditions verified by periodic pyrheliometric inter-
comparisons.
3.4 pyranometers: Radiometers designed for
measuring the irradiance on a plane receiver sur-
2 Normative reference
face which results from the radiant fluxes incident
from the hemisphere above within the wavelength
The following document contains provisions which,
range 0,3 pm to 3 pm.
through reference in this text, constitute provisions
of this International Standard. At the time of publi-
NOTE 3 The spectral range given is only nominal. De-
cation, the edition indicated was valid. pending on the materials used for the domes which pro-
tect the receiving surface of a pyranometer (see 4. l), the
World Meteorological Organization, Guide fo spectral limits of its responsitivity approximate to the
limits mentioned above.
Meteorological instruments and Methods of Obser-
vation, No. 8, 5th edition, WMO, Geneva, 1983.
Radiometers which are of design similar to pyranometers,
but which are equipped with photoelectrical sensors hav-
ing spectral responsivity which is not as uniform over the
3 Definitions
spectral range as required in table 1 (reference No. 3d),
are often designated by the name of the sensor, for in-
For the purposes of this International Standard, the
stance “Silicon-pyranometer” for short, Si-
(or,
following definitions apply.
pyranometer).
3.1 hemisphe lrical solar radiation: Solar radiation
3.5 pyrheliometers: Radiometers designed for
plane surface from a solid angle of
received by a
measuring the irradiance which results from the so-
3
lar radiant flux from a well-defined solid angle the
axis of which is perpendicular to the plane receiver
NOTE 1 More than 99 % of the hemispherical solar ra-
surface.
diation incident at the earth’s surface is contained within
the wavelength range from 0,3 ttm to 3 llrn. Generally,
NOTE 4 It follows from
hemispherical solar radiation is composed of direct solar this definition that
pyrheliometers are used to measure direct solar radiation
radiation and diffuse solar radiation (solar radiation scat-
at normal incidence. Typical field-of-view angles of
tered in the atmosphere) as well as solar radiation re-
pyrheliometers range from 5” to loo. Unlike the
flected by the ground.
1
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IS0 90603 990(E)
windowless instruments, the spectral responsivity of field
a) the thermal sensor, the receiving surface of
is limited to the range approximately
pyrheliometers
which is painted black or alternatively black and
O,3 pm to 3 pm, depending on the spectral transmittance
white,
of the window which protects the receiver surface. How-
ever, windowless instruments operate with a loss of en-
b) the glass
dome(s ) (one or which cover(s)
two) 9
ergy of less than 1 O/o (see note 2 to 3.3).
concentric
ally the receiving surfa ce, and
3.6 world radiometric reference (WRR): Measure-
c) the body which is often shi elded by a sun-
ment standard representing the Sl unit of irradiance
scre en, a nd used as a ther !mal reference.
with an uncertainty of less than + 0,3 % (see the
WMO Guide to Meteorological %struments and
4.2 Types
Methods of Observation, 1983, subclause 9.1.3). The
reference was adopted by the World Meteorological
The commonest type of pyranometer is the
Organization (WMO) and has been in effect since
“thermoelectric” pyranometer which is equipped
1 July 1980.
with a thermopile (sometimes called a thermo-
In order to ensure its long-term stability the WRR is battery) measuring the difference in temperature
realized by a group (known as the World Standard between the blackened receiving surface (active
Group) of at least four pyrheliometers (see 5.2.1) of junctions) and the body (passive junctions). The
different design which are maintained by the WMO position and number of the active and passive junc-
World Radiation Centre at Davos. tions are quite different in different pyranometer
models. Generally these sensors are covered by two
concentric glass domes to achieve a strong atten-
3.7 Linke turbidity factor: Relative measure of the
uation of the off-set generated by thermal radiation.
attenuation of the direct solar radiation by the total
atmosphere. It is related to the attenuation by mol-
Of a special design are the “black-and-white
ecule scattering only.
pyranometers”. Their passive junctions are
thermally connected to white segments which are
The Linke turbidity factor can be interpreted as an
regularly distributed over the relatively large re-
assumed multiplier of the path length through a
ceiving surface. Generally, only one dome is used
clean non-absorbing molecular atmosphere to fit the
in black-and-white instruments on the assumption
measured beam attenuation. For the mathematical
that the thermal radiation is also absorbed equally
treatment, see [Z].
by the white paint.
Pyranometers that are self-checking by means of
electrical substitution of the radiant power are now
4 Instruments to measure hemispherical
commercially available. However, “absolute
- Pyranometers
solar radiation
pyranometers” with cavity receivers (corresponding
to “absolute pyrheliometers”, see 5.2.1 ) are not yet
on the market.
4.1 General physical design
Radiometers with a 2~ field-of-view angle based on
Pyranometers are radiometers used to measure
photoelectric receivers (using silicon photovoltaic
hemispherical solar radiation (see 3.1 and 3.4).
cells) are available as so-called “Si-pyranometers”.
Currently such instruments are not able to meet the
The spectral limits of the measurement only allow
uniformity of spectral responsivity as required for
for thermal sensors, equipped with absorbing sur-
classification (see table 1).
faces, to achieve the uniform spectral responsivity
required for pyranometers (see table 1, reference
Pyranometers of designs other than those described
No. 3d).
above may be used provided that they meet the
specific requirements for solar energy applications.
Thermal sensors transform radiant energy into
Detailed descriptions of various types of
thermal energy with a consequent rise in the tem-
pyranometer are given in [I], [2] and [3].
perature of the receiving surface. This rise in tem-
perature is balanced by various kinds of heat losses
4.3 Classification
to thermal sinks (e.g. the body of the pyranometer
and ambient air).
