Измерване на слънчевата топлина

За разлика от измерването на температурата (рутинна и добре позната процедура), измерването на топлинния поток не се използва често. Освен това не всеки разбира неговата физическа същност, вярвайки, че това е просто друг начин за измерване на температурата. Всъщност чрез измерване на топлинния поток може не само да се установи състоянието на системата, но и да се предвиди какво ще стане в близко бъдеще.

Топлинният поток е енергията, преминаваща през единица площ. Неговата мерна единица, както може би се досещате, е ват на квадратен метър (W / m 2). Познавайки топлинния поток, можем да оценим енергията, излъчвана от системата, и тя може да не е пряко свързана с температурата. Например, оценката на калорийния прием на тялото на спортиста в покой и по време на тренировка с помощта на термометър е безсмислена, тъй като тялото регулира температурата. Но това може да стане чрез измерване на топлината, излъчвана от тялото, и да разберете, че при натоварване изходящата топлинна енергия на човешкото тяло е 10 пъти по-голяма, отколкото в покой!

Можем лесно да измерим температурата на радиатора на захранването. Но как да преценим топлинните загуби през прозорците и стената на сградата? Как да измерим "температурата" на слънчевите лъчи? В тези случаи можем да получим отговора, от който се нуждаем, като измерим не температурата, която просто няма къде да измерим, а потока топлинна енергия, идваща от слънцето или идваща от сградата. Познавайки тази стойност, е възможно да се изчисли каква ще бъде температурата на повърхността, която абсорбира или отразява тази енергия. Това е важно предимство на измерването на топлинния поток - можем да реагираме на причината за ситуацията, а не на следствието (повишаване на температурата).

Да се върнем към измерването на енергията на слънчевите лъчи. Включихме този пример като най-простото и очевидно обяснение на разликата.между измерванията на температурата и топлинния поток. Но всъщност тази задача е доста често изправена пред разработчиците и потребителите на фотоволтаични системи. В крайна сметка тяхната ефективност зависи не само от позицията на слънцето и наличието на облаци, но и от замърсяването на батериите и други фактори. Познавайки енергията на слънчевата радиация, е възможно да се оцени мощността, която слънчевите клетки трябва да дадат, и да се предприемат действия, ако реалната мощност не съвпада с изчислената.

Измерването на енергията на слънчевата радиация може да се приложи и в метеорологията. Слънцето е основният инициатор на процесите в атмосферата, изследвайки които метеоролозите изчисляват вероятността от метеорологични явления и природни бедствия. А в "умните" къщи и оранжерии измервателите на слънчева енергия ще ви позволят да контролирате климатичните системи, автоматичните щори и щори.

След като се убедихме в полезността на измерването на топлинния поток на Слънцето, време е да го изпробваме на практика. За да направите това, можете да използвате решението на greenTEG - сензорът gSKIN (фиг. 1), предназначен специално за бързи измервания на слънчева енергия.

Ориз. 1.gSKIN сензор.

Принципът на работа на сензорите gSKIN се основава на термоелектричния ефект (понякога наричан ефект на Seebeck) - възникването на ЕМП в затворена верига от различни проводници, контактите на които са при различни температури. Като материал за разнородни проводници се използва бисмутов телурид с p- и n-тип добавки (фиг. 2). Множество термоколони от бисмутов телурид са свързани в една верига и са затворени в материала на субстрата на сензора (фиг. 3). Напрежението, което се появява на изхода на сензора, е право пропорционално на топлината, преминаваща през него.


Ориз. 2.Сензорен елемент на gSKIN сензори.	Ориз. 3.gSKIN сензорно устройство.

Сензорите gSKIN са способни да измерват топлинен поток от порядъка на 0,01 W/m 2 . Изходното напрежение на сензорите е от порядъка на микроволта, следователно, за да се вземат показания от тях, е необходимо да се използват прецизни АЦП и измервателни уреди. Сред предимствата на сензорите gSKIN е необходимо да се отбележи линейността на честотната характеристика, хомогенността на повърхността и бързото (около секунда) време за реакция.