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1、气象用太阳模拟器校准规范编制说明一、任务来源经全国气象专用计量器具计量技术委员会向国家市场监督管理总局申报，国家市场监督管理总局于2022年7月印发2022年国家计量技术规范项目制定、修订计划，正式批准气象用太阳模拟器校准规范（以下简称本规范）立项编制。本规范由国家气象计量站、长春理工大学、福建省计量科学研究院和德雷射科（廊坊）科技有限公司等单位联合起草，由全国气象专用计量器具计量技术委员会归口管理。二、编制此规范的目的和意义太阳辐射是地球-大气系统的关键驱动能量，是地球生态气候形成和变迁的重要影响因素，是科学开发太阳能资源、助力实现碳达峰碳中和的重要举措，为此，准确测量太阳辐射已经成为气象观
2、测的重要工作。目前，气象行业测量的太阳辐射包括太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、反射辐射、长波辐射和净全辐射等，主要测量仪器包括总辐射表、直接辐射表、长波辐射表和净全辐射表等，气象用太阳模拟器是用于测试太阳总辐射表和直接辐射表灵敏度、方向响应、非线性、温度响应的重要仪器，校准气象用太阳模拟器计量性能，对于保证总辐射表和直接辐射表等气象辐射观测仪器的测量性能具有重要价值。为满足国内气象行业辐射测量仪器的计量需求，制定气象用太阳模拟器校准规范，旨在为检测气象用太阳模拟器辐照度不稳定度、辐照度不均匀度等计量特性提供科学、规范且适用的方法，使气象用太阳模拟器计量特性满足总辐射表和直接辐射表等气象辐射测量
3、仪器的测试需求，为检测总辐射表和直接辐射表等气象辐射测量仪器提供准确、可靠的测试仪器。目前，国内现行相关标准有GB/T337072017气象太阳模拟器，主要对气象太阳模拟器的组成、技术要求、试验方法、检验规则、标识、包装、运输和贮存做出规定。现行计量技术规范有JJF1615-2017太阳模拟器校准规范,它是参照国际标准IEC60904-9：2007光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求（Photovoltaicdevices一Part9:Solarsimulatorperformancerequirements)制定的，它主要适用于太阳光伏和其他行业用稳态太阳模拟器的性能校准，与气象用太阳模拟器
4、不匹配。同时，JJF1615-2017太阳模拟器校准规范使用的检测器件是光电型硅探测器或单晶硅太阳电池片，响应速度较快,波长介于400nm-1100nm之间，而气象太阳模拟器主要测试的是热电型辐射表，响应速度相对较慢，波长介于300nm2500nm之间这使得对太阳模拟器输出辐照度的不稳定度、不均匀度和光谱匹配度等测试结果有很大的差异。因此，为了更好地测试气象太阳模拟器的计量性能，确保其满足气象辐射测量仪器的测试需求，制定气象用太阳模拟器校准规范是十分有意义的。三、编制气象用太阳模拟器校准规范的依据本规范依据JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则编写，规范中的通用计量术语符合JJF10
5、0l2011通用计量术语及定义要求，附录中给出的校准不确定度评定示例依据JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示编制。气象用太阳模拟器的结构与原理依据GB/T33707-2017气象太阳模拟器编制。太阳辐射相关术语和计量单位依据GB/T31163-2017太阳能资源术语编制。太阳辐射标准光谱依据ISo9845-1:2022太阳能一地面不同接收条件下的标准太阳光谱辐照度一第1部分：大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度(SolarenergyReferencesolarspectralirradianceatthegroundatdifferentreceivingcon
6、ditions一Part1:Directnormalandhemisphericalsolarirradianceforairmass1,5)进行计算，气象用太阳模拟器的光谱匹配度校准主要以ISO98451:2022为参考，是否光谱匹配的技术指标是依据GB/T337072017气象太阳模拟器给出的。气象用太阳模拟器的辐照度不均匀度和辐照度不稳定度校准方法则是参考了GB/T337072017气象太阳模拟器、JJF16152017太阳模拟器校准规范和IEC60904-9:2020光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求(Photovoltaicdevices一Part9:Solarsimulatorp
7、erformancerequirements),检测标准器依据ISO90602018太阳能总辐射表和直接辐射表的规格和分类(ISO9060:2018SolarenergySpecificationandclassificationofinstrumentsformeasuringhemisphericalsolaranddirectsolarradiation)选择二等标准总辐射表。在上述技术文件的基础上,结合气象用太阳模拟器的特点，重新编制了测试流程和检测点等。四、任务分工本规范主要起草人包括：崇伟、丁蕾、刘石、张国玉、何翔、林慈君，其分工如下：姓名单位职称分工崇伟中国气象局气象探测中心高级
8、工程师负责规范总体编写，提出规范结构、主要内容，完成初稿、编制说明、征求意见稿的编写工作等，负责相关技术指标的试验和分析，协调工作组成员工作丁蕾高级工程师负责提出规范结构和.主要内容，开展相关技术指标的试验和分析刘石长春理工大学副教授张国玉研究员参与规范主要内容起草，对规范编写提供技术支持，修改初稿和征求意见稿负，参与规范起草过程中的讨论，对规范结构和内容提出意见何翔福建省计量科学研究院工程师林慧君德雷射科(廊坊)科技有限公司工程师五、主要编制过程编制的主要工作过程如下：(1)成立起草组、召开启动部署会、任务分工、制定工作计划2023年1-2月，召开了规范编制工作部署会，成立了编写组，明确了编