The classification of pyranometers is based exclu-
The thermal sensor of a pyranometer is protected
sively on the measuring specifications of the instru-
from wind, rain and dust as well as the exchange of
ments according to their design and quality of
thermal radiation by one or two glass domes whose
manufacture.
spectral transmittance confines the spectral range
NOTE 5 The accuracy of solar radiation data measured
of responsivity to approximately 0,3 pm to 3 pm.
by pyranometers depends not only on the category of the
The main parts of a pyranometer are instrument but also on
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
IS0 9060:1990(E)
a) the calibration procedure,
1) ageing effects (a measure of the long-term
stability),
b) the measurement conditions and maintenance, and
2) the level of irradiance (a measure of the
c) the environmental conditions.
non-linearity),
Therefore statements about the overall measurement un-
3) the direction of the irradiance (a measure of
certainty can only be made on an individual basis, taking
the deviations from the ideal “cosine behav-
all relevant factors and the category of the instrument into
account. iour” and its azimuthal variation),
The classification scheme is based on various 4) the spectral distribution of irradiance (a
specifications, as given in table I, and various clas- measure of the spectral selectivity of
sification criteria, as given in 4.3.2. responsivity),
Three categories of pyranometer are defined as fol-
5) the temperature of the pyranometer
body,
lows:
and
a) secondary standard pyranometer;
6) the tilt angle of the receiving surface.
b) first class pyranometer (including the special
A specification is fulfilled if the mean value of the
group of first class pyranometer for solar energy
respective test result does not exceed the corre-
test appliances);
sponding limiting value of the specification given in
table 1 for the specific category of instrument.
c) second class pyranometer.
The specifications given in table 1 shall be verified
NOTE 6 A primary standard is not classified because
by tests. Additional information on the specification
the most accurate determination of global irradiance is
items is given in annex A .
believed to be the sum of the direct irradiance as meas-
ured by an absolute pyrheliometer and the diffuse solar
NOTES
irradiance as measured by a secondary standard
pyranometer shaded from the sun by a disc.
7 Table 1 was developed on the basis of the corre-
sponding WMO classification (see clause 2) which also
defines three categories of pyranometer, i.e. secondary
standard, first class pyranometer and second class
pyranometer. The limiting values given in table 1 are in
Limiting values of pyranometer specifications
43.1
some cases more stringent than those given in the cor-
responding WMO table owing to the requirements of solar
Pyra nometer specifications can be grouped as fol- energy test applications and to recent improvements in
measurement techniques.
lows
8 The “first class pyranometer for solar energy test ap-
a) the response time (a measure of the thermal in-
plication” is defined in 4.3.2.
ertia inherent in the stabilization period for a
final reading);
4 An International Standard deali with methods for
w
iS in preparation.
testing pyranometer characteri sties
b) the zero off-set (a measure of the stability of the
zero-point specified for the effect of thermal ra- A pyranometer belongs to a specific category if all
diation and for a temperature transient); eight specifications (table 1) of the respective cate-
gory are met and if the classification is in conformity
with the criteria given in 4.3.2 and 4.3.3.
c) the dependence on responsivity resulting from
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
IS0 9060:1990(E)
Table 1 - Pyranometer specification list
Pyranometer category
Reference
Specification secondary
No.
first class second cl ass
standard
Response time:
1 < 15 s < 30 s < 60 s
time for 95 O/o response
Zero off-set:
2
a) response to 200 W-m-72 net thermal radiation (ventilated) + 7 Wsm-2 + 15 W-m--* + 30 W-m-2
b) response to 5 K-h--l change in ambient temperature + 2 Wmm-2 _+ 4 W-m--* + 8 W-m-2
-
--
Non-stability:
3a k 0,8 % + 3 %
+ 1,5 %
- -
percentage change in responsivity per year
Non-ii neari ty:
percentage deviation from the responsivity at 500 W-m-2
3b * 0,5 O/o
+ 1 % + 3 O/o
- -
due to the change in irradiance within 100 W-m--* to
1000 W-m-*
Directional response (for beam radiation):
the range of errors caused by assuming that the normal in-
3c * 10 W-m--* + 20 W-m-2 + 30 W-m -2
-
-
cidence responsivity is valid for all directions when measur-
ing from any direction a beam radiation whose normal
incidence irradiance is 1000 W-m-2
Spectral selectivity:
percentage deviation of the product of spectral absorptance
+ 3 O/o + 5 O/o + 10 O/o
3d
-
and spectral transmittance from the corresponding mean
within 0,35 pm and 1,5 pm
Temperature response:
2 O/o 8 O/o
3e 4 %
percentage deviation due to change in ambient temperature
within an interval of 50 K
Tilt response:
percentage deviation from the responsivity at 0” tilt (hori-
3f _+ 0,5 O/o + 2 % + 5 %
-
zontal) due to change in tilt from 0” to 90” at 1000 W-m--*
irradiance
4.3.2 Classification criteria gory quality control has verified that every
pyranometer complies with the respective specifi-
cations.
The classification of pyranometers may be applied
to individual instruments or to groups (particular
Pyranometers may be classified as first class
types) of instruments, depending on the category.
pyranometers for purposes of solar energy test ap-
plications if the specifications for azimuthal and
A classification as secondary standard pyranometer
cosine response,
first class instruments, given in
may only be applied to an individual instrument if it
table 1 are met for the individual instrument.
complies with all the re
...
60
NORME
9060
INTERNATIONALE
Première édition
1990-l l-01
Énergie solaire - Spécification et classification
des instruments de mesurage du rayonnement
solaire hémisphérique et direct
Solar energy - Specifka tion and classification of instruments for
measuring hemispherical solar and direct solar radiation
.- v--- ----
Numéro de référence
60 9060: 1990(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
60 9060:1990(F)
Sommaire
Page
1
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
. . . . . . . . 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Définitions
4 Instruments de mesurage du rayonnement solaire hémisphérique
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- Pyranomètres
-
5 Instruments de mesurage du rayonnement solaire direct -
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pyrhéliomètres
7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Remarques finales
Annexes
A Commentaires sur les caractéristiques données au tableau 1 . 8
8
.-.,.,.
