高精度测量必备要求：提升数据有效率，降低零位偏差
世界气象组织（WMO）、国际标准化组织（ISO）及美国材料与试验协会（ASTM）一贯建议，对日射强度计采用加热与通风结合的设计，以减少露水、霜冻带来的影响，并降低零位偏差。如今，依据 IEC 61724-1 标准，A 级光伏系统性能监测设备也对该配置提出了明确要求。Hukx 建议，所有追求优于 5% 测量精度的高精度测量场景，均应配备加热功能。同时也需注意传统外置通风方式的局限：通风并不能延长仪器清洁或检查周期，对积雪的清除效果也较为有限。
引言
在多数气候条件下，露水与霜冻的附着会给太阳辐射测量带来明显误差，尤其在清晨人工清洁完成之前更为显著。仅在日射强度计上加装电阻加热并不可取，这会使仪器热探测器产生较大的零位偏移。
Hukx 核心建议
Hukx 建议满足以下条件的应用场景，选用搭载内部循环通风加热系统的 SR30（图 1），或搭配 VU01 外置通风系统的 SR20 日射强度计（图 3）：
- 测量精度目标优于 5%（k=2）
- 常年有霜冻的极地气候环境
- 依据 IEC 61724-1 标准开展的大型光伏电站 A 级监测项目
不建议的使用方式
大气粉尘浓度较高的区域，不建议使用 VU01 外置通风加热系统（此类场景推荐选用 SR30）。
常规使用建议
- 仪器清洁周期不超过 7 天
- 日射强度计校准周期不超过 2 年
建议适用例外情况
选用 Hukx SR25 型号时，该产品配备蓝宝石罩，可在不搭配通风的情况下直接加热，仍能保持较低的零位偏差。
低温环境下的典型问题：日射强度计罩面结冰会降低数据有效率。下图前方为搭载内部循环通风系统的新一代日射强度计设计。
图 1 低温环境典型问题：罩面结冰降低数据有效率，前方为搭载循环通风系统的新型日射强度计
传统外置通风系统
传统方案采用外置通风系统（如图 3），将加热后的空气吹过日射强度计表面。
该类通风装置具备以下特点：
- 加热空气并吹拂仪器罩面，使其温度保持在露点以上
- 促进辐射计各部件热平衡，从而减小零位偏差
- 通常需加装额外加热装置，原生通风加热功率往往不足
- 大功率加热时易产生额外热零位偏差，仅在必要时建议使用大功率加热
- 热量会随通风气流流失，功耗较高，常规功耗约 10W
- 需定期维护通风机与空气滤网
- 不建议在沙尘暴等大气粉尘浓度高的区域使用，通风机转动部件易卡滞，且结构不便于清洁
- 无法延长日射强度计清洁周期（参考 ISO、WMO、BSRN 相关规范）
- 无法可靠避免雨雪在罩面附着
搭载内部循环通风加热系统的 SR30
SR30 采用内部循环通风加热方案，内部加热并循环的空气可使仪器罩面温度保持在露点以上，同时让仪器主体保持均匀温度。
内部循环通风系统具备以下特点：
- 内部加热空气并在仪器内循环流通，使罩面温度高于露点
- 保证日射强度计整体热均衡，减小零位偏差
- 无需额外加装加热装置
- 大功率加热状态下不会产生额外零位偏差
- 热量仅在仪器内部循环，功耗较低，常规工作功耗为 2W
- 通风机使用寿命超过 5 年，到期后需更换
- 无法延长仪器清洁与检查周期（参考 ISO、WMO、BSRN 相关规范）
- 无法可靠避免雨雪在罩面附着
维护与清洁
加热与通风系统多用于高精度测量需求场景，此类场景下仍需保持较高频次的仪器维护、罩面清洁与检查（留存目视合格记录）；水分蒸发后可能在仪器罩面留下水渍痕迹。外置通风装置底部通常设有可拆式防尘滤网，需定期清洁。
图 2 寒冷气候下，多种因素会降低数据有效率。本例选取荷兰一个晴天的雾凇天气，将 SR30 与两款传统日射强度计对比：一款无通风无加热，另一款为外置通风加热。在该晴天环境下，测量曲线应呈现 SR30 所示的类余弦形态，另外两款仪器因罩面水滴干扰出现数据偏离。无通风机型的偏差可通过数据质控过滤，而外置通风机型的偏差难以可靠剔除，会在无感知的情况下造成数据污染。数据采集于 2016 年 12 月 4 日，由荷兰皇家气象研究所（KNMI）提供。