9、写组人员分工任务，确定了规范编制原则和总体思路，制定工作进度计划。(2)组织调研、研讨咨询、确定技术路线2023年3月-4月，完成规范编写的前期准备工作，研究学习国内外相关规范、标准、指南等文件，调查国内外气象用太阳模拟器技术现状，详细研讨目前气象用太阳模拟器技术参数，广泛征求各方意见,初步确定本规范具体技术参数、校准方法思路和内容。（3）技术参数的试验、分析和验证，编写征求意见稿2023年5月-6月，编写组根据前期调研的情况，针对气象用太阳模拟器技术特点和使用需求，结合长期以来对气象用太阳模拟器的测试和使用经验，开展了大量针对性的实验、研究和不确定度分析，拟针对光谱匹配度、辐照度不均匀度和辐
10、照度不稳定度三个参数对气象用太阳模拟器进行校准，完成了征求意见稿的编写。六、编制内容的说明（1）范围本文件适用于气象行业使用的太阳模拟器的性能校准。说明：本文件的校准对象是气象用太阳模拟器，其产品标准为GB/T33707-2017气象太阳模拟器。之所以强调是气象用太阳模拟器，是为了与光伏行业和航天领域的太阳模拟器相区别。气象太阳模拟器主要用于测试热电型的总辐射表、直接辐射表等气象仪器的方向响应、非线性、倾斜响应等参数，其光谱范围介于300nm-3000nm,其中250Onnr300Onnl的能量及其微弱，因此常常只界定到300nm-2500nm,光谱匹配满足AML5A级要求，同时，气象太阳模拟
11、器辐照度不均匀度和辐照度不稳定度指标也应该通过热电型检测仪器进行检测。而与之相对的光伏行业使用的太阳模拟器的光谱介于30OnmTlOonm或40OnmTlOOnIIb光谱匹配根据使用需求可以分为为AML5A级、B级或C级，用于检测其辐照度不均匀度和辐照度不稳定度的检测器也是光电型探测器，不适用于气象用太阳模拟器。（2）引用文件列出了本文件引用的技术文件。说明：JJF1615-2017太阳模拟器校准规范，参考相关技术指标以及测试方法。GB/T31163-2017太阳能资源术语，主要引用辐射相关术语。GB/T33707-2017气象太阳模拟器，主要引用辐射相关术语和气象太阳模拟器的结构原理，参考相
12、关技术指标以及测试方法。ISO9845-1:2022太阳能一地面不同接收条件下的标准太阳光谱辐照度一第1部分：大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度（Solarenergy一ReferencesolarspectralirradianceatthegroundatdifferentreceivingconditionsPart1:Directnormalandhemisphericalsolarirradianceforairmass1,5）,引用计算标准太阳光谱。IEC60904-9:2020光伏器件第9部分：太阳模拟器性能要求（PhotovoltaicdevicesPart9
13、:Solarsimulatorperformancerequirements）,参考光伏行业太阳模拟器相关指标和测试方法。（3）术语和计量单位给出了气象用太阳模拟器校准相关术语和计量单位，引自相关标准。（4）概述参考GB/T33707-2017气象太阳模拟器，介绍了气象用太阳模拟器的组成结构和功能原理，给出了结构示意图。（5）计量特性1）辐照度范围：200Wm2-1100WZm202）光谱匹配度：波长300nm-2500nm范围内不同波段的光谱辐照度分布与AMI.5标准光谱辐照度分布对比，误差范围在0.8,1.2。3）辐照度不均匀度：1%（60mm）;W2%（4）60mm（不含）160mm（含
14、）。4）辐照度不稳定度：l%h0说明：上述技术指标主要引自GB/T33707-2017气象太阳模拟器，其中，本文件补充了66Omm（不含）6160mm（含）之间的辐照度不均匀度指标，即辐照度不均匀度：W2%（660mm（不含）6160mm（含），这是根据气象太阳模拟器设计说明提出的，主要是为了确保气象用太阳模拟器满足测试总辐射表非线性提出的。（6）校准条件1）环境条件a）温度：校准过程中温度变化范围为20C10C；b）相对湿度：30%RH70%RH;c）电源电压：交流电源220V22Vd）其他条件：无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动，光学暗室条件。说明：a）温度：根据气象太阳模拟器工作原理
15、，然灯在工作过程中会大量产生热量，如果不加以控温，实验室内部的温度将上升严重，这一方面高温会影响氤灯及气象太阳模拟器相关组件的使用寿命，另一方面考虑到被测总辐射表温度响应通常介于1%1.5%（20C+50C）、直接辐射表温度响应通常介于2%土10%（50K范围内相对于室温）、配套的数字多用表的温度系数通常介于土（2ppmreading+6ppmrange）,不实施温控将对测试结果造成不利影响。为此，建议控温条件为校准过程中温度变化范围为20C10C。b）湿度：一方面，考虑到冬季干燥产生静电对测试过程的影响，建议校准环境湿度下限应不低于30%。另一方面，气象太阳模拟器工作产生大量热量，在其关机后，如果空气湿度过大，环境温控降温将导致冷凝水的产生，这对实验室设备将产生重大损坏，因此建议校准环境湿度上限应不大于70%。综合来看，建议实验室环境的相对湿度：30%RH-70%RHoc）电源电压：气象太阳模拟器根据输出功率不同，供电电压包括380V和220V两种，考虑到辐照度不稳定度与供电电压直接相关，建议在市电基础上，增加精密电压控制，保证电压控制在（1%1）、380丫或（1%1）220V0d）其他条件：气象用太阳模拟器包括光源部分和多维工作转台两部分，这两部分需要严格准直，保证光