A.1 Temps de réponse
8
. . . . . . . . . . . . . . .I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.2 Décalage du zéro
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.3 Stabilité
. . . . . . . 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.4 Non-linéarité
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
A.5 Réponse en direction (pour rayonnement direct)
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.6 Sélectivité spectrale
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.7 Réponse en température
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.8 Réponse en inclinaison
B Extrait du Guide to Meteorological Instruments and Methods of
Observation, sous-paragraphe 9.3.1.1 (pyrhéliomètres étalons
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
primaires)
II
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C Bibliographie
0 ISO 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation Internationale de normalisation
Case Postale 56 + CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
resse par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9060 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 180, Énergie solaire.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont don-
nées uniquement à titre d’information.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
Introduction
La présente Norme internationale fait partie d’une série de normes qui
prescrit les méthodes et les instruments liés au mesurage du rayon-
nement solaire, dans l’esprit d’une utilisation pratique de cette énergie.
Des mesures précises du rayonnement solaire sont utilisées en météo-
rologie et s’imposent pour la conception et la fabrication d’appareils
fonctionnant à l’énergie solaire, qu’il s’agisse d’en tester les perfor-
mances, de simuler le rayonnement solaire ou d’évaluer l’enso-
leillement.
Le mesurage du rayonnement s’impose pour déterminer le rendement
de conversion des appareils solaires. La spécification et la classification
de ces instruments sont nécessaires afin de permettre la comparaison
des données de rayonnement solaire à l’échelle mondiale.
La spécifïcation et la classification des radiomètres prescrits dans la
présente Norme internationale se fondent sur une terminologie et une
méthodologie semblables à celles qu’applique l’Organisation météoro-
logique mondiale (OMM). Cependant, spécification et classification dif-
fèrent de celles données dans les documents de I’OMM, afin de
répondre aux exigences particulières propres à l’utilisation de l’énergie
solaire et aux appareils correspondants.
La présente Norme internatio nale in dique en particulier la réglemen-
tation nécessaire à a mise en œuvre de la classification.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 9060:1990(F)
Énergie solaire - Spécification et classification des
instruments de mesurage du rayonnement solaire
hémisphérique et direct
hémisphérique se compose du rayonnement solaire direct
1 Domaine d’application
et du rayonnement solaire diffus (dispersé dans I’atmos-
phèra) ainsi que du rayonnement solaire réfléchi par le
La présente Norme internationale établit la classi-
sol.
fication et la spécikation des instruments de me-
surage du rayonnement solaire hémisphérique et
3.2 rayonnement (solaire) global: Rayonnement
direct, cumulés dans le domaine spectral compris
solaire hémisphérique recu par une surface plane
entre 0,3 pm et 3 pm.
horizontale.
Les instruments de mesurage du rayonnement so-
laire hémisphérique et direct sont classés d’après 3.3 rayonnement solaire direct: Rayonnement so-
les résultats obtenus dans des essais effectués en laire recu par une surface donnée depuis un petit
angle s&ide centré sur le disque solaire.
intérieur et en extérieur. Les étalons primaires, qui
sont des instruments de mesurage du rayonnement
NOTE 2 On mesure en général le rayonnement solaire
solaire direct, sont classés selon leur conception et
direct à l’aide d’instruments d’angle d’ouverture maximal
la spécifïcation de la reproductibilité de mesurage
de 15”. Une part du rayonnement diffusé autour du disque
en extérieur vérifiée par des intercomparaisons
solaire (rayonnement circumsolaire) est également in-
pyrhéliométriques périodiques.
cluse (see 5.1).
Plus de 99 % du rayonnement solaire hémisphérique at-
2 Référence normative
teignant la surface terrestre sont compris dans le do-
maine de longueur d’onde situé entre 0,3 ltrn et 3 trm.
La norme suivante contient des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des
3.4 pyranomètres: Radiomètres concus pour me-
dispositions valables pour la présente Norme inter-
surer l’éclairement énergétique recu par la surface
nationale. Au moment de la publication, l’édition in-
plane d’un récepteur et qui résulte des flux de
diquée était en vigueur.
rayonnement incident provenant de l’hémisphère,
dans le domaine de longueur d’onde compris entre
Organisation météorologique mondiale, Guide to
0,3 pm et 3 pm.
Meteorological instruments and Methods of Obser-
vation, no 8, Sème édition, OMM, Genève, 1983.
NOTE 3 Le domaine spectral indiqué n’est que nominal.
Selon les matériaux utilisés pour les coupelles qui protè-
gent la surface réceptrice du pyranomètre (voir 4.1) les
3 Définitions
limites spectrales de sensibilité sont approximativement
celles mentionnées ci-dessus.
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
nale, les définitions suivantes s’appliquent: Les radiomètres d’une conception semblable à celle des
pyranomètres, mais dotés de capteurs photoélectriques
dont la sensibilité spectrale n’est pas aussi uniforme dans
3.1 rayonnement solaire hémisphérique: Rayon-
le domaine spectral que l’exige le tableau 1 (no de réfé-
nement solaire recu par une surface plane depuis
rence 3d) sont souvent appelés en fonction du capteur,
un angle solide de 2n sr.
exemple <(pyranomètre au
silicium)>
Par
(OU
pyranomètre-Si).
NOTE 1 Plus de 99 O/a du rayonnement solaire hémis-
phérique atteignant la surface terrestre sont compris dans
3.5 pyrhéliomètres: Radiomètres concus pour me-
le domaine de longueur d’onde situé entre 0,3 prn et
3 llrn. D’un point de vue général, le rayonnement solaire
surer l’éclairement énergétique résult&t du flux de
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
rayonnement solaire recu depuis un angle solide perte de chaleur sous diverses formes au niveau
bien défini dont l’axe est perpendiculaire à la sur- des puits thermiques (par exemple le bâti du
face plane du récepteur. pyranomètre et l’air ambiant).