通用行业规范：ISO TR9901 与 ASTM G 183-05
ISO/TR 9901《太阳能 野外日射强度计 使用推荐规范》提出，在高精度、高可靠性要求的场景下，建议使用带通风加热的设备。标准在 5.2.2.3 条款明确了其具体作用：
- 抑制罩面等部位露水、霜冻形成
- 快速蒸发外罩表面雨滴
- 使仪器温度接近环境空气温度
附录 A1 补充：“为保证较高可靠性，日射强度计通常持续通风”，更多不同通风系统的说明可参考附录 A2。
标准第 5.2.3 章规定了日射强度计维护计划，无论是否配备加热通风装置，均建议每日清洁。
ASTM G 183-05《日射强度计、太阳热量计及紫外辐射计野外使用标准规程》与 ISO TR9901 内容对应，在 5.3.2 条款中建议每日检查清洁仪器，每周检查通风机运行状态。
IEC 61724-1：光伏系统性能监测应用
A 级与 B 级光伏系统可选用光伏参考电池或日射强度计。依据标准表 5 要求，日射强度计与光伏参考电池均需配备加热装置，其作用为防止冷凝水或冰冻沉淀物附着，这也是多数气候环境下数据失准的主要原因。
标准规定，A 级系统在每年冷凝水 / 冰冻沉淀物影响测量超过 7 天的地区必须配备加热装置，B 级系统则为超过 14 天。其中仅 A 级系统要求日射强度计配备通风装置，光伏参考电池无零位偏差问题，无需通风。
同时 IEC 61724-1 表 5 对清洁频次也有要求：A 级系统至少每周清洁一次，B 级系统每两周清洁一次。
图 3 加热对提升数据有效率的影响：纵轴为数据不可靠时长占比。我们通过室外摄像头分析了屋顶环境的数据有效率，人工标记日射强度计被露水、霜冻覆盖的时段。秋季环境下，传统日射强度计（右侧棕色曲线）约 10% 的时段数据无效，因多发生在清晨，该时段对应总太阳辐射量约 3%；传统外置通风加热机型（蓝色曲线）表现更优，无效占比约 1%；搭载内部通风加热的 SR30（红色曲线）效果与外置通风机型相当。
WMO：气象监测网络应用规范
关于通风，世界气象组织在 7.3.3.5 条款中指出：“部分监测网络会通过风机持续为日射强度计外露罩面通风，减少寒冷天气附着物堆积，并在无风环境下为罩面降温。通风空气与环境空气温差不宜超过 1K。若罩面附着污染物或沙尘，应先吹除松散杂质或轻微润湿后再轻柔擦拭，避免划伤罩面。”
关于维护，7.3.3 条款要求：“日射强度计与记录仪应至少每日检查一次，条件允许时增加检查频次。”
BSRN：高精度散射辐射测量应用
基准地面辐射网（BSRN）是用于气候变化监测的高质量观测网络，其 2.1 版操作手册要求所有日射强度计配备通风装置。
BSRN 网络中日射强度计主要用于散射辐射测量，在 200W/m² 量级的散射信号下，7W/m² 左右的零位偏差影响显著，通风可将该偏差减小一半。
BSRN 网络中通风的核心作用是降低零位偏差，手册 4.2.2.1 条款推荐采用通风装置减少零位偏差、露水、霜冻与积雪影响，具体说明如下：
“总辐射测量推荐流程要求使用通风罩，通过减缓仪器主体因日照产生的温度波动，提升测量稳定性，并减小热零位偏差。在部分气候区，通风装置可减少罩面露水、霜冻、积雪现象，提升可有效数据量。
推荐使用通风罩的场景包括：
- 露水、霜冻、降雪频发地区
- 自然通风不足或波动较大地区
- 年度内存在明显辐射冷却的地区，通风罩可减小热零位偏差
- 年度内高湿度时段较长的地区，通风装置可降低进水风险，减少干燥剂更换频次”
BSRN 手册第 6 章规定了维护计划，要求每日清洁仪器、检查通风机，每年对通风机进行润滑或清洁。
