일사량의 정의와 측정방법에 대해서

일사량의 정의와 측정방법에 대해서

일사량의 정의에는 여러 가지 종류가 있습니다.

전천일사량이란 지표에 모든 방향에서 오는 일사를 모두 포함한 일사량입니다.

일사는 태양의 방향에서만 온다고 생각하기 쉽지만, 지구에서는 대기에 의해서 태양광이 산란되기 때문에, 태양광은 여러가지 방향으로부터 지표에 쏟아지고 있습니다.

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대기에 먼지 등 산란을 일으키는 입자가 많은 도시 지역에서는, 하늘의 색이 희게 보이지만, 이것은 산란된 빛이 태양의 방향 이외로부터 오고 있기 때문입니다.

고산 등 공기가 깨끗한 곳에서 하늘의 파란색은 어두운 느낌으로 보입니다.

대기로 인한 산란이 적기 때문입니다.

대기가 없는 달의 표면에서는 하늘은 낮에도 어둡고, 태양만이 빛나고 있는 것이 됩니다.

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태양의 방향에서 직접 오는 일사량을 직달일사량이라고 하고, 그 이외의 방향에서 오는 일사량을 산란일사량이라고 합니다.

직달 일사량과 산란 일사량을 더한 것이 전천일 사량입니다.

이 밖에 지표면과 지표면에 있는 다양한 물체가 반사되는 반사 일사량이라는 것도 있습니다.

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일사량의 측정 방법에 대해서는 ‘2. 태양 상수’ 부분에서도 조금 언급했지만 좀 더 자세히 설명해 두겠습니다.

위의 그림의 일사량의 단위는 MJ/m2·day가 되고 있습니다만, 일사량은 단위면적 당 입사하는 태양광의 에너지입니다.

즉 측정은 빛의 에너지(강도)를 측정하면 됩니다.

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이 측정을 할 수 있는 것은 바로 태양전지입니다.

반도체의 pn접합에 빛이 입사하면 그 에너지가 전기에너지로 바뀌므로 이것을 전압계 등으로 측정하면 됩니다.

실제로 이런 반도체 광검출기를 사용한 일사계도 개발되고 있습니다.

작은 칩 하나로 측정을 할 수 있기 때문에 휴대하기 편리한 소형 기기가 된다는 점은 좋지만, 이 반도체식은 파장의존성이 있다는 단점이 있습니다.

태양광은 4에서 설명한 것과 같이, 넓은 스펙트럼 분포를 가지고 있습니다.

일사량은 특정 파장의 빛이 아니라, 이 전체의 파장 범위를 포함하여 측정하고 싶기 때문에 파장의존성이 적은 측정 방법이 유리합니다.

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그래서 널리 이용되고 있는 것이 열 측정을 이용하는 방법입니다.

빛을 반사하지 않는 검은 물체(이상적인 것을 흑체라고 합니다)에 쏘이면 빛의 에너지는 그 물체에 흡수되어 열로 바뀝니다.

이 열로 바뀌는 에너지는 대부분 빛의 파장에 의하지 않기 때문에 일사량의 측정에 적합합니다.

열 에너지의 증가는 온도 상승으로 나타나기 때문에 온도를 측정하면 요구됩니다.

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온도 측정도 다양한 방법으로 이루어집니다만, 정확한 측정에는 열전쌍이 사용됩니다.

열전대는 다른 금속을 접촉시키면 전압이 발생하는 zebec 효과라는 현상을 이용하고 있습니다.

종류가 다른 금속 와이어의 끝을 용접하는 등 연결접점을 만들고, 그 반대쪽에 전압계를 연결하여 접점부분을 가열하면 전압계에 전위차가 발생함을 나타냅니다.

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정확한 측정을 위해서는 그림 7-1과 같이 2개의 와이어 양끝을 연결하여 2개의 접점을 만듭니다.

그리고 한쪽 접점을 일정 온도로 유지합니다.이 일정 온도로서 보통 0℃가 사용됩니다.

접점을 얼음물에 담그기만 하면 실현되기 때문에 매우 간단하기 때문입니다.

중간에 전압계를 넣고 전압을 재면 다른 쪽 접점의 온도에 따라 전압이 바뀝니다.

전압계를 연결하면 이 부분에 다른 금속이 끼여 버릴지도 모릅니다만, 그 부분에 온도차가 없으면 그 영향은 취소되므로 문제 없습니다.

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열전쌍에 사용하는 금속 조합은 기전력이 크고 게다가 온도와 전압의 관계가 가능한 한 직선적인 것이 선택됩니다.많이 쓰이는 것은 구리와 콘스탄탄의 조합입니다.콘스탄탄은 구리와 니켈의 합금입니다.

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현재 자주 사용되고 있는 온도측정기에서는 접점 하나의 열전쌍을 연결하기만 하면 온도를 환산하여 표시해주기 때문에 얼음물에 담그는 번거로움도 없어집니다.

전천일사계는 그림 7-2와 같은 유리 돔 안에 검은색 판을 수평으로 놓고 모든 방향에서 입사하는 빛을 받아 이에 따른 온도 상승을 측정합니다.

실제로는 정확한 측정을 하기 위해서 열전쌍을 다수 이은 열전퇴라고 하는 것을 사용해 접점의 배치 등에도 고안이 되어 있습니다.

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직달 일사계의 경우 온도 측정 부분은 위의 경우와 동일하지만 태양으로부터의 직접 빛만을 포착하도록 그림 7-3과 같이 통 모양을 사용합니다.

자동적으로 태양의 방향을 추적하는 장치도 있어, 이것을 사용하면 장시간의 측정을 할 수 있습니다.

전천일사계로 이 직달광 부분만 막고 측정하면 산란일사량을 측정할 수 있습니다.

 

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