Le capteur thermique d’un pyranomètre est protégé
Selon cette définition, les pyrhéliomètres sont
NOTE 4
utilisés pour mesurer le rayonnement solaire direct à in- du vent, de la pluie et de la poussière ainsi que de
cidence normale. L’angle d’ouverture caractéristique d’un
l’échange de rayonnement thermique par une ou
pyrhéliomètre est compris entre 5” et 10”. Contrairement
deux coupelles de verre dont le facteur spectral de
aux instruments sans fenêtre, la sensibilité spectrale des
transmission limite le domaine spectral de sensi-
pyrhéliomètres de terrain est limitée approximativement
bilité entre 0,3 prn et 3 prn environ.
au domaine compris entre 0,3 C[m et 3 ILrn, selon le facteur
de transmission spectrale de la fenêtre protégeant la
Les élém ents principaux d’un pyranomètre sont les
surface du récepteur. Toutefois, les instruments sans fe-
suiv ‘ants:
nêtre fonctionnent avec une perte d’énergie inférieure à
1 % (voir note 2 en 3.3).
le capteur ‘th ermique dont la su rface récept
rice
a)
est peinte en noir ou en ba ndes blanc hes et noi-
3.6 référence radiométrique mondiale (RRM): Éta-
res,
lon de mesure représentant les unités SI d’éclai-
rement énergétique avec une incertitude inférieure
b) la(les) coupelle de verre (une ou deux) qui
à rf: 0,3 Oh (voir le Guide to Meteorological Instru-
recouvre(nt) la surface réceptrice de facon
ments and Methods of Observation, 1983, sous-
concentrique, et
paragraphe 9.1.3). Cette référence fut adoptée par
l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et
c) le bâti qui est sou vent protégé par un pare-soleil
est en vigueur depuis le Ier juillet 1980.
et qui sert de réfé rente thermique.
Afin de garantir sa stabilité à long terme, la RRM est
matérialisée par un groupe d’au moins quatre
4.2 Types
pyrhéliomètres absolus (voir 5.2.1) de conception
différente (base étalon mondial) entretenus par le
Le pyranomètre 4hermoélectriquep, est le type le
Centre mondial du rayonnement de Davos.
plus courant. II est doté d’une thermopile (appelée
parfois thermobatterie) mesurant la différence de
3.7 facteur de trouble de Linke: Mesure relative de
température entre une surface réceptrice noircie
l’atténuation du rayonnement solaire direct par l’at-
(jonctions actives) et le bâti (jonctions passives). La
mosphère totale. Ce facteur se rapporte uniquement
position et le nombre des jonctions actives et pas-
à l’atténuation par diffusion moléculaire.
sives diffèrent tout à fait d’un pyranomètre à l’autre.
Ces capteurs sont généralement protégés par deux
Le facteur de trouble de Linke peut être interprété
coupelles de verre concentriques, afin d’atténuer
comme un multiplicateur supposé de la longueur de
fortement la tension électrique générée par le
parcours à travers une atmosphère moléculaire
rayonnement thermique parasite.
propre et non absorbante, afin d’ajuster I’atté-
nuation de faisceau mesurée. Voir [2] pour le
Les pyranomètres ((noirs et blancs,, sont d’une
traitement mathématique.
conception particulière. Leurs jonctions passives
sont reliées thermiquement aux segments blancs,
qui sont répartis régulièrement à la surface d’un
4 Instruments de mesurage du
récepteur relativement important. En général, une
rayonnement solaire hémisphérique -
seule coupelle est utilisée pour les instruments
Pyranomètres
noirs et blancs en supposant que le rayonnement
thermique est absorbé de manière identique par les
peintures noires et les peintures blanches.
4.1 Conception d’ensemble
On trouve aujourd’hui dans le commerce des
Les pyranomètres sont des radiomètres utilisés
pyranomètres qui s’auto-vérifient par simulation
pour mesurer le rayonnement solaire hémisphéri-
électrique de la puissance de rayonnement. Toute-
que (voir 3.1 et 3.4).
fois, des ccpyranomètres absolus,) à cavités (corres-
Les limites spectrales de mesure n’autorisent que pondant aux ((pyrhéliomètres absolus,,, voir 5.2.1)
l’utilisation de capteurs thermiques dotés de surfa- ne sont pas encore commercialisés à l’heure ac-
tuelle.
ces absorbantes, pour obtenir la sensibilité spec-
trale uniforme que requièrent les pyranomètres (voir
Les radiomètres caractérisés par un angle d’ouver-
tableau 1, no de référence 3d).
ture de 27~ et utilisant des récepteurs photoélectri-
Les capteurs thermiques transforment l’énergie du ques (cellules photovoltaïques au silicium) sont
rayonnement en énergie thermique entraînant une disponibles sous l’appellation de
augmentation de la température de la surface ré- ((pyranomètres-Si>,. Ces instruments ne répondent
ceptrice. Cet accroissement est compensé par une pas à l’heure actuelle aux exigences d’uniformité
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
a) le temps de réponse (mesure du temps d’éta-
de la sensibilité spectrale requises par la classi-
blissement de l’indication finale qui est fonction
fication (voir tableau 1).
de l’inertie thermique de la période de stabili-
On peut employer des pyranomètres d’une concep-
sation);
tion différente de celle décrite ci-dessus, dès lors
qu’ils satisfont aux exigences particulières en ma-
b) le décalage du zéro (mesure de la stabilité du
tière d’utilisation de l’énergie solaire. Des descrip-
point zéro spécifié par rapport à l’effet du
détaillées des différents types de
tions
rayonnement thermique et aux changements de
pyranomètres figurent en [l], [2] et [3].
température);
c) la dépendance de la sensibilité résultant:
4.3 Classification
1) des effets du vieillissement (mesure de la
La classification des pyranomètres repose exclu-
sivement sur les caractéristiques de mesure des stabilité à long terme),
instruments telles qu’elles se dégagent de la
conception de l’appareil et de la qualité de sa fabri- 2) du niveau d’éclairement énergétique (mesure
cation. de la non- linéarité),
L’exactitude des mesures du rayonnement so-
NOTE 5
3) de l’orientation du flux incident (mesure de
laire réalisées à l’aide d’un pyranomètre dépend non
l’écart de sensibilité idéal par rapport à la
seulement de la catégorie de l’instrument mais encore:
(> et mesure de la sensibilité
en fonction de l’azimut de la source rayon-
a) de la méthode d’étalonnage,
nante),
b) des conditions de mesurage et de l’entretien, et
4) de la distribution spectrale de l’éclairement
énergétique (mesure de la sélectivité spec-
c) des conditions d’environnement.
trale de la sensibilité),
L’incertitude globale de mesurage ne peut par conséquent
être énoncée que sur une base unique tenant compte de
5) de la température du bâti du pyranomètre, et
tous les facteurs d’influente et de la catégorie de I’ins-
trument.
de l’angle d’inclinaison de la surface récep-
6)
trice.
Le plan de classification repose sur diverses spéci-
fications, comme donné au tableau 1 et sur diffé-
Une exigence est satisfaite dès lors que le résultat
rents critères de classification, comme indiqué en
moyen de l’essai applicable ne dépasse pas la va-
4.3.2.
leur limite correspondante donnée au tableau 1,
compte tenu de la catégorie de l’instrument.
de pyranomètres sont ainsi défi-
Trois catégories
nies, à savoir:
Les caractéristiques données au tableau 1 doivent
être vérifiées par des essais. L’annexe A contient
a) pyranomètres étalons secondaires;
des informations supplémentaires concernant les
différents points de la caractéristique.
b) pyranomètres de première classe (englobant le
groupe particulier des pyranomètres de pre-
NOTES
mière classe destinés aux appareils d’essai en
7 Le tableau 1 a été concu d’après la classification cor-
énergie solaire);
respondante, établie par ‘I’OMM, qui définit également
trois catégories de pyranomètres, c’est-à-dire étalon se-
c) pyranomètres de seconde classe.
condaire, pyranomètre de première classe et
pyranomètre de seconde classe. Les valeurs limites don-
Cette classification ne comprend pas d’étalon
NOTE 6
nées au tableau 1 sont dans certains cas plus sévères que
primaire, étant donné que la détermination la plus précise
celles du tableau correspondant de I’OMM, compte tenu
de l’éclairement énergétique global est théoriquement la
des exigences applicables aux essais dans le domaine de
somme de l’éclairement énergétique direct mesuré par
l’énergie solaire et des améliorations récentes survenues
un pyrhéliomètre absolu et de l’éclairement énergétique
dans les techniques de mesure.
solaire diffus mesuré par un pyranomètre étalon secon-
daire pourvu d’un disque-écran.
8 Le ((pyranomètre de première classe destiné aux es-
sais dans le domaine de l’énergie solaire)) est défini en
4.3.1 Valeurs limites des caractéristiques d’un
4.3.2.
pyranomètre
9 Une norme internationale traitant des méthodes d’es-
sai des caractéristiques des pyranomètres est en prépa-
les caractéristiques de
On peut répartir
ration.
pyranomètres dans les grou es suivants:
P
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
Tableau 1 - Liste de caractéristiques du pyranomètre
1
Caté! lrie du pyrano rètre
NO de
Caractéristique
Étalon Première Seconde
référence
secondaire
classe classe
Temps de réponse:
< 15s
< 30 s < 60 s
95 % du signal
Décalage du zéro:
a) réponse à un rayonnement thermique net de 200 W-m--*
+ 7 W-m--* + 15 W-m--* -t 30 W-m-2
(avec ventilation)
b) réponse à un changement de 5K*h--1 de la température
+ 2 W-m--* + 4 W-m -2 + 8 W-m-2
- - -
ambiante
Stabilité:
3a + 0,8 Oh + 1,5 Oh + 3 Oh
- - -
variation en pourcentage de la sensibilité par an
--
Non-linéarité:
écart en pourcentage de la sensibilité à 500 W-m--* dû à une
3b
+ 0,5 % + 1 O/o + 3 %
- - -
différence d’éclairement énergétique entre 100 W-m--* et
1000 W-m-2
Réponse en direction (pour rayonnement direct):
étendue des erreurs de mesurage faites en mesurant dans
une direction quelconque un rayonnement dont l’éclairement
3c + 10 W*m--2 + 20 Wsm-2 + 30 W-m---2
- - -
énergétique sous incidence normale est égal à 1 000 W-m.-2
et en supposant que la réponse de l’appareil pour cette di-
rection est égale à sa réponse pour une incidence normale
--
Sélectivité spectrale:
pourcentage d’écart du produit du coefficient d’absorption
36 + 3 % + 5 Oh + 10 %
- - -
spectrale par le facteur de transmission spectrale par rap-
port à la moyenne correspondante entre 0,35 klrn et 1,5 Ilrn
--
Réponse en température:
3e 2 Oh 4 % 8 Oh
pourcentage d’écart dû à un changement de température
ambiante dans un intervalle de 50 K
Réponse en inclinaison:
pourcentage d’ecart par rapport à la sensibilité à 0” d’incli-
3f
+ 0,5 % + 2 Oh + 5 Oh
- - -
naison dû à un changement d’inclinaison compris entre O0
et 90° pour un éclairement énergétique de 1000 W-m-2
Un pyranomètre appartient à une catégorie donnée La classification comme pyranomètre de première
si les huit caractéristiques (tableau 1) de la catégo- ou de seconde classe peut être obtenue soit pour
rie respective sont observées et si la classification un instrument individuel soit pour un type de
est conforme aux critères donnés en 4.3.2 et 4.3.3. pyranomètre (appareils de conception identique) qui
posséderait les caractéristiques requises. Un type
de pyranomètre peut prétendre appartenir à une
4.32 Critères de classification
catégorie donnée, si des mesures
...
60
NORME
9060
INTERNATIONALE
Première édition
1990-l l-01
Énergie solaire - Spécification et classification
des instruments de mesurage du rayonnement
solaire hémisphérique et direct
Solar energy - Specifka tion and classification of instruments for
measuring hemispherical solar and direct solar radiation
.- v--- ----
Numéro de référence
60 9060: 1990(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
60 9060:1990(F)
Sommaire
Page
1
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2 Référence normative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
. . . . . . . . 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Définitions
4 Instruments de mesurage du rayonnement solaire hémisphérique
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- Pyranomètres
-
5 Instruments de mesurage du rayonnement solaire direct -
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pyrhéliomètres
7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Remarques finales
Annexes
A Commentaires sur les caractéristiques données au tableau 1 . 8
8
.-.,.,.
A.1 Temps de réponse
8
. . . . . . . . . . . . . . .I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.2 Décalage du zéro
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.3 Stabilité
. . . . . . . 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.4 Non-linéarité
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
A.5 Réponse en direction (pour rayonnement direct)
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.6 Sélectivité spectrale
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.7 Réponse en température
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.8 Réponse en inclinaison
B Extrait du Guide to Meteorological Instruments and Methods of
Observation, sous-paragraphe 9.3.1.1 (pyrhéliomètres étalons
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~.
primaires)
II
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
C Bibliographie
0 ISO 1990
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être repro-
duite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou
mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation Internationale de normalisation
Case Postale 56 + CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres
de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre inté-
resse par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé
à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux tra-
vaux. L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotech-
nique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techni-
ques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins
des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9060 a été élaborée par le comité techni-
que ISO/TC 180, Énergie solaire.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont don-
nées uniquement à titre d’information.
. . .
Ill
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
Introduction
La présente Norme internationale fait partie d’une série de normes qui
prescrit les méthodes et les instruments liés au mesurage du rayon-
nement solaire, dans l’esprit d’une utilisation pratique de cette énergie.
Des mesures précises du rayonnement solaire sont utilisées en météo-
rologie et s’imposent pour la conception et la fabrication d’appareils
fonctionnant à l’énergie solaire, qu’il s’agisse d’en tester les perfor-
mances, de simuler le rayonnement solaire ou d’évaluer l’enso-
leillement.
Le mesurage du rayonnement s’impose pour déterminer le rendement
de conversion des appareils solaires. La spécification et la classification
de ces instruments sont nécessaires afin de permettre la comparaison
des données de rayonnement solaire à l’échelle mondiale.
La spécifïcation et la classification des radiomètres prescrits dans la
présente Norme internationale se fondent sur une terminologie et une
méthodologie semblables à celles qu’applique l’Organisation météoro-
logique mondiale (OMM). Cependant, spécification et classification dif-
fèrent de celles données dans les documents de I’OMM, afin de
répondre aux exigences particulières propres à l’utilisation de l’énergie
solaire et aux appareils correspondants.
La présente Norme internatio nale in dique en particulier la réglemen-
tation nécessaire à a mise en œuvre de la classification.
iv
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 9060:1990(F)
Énergie solaire - Spécification et classification des
instruments de mesurage du rayonnement solaire
hémisphérique et direct
hémisphérique se compose du rayonnement solaire direct
1 Domaine d’application
et du rayonnement solaire diffus (dispersé dans I’atmos-
phèra) ainsi que du rayonnement solaire réfléchi par le
La présente Norme internationale établit la classi-
sol.
fication et la spécikation des instruments de me-
surage du rayonnement solaire hémisphérique et
3.2 rayonnement (solaire) global: Rayonnement
direct, cumulés dans le domaine spectral compris
solaire hémisphérique recu par une surface plane
entre 0,3 pm et 3 pm.
horizontale.
Les instruments de mesurage du rayonnement so-
laire hémisphérique et direct sont classés d’après 3.3 rayonnement solaire direct: Rayonnement so-
les résultats obtenus dans des essais effectués en laire recu par une surface donnée depuis un petit
angle s&ide centré sur le disque solaire.
intérieur et en extérieur. Les étalons primaires, qui
sont des instruments de mesurage du rayonnement
NOTE 2 On mesure en général le rayonnement solaire
solaire direct, sont classés selon leur conception et
direct à l’aide d’instruments d’angle d’ouverture maximal
la spécifïcation de la reproductibilité de mesurage
de 15”. Une part du rayonnement diffusé autour du disque
en extérieur vérifiée par des intercomparaisons
solaire (rayonnement circumsolaire) est également in-
pyrhéliométriques périodiques.
cluse (see 5.1).
Plus de 99 % du rayonnement solaire hémisphérique at-
2 Référence normative
teignant la surface terrestre sont compris dans le do-
maine de longueur d’onde situé entre 0,3 ltrn et 3 trm.
La norme suivante contient des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des
3.4 pyranomètres: Radiomètres concus pour me-
dispositions valables pour la présente Norme inter-
surer l’éclairement énergétique recu par la surface
nationale. Au moment de la publication, l’édition in-
plane d’un récepteur et qui résulte des flux de
diquée était en vigueur.
rayonnement incident provenant de l’hémisphère,
dans le domaine de longueur d’onde compris entre
Organisation météorologique mondiale, Guide to
0,3 pm et 3 pm.
Meteorological instruments and Methods of Obser-
vation, no 8, Sème édition, OMM, Genève, 1983.
NOTE 3 Le domaine spectral indiqué n’est que nominal.
Selon les matériaux utilisés pour les coupelles qui protè-
gent la surface réceptrice du pyranomètre (voir 4.1) les
3 Définitions
limites spectrales de sensibilité sont approximativement
celles mentionnées ci-dessus.
Pour les besoins de la présente Norme internatio-
nale, les définitions suivantes s’appliquent: Les radiomètres d’une conception semblable à celle des
pyranomètres, mais dotés de capteurs photoélectriques
dont la sensibilité spectrale n’est pas aussi uniforme dans
3.1 rayonnement solaire hémisphérique: Rayon-
le domaine spectral que l’exige le tableau 1 (no de réfé-
nement solaire recu par une surface plane depuis
rence 3d) sont souvent appelés en fonction du capteur,
un angle solide de 2n sr.
exemple <(pyranomètre au
silicium)>
Par
(OU
pyranomètre-Si).
NOTE 1 Plus de 99 O/a du rayonnement solaire hémis-
phérique atteignant la surface terrestre sont compris dans
3.5 pyrhéliomètres: Radiomètres concus pour me-
le domaine de longueur d’onde situé entre 0,3 prn et
3 llrn. D’un point de vue général, le rayonnement solaire
surer l’éclairement énergétique résult&t du flux de
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9060:1990(F)
rayonnement solaire recu depuis un angle solide perte de chaleur sous diverses formes au niveau
bien défini dont l’axe est perpendiculaire à la sur- des puits thermiques (par exemple le bâti du
face plane du récepteur. pyranomètre et l’air ambiant).
Le capteur thermique d’un pyranomètre est protégé
Selon cette définition, les pyrhéliomètres sont
NOTE 4
utilisés pour mesurer le rayonnement solaire direct à in- du vent, de la pluie et de la poussière ainsi que de
cidence normale. L’angle d’ouverture caractéristique d’un
l’échange de rayonnement thermique par une ou
pyrhéliomètre est compris entre 5” et 10”. Contrairement
deux coupelles de verre dont le facteur spectral de
aux instruments sans fenêtre, la sensibilité spectrale des
transmission limite le domaine spectral de sensi-
pyrhéliomètres de terrain est limitée approximativement
bilité entre 0,3 prn et 3 prn environ.
au domaine compris entre 0,3 C[m et 3 ILrn, selon le facteur
de transmission spectrale de la fenêtre protégeant la
Les élém ents principaux d’un pyranomètre sont les
surface du récepteur. Toutefois, les instruments sans fe-
suiv ‘ants:
nêtre fonctionnent avec une perte d’énergie inférieure à
1 % (voir note 2 en 3.3).
le capteur ‘th ermique dont la su rface récept
rice
a)
est peinte en noir ou en ba ndes blanc hes et noi-
3.6 référence radiométrique mondiale (RRM): Éta-
res,
lon de mesure représentant les unités SI d’éclai-
rement énergétique avec une incertitude inférieure
b) la(les) coupelle de verre (une ou deux) qui
à rf: 0,3 Oh (voir le Guide to Meteorological Instru-
recouvre(nt) la surface réceptrice de facon
ments and Methods of Observation, 1983, sous-
concentrique, et
paragraphe 9.1.3). Cette référence fut adoptée par
l’Organisation météorologique mondiale (OMM) et
c) le bâti qui est sou vent protégé par un pare-soleil
est en vigueur depuis le Ier juillet 1980.
et qui sert de réfé rente thermique.
Afin de garantir sa stabilité à long terme, la RRM est
matérialisée par un groupe d’au moins quatre
4.2 Types
pyrhéliomètres absolus (voir 5.2.1) de conception
différente (base étalon mondial) entretenus par le
Le pyranomètre 4hermoélectriquep, est le type le
Centre mondial du rayonnement de Davos.
plus courant. II est doté d’une thermopile (appelée
parfois thermobatterie) mesurant la différence de
3.7 facteur de trouble de Linke: Mesure relative de
température entre une surface réceptrice noircie
l’atténuation du rayonnement solaire direct par l’at-
(jonctions actives) et le bâti (jonctions passives). La
mosphère totale. Ce facteur se rapporte uniquement
position et le nombre des jonctions actives et pas-
à l’atténuation par diffusion moléculaire.
sives diffèrent tout à fait d’un pyranomètre à l’autre.
Ces capteurs sont généralement protégés par deux
Le facteur de trouble de Linke peut être interprété
coupelles de verre concentriques, afin d’atténuer
comme un multiplicateur supposé de la longueur de
fortement la tension électrique générée par le
parcours à travers une atmosphère moléculaire
rayonnement thermique parasite.
propre et non absorbante, afin d’ajuster I’atté-
nuation de faisceau mesurée. Voir [2] pour le
Les pyranomètres ((noirs et blancs,, sont d’une
traitement mathématique.
conception particulière. Leurs jonctions passives
sont reliées thermiquement aux segments blancs,
qui sont répartis régulièrement à la surface d’un
4 Instruments de mesurage du
récepteur relativement important. En général, une
rayonnement solaire hémisphérique -
seule coupelle est utilisée pour les instruments
Pyranomètres
noirs et blancs en supposant que le rayonnement
thermique est absorbé de manière identique par les
peintures noires et les peintures blanches.
4.1 Conception d’ensemble
On trouve aujourd’hui dans le commerce des
Les pyranomètres sont des radiomètres utilisés
pyranomètres qui s’auto-vérifient par simulation
pour mesurer le rayonnement solaire hémisphéri-
électrique de la puissance de rayonnement. Toute-
que (voir 3.1 et 3.4).
fois, des ccpyranomètres absolus,) à cavités (corres-
Les limites spectrales de mesure n’autorisent que pondant aux ((pyrhéliomètres absolus,,, voir 5.2.1)
l’utilisation de capteurs thermiques dotés de surfa- ne sont pas encore commercialisés à l’heure ac-
tuelle.
ces absorbantes, pour obtenir la sensibilité spec-
trale uniforme que requièrent les pyranomètres (voir
Les radiomètres caractérisés par un angle d’ouver-
tableau 1, no de référence 3d).
ture de 27~ et utilisant des récepteurs photoélectri-
Les capteurs thermiques transforment l’énergie du ques (cellules photovoltaïques au silicium) sont
rayonnement en énergie thermique entraînant une disponibles sous l’appellation de
augmentation de la température de la surface ré- ((pyranomètres-Si>,. Ces instruments ne répondent
ceptrice. Cet accroissement est compensé par une pas à l’heure actuelle aux exigences d’uniformité
2
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ISO 9060:1990(F)
a) le temps de réponse (mesure du temps d’éta-
de la sensibilité spectrale requises par la classi-
blissement de l’indication finale qui est fonction
fication (voir tableau 1).
de l’inertie thermique de la période de stabili-
On peut employer des pyranomètres d’une concep-
sation);
tion différente de celle décrite ci-dessus, dès lors
qu’ils satisfont aux exigences particulières en ma-
b) le décalage du zéro (mesure de la stabilité du
tière d’utilisation de l’énergie solaire. Des descrip-
point zéro spécifié par rapport à l’effet du
détaillées des différents types de
tions
rayonnement thermique et aux changements de
pyranomètres figurent en [l], [2] et [3].
température);
c) la dépendance de la sensibilité résultant:
4.3 Classification
1) des effets du vieillissement (mesure de la
La classification des pyranomètres repose exclu-
sivement sur les caractéristiques de mesure des stabilité à long terme),
instruments telles qu’elles se dégagent de la
conception de l’appareil et de la qualité de sa fabri- 2) du niveau d’éclairement énergétique (mesure
cation. de la non- linéarité),
L’exactitude des mesures du rayonnement so-
NOTE 5
3) de l’orientation du flux incident (mesure de
laire réalisées à l’aide d’un pyranomètre dépend non
l’écart de sensibilité idéal par rapport à la
seulement de la catégorie de l’instrument mais encore:
(> et mesure de la sensibilité
en fonction de l’azimut de la source rayon-
a) de la méthode d’étalonnage,
nante),
b) des conditions de mesurage et de l’entretien, et
4) de la distribution spectrale de l’éclairement
énergétique (mesure de la sélectivité spec-
c) des conditions d’environnement.
trale de la sensibilité),
L’incertitude globale de mesurage ne peut par conséquent
être énoncée que sur une base unique tenant compte de
5) de la température du bâti du pyranomètre, et
tous les facteurs d’influente et de la catégorie de I’ins-
trument.
de l’angle d’inclinaison de la surface récep-
6)
trice.
Le plan de classification repose sur diverses spéci-
fications, comme donné au tableau 1 et sur diffé-
Une exigence est satisfaite dès lors que le résultat
rents critères de classification, comme indiqué en
moyen de l’essai applicable ne dépasse pas la va-
4.3.2.
leur limite correspondante donnée au tableau 1,
compte tenu de la catégorie de l’instrument.
de pyranomètres sont ainsi défi-
Trois catégories
nies, à savoir:
Les caractéristiques données au tableau 1 doivent
être vérifiées par des essais. L’annexe A contient
a) pyranomètres étalons secondaires;
des informations supplémentaires concernant les
différents points de la caractéristique.
b) pyranomètres de première classe (englobant le
groupe particulier des pyranomètres de pre-
NOTES
mière classe destinés aux appareils d’essai en
7 Le tableau 1 a été concu d’après la classification cor-
énergie solaire);
respondante, établie par ‘I’OMM, qui définit également
trois catégories de pyranomètres, c’est-à-dire étalon se-
c) pyranomètres de seconde classe.
condaire, pyranomètre de première classe et
pyranomètre de seconde classe. Les valeurs limites don-
Cette classification ne comprend pas d’étalon
NOTE 6
nées au tableau 1 sont dans certains cas plus sévères que
primaire, étant donné que la détermination la plus précise
celles du tableau correspondant de I’OMM, compte tenu
de l’éclairement énergétique global est théoriquement la
des exigences applicables aux essais dans le domaine de
somme de l’éclairement énergétique direct mesuré par
l’énergie solaire et des améliorations récentes survenues
un pyrhéliomètre absolu et de l’éclairement énergétique
dans les techniques de mesure.
solaire diffus mesuré par un pyranomètre étalon secon-
daire pourvu d’un disque-écran.
8 Le ((pyranomètre de première classe destiné aux es-
sais dans le domaine de l’énergie solaire)) est défini en
4.3.1 Valeurs limites des caractéristiques d’un
4.3.2.
pyranomètre
9 Une norme internationale traitant des méthodes d’es-
sai des caractéristiques des pyranomètres est en prépa-
les caractéristiques de
On peut répartir
ration.
pyranomètres dans les grou es suivants:
P
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ISO 9060:1990(F)
Tableau 1 - Liste de caractéristiques du pyranomètre
1
Caté! lrie du pyrano rètre
NO de
Caractéristique
Étalon Première Seconde
référence
secondaire
classe classe
Temps de réponse:
< 15s
< 30 s < 60 s
95 % du signal
Décalage du zéro:
a) réponse à un rayonnement thermique net de 200 W-m--*
+ 7 W-m--* + 15 W-m--* -t 30 W-m-2
(avec ventilation)
b) réponse à un changement de 5K*h--1 de la température
+ 2 W-m--* + 4 W-m -2 + 8 W-m-2
- - -
ambiante
Stabilité:
3a + 0,8 Oh + 1,5 Oh + 3 Oh
- - -
variation en pourcentage de la sensibilité par an
--
Non-linéarité:
écart en pourcentage de la sensibilité à 500 W-m--* dû à une
3b
+ 0,5 % + 1 O/o + 3 %
- - -
différence d’éclairement énergétique entre 100 W-m--* et
1000 W-m-2
Réponse en direction (pour rayonnement direct):
étendue des erreurs de mesurage faites en mesurant dans
une direction quelconque un rayonnement dont l’éclairement
3c + 10 W*m--2 + 20 Wsm-2 + 30 W-m---2
- - -
énergétique sous incidence normale est égal à 1 000 W-m.-2
et en supposant que la réponse de l’appareil pour cette di-
rection est égale à sa réponse pour une incidence normale
--
Sélectivité spectrale:
pourcentage d’écart du produit du coefficient d’absorption
36 + 3 % + 5 Oh + 10 %
- - -
spectrale par le facteur de transmission spectrale par rap-
port à la moyenne correspondante entre 0,35 klrn et 1,5 Ilrn
--
Réponse en température:
3e 2 Oh 4 % 8 Oh
pourcentage d’écart dû à un changement de température
ambiante dans un intervalle de 50 K
Réponse en inclinaison:
pourcentage d’ecart par rapport à la sensibilité à 0” d’incli-
3f
+ 0,5 % + 2 Oh + 5 Oh
- - -
naison dû à un changement d’inclinaison compris entre O0
et 90° pour un éclairement énergétique de 1000 W-m-2
Un pyranomètre appartient à une catégorie donnée La classification comme pyranomètre de première
si les huit caractéristiques (tableau 1) de la catégo- ou de seconde classe peut être obtenue soit pour
rie respective sont observées et si la classification un instrument individuel soit pour un type de
est conforme aux critères donnés en 4.3.2 et 4.3.3. pyranomètre (appareils de conception identique) qui
posséderait les caractéristiques requises. Un type
de pyranomètre peut prétendre appartenir à une
4.32 Critères de classification
catégorie donnée, si des mesures
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.