Измеряем солнечное тепло

| greenTEG AG

В отличие от измерения температуры (процедуры обыденной и всем хорошо известной), измерение теплового потока применяется не часто. Более того, далеко не все понимают его физическую суть, полагая, что это просто ещё один способ измерения температуры. На самом деле, измеряя поток тепла, можно не просто узнать состояние системы, а предугадать, каким оно станет в ближайшем будущем.

Поток тепла – это энергия, проходящая через единицу площади. Единица его измерения, как нетрудно догадаться, ватт на квадратный метр (Вт/м2). Зная поток тепла, мы можем оценить излучаемую системой энергию, причём она может не иметь прямого отношения к температуре. Например, оценивать потребление калорий организмом спортсмена на отдыхе и во время тренировок с помощью термометра бессмысленно, так как организм регулирует температуру. Но это можно сделать, измеряя излучаемое телом тепло, и выяснить, что при нагрузках исходящая тепловая энергия тела человека в 10 раз больше, чем в покое!

Мы можем без труда измерить температуру радиатора источника питания. Но как оценить потери тепла через окна и стену здания? Как померить "температуру" солнечных лучей? В этих случаях нужный ответ мы можем получить, измеряя не температуру, которую измерять попросту негде, а поток тепловой энергии, приходящий от солнца или исходящий от здания. Зная эту величину, можно вычислить, какой будет температура поверхности, которая поглощает или отражает эту энергию. В этом заключается важное преимущество измерения потока тепла – мы можем среагировать на причину ситуации, а не на её следствие (увеличение температуры).

Вернёмся к измерению энергии солнечных лучей. Мы привели этот пример как наиболее простое и очевидное объяснение разницы между измерениями температуры и потока тепла. Но на самом деле эта задача довольно часто встаёт перед разработчиками и пользователями фотовольтаических систем. Ведь их эффективность зависит не только от положения солнца и наличия облаков, но и загрязнённости батарей и прочих факторов. Зная энергию солнечного излучения, можно оценить мощность, которую должны отдавать солнечные элементы, и принять меры, если реальная мощность не соответствует вычисленной. 

Измерение энергии солнечного излучения также может применяться в метеорологии. Солнце – главный инициатор процессов в атмосфере, исследуя которые, метеорологи рассчитывают вероятность погодных явлений и стихийных бедствий. А в "умных" домах и оранжереях измерители солнечной энергии позволят управлять климатическими системами, автоматическими жалюзи и ставнями.

Убедившись в полезности измерения теплового потока Солнца, самое время опробовать это на практике. Для этого можно использовать решение компании greenTEG – сенсор gSKIN (рис.1), созданный специально для быстрых измерений энергии солнечного света.

Сенсор gSKIN

Рис.1. Сенсор gSKIN

Прнцип действия сенсоров gSKIN основан на термоэлектрическом эффекте (его иногда называют эффектом Зеебека) – возникновении ЭДС в замкнутой цепи из разнородных проводников, контакты которых находятся при различных температурах. В качестве материала разнородных проводников применяется теллурид висмута с добавками p- и n-типа (рис. 2). Множество термостолбиков из теллурида висмута соединены в одну цепь и заключены в материал подложки сенсора (рис. 3). Напряжение, возникающее на выходе сенсора, прямо пропорционально проходящему через него теплу.

Чувствительный элемент сенсоров gSKIN

Рис.2. Чувствительный элемент сенсоров gSKIN

Устройство сенсора gSKIN

Рис.3. Устройство сенсора gSKIN

Сенсоры gSKIN способны измерять тепловой поток порядка 0,01 Вт/м2. Выходное напряжение сенсоров – порядка микровольт, поэтому для снятия с них показаний необходимо применять прецизионные АЦП и измерительные приборы. Из преимуществ сенсоров gSKIN нужно отметить линейность частотной характеристики, гомогенность поверхности и быстрое (около секунды) время отклика.

О компании

Компания greenTEG (Цюрих, Швейцария) разрабатывает и производит тепловые сенсоры и решения для получения энергии из природных источников. Компания была основана в 2009 году, а ее первые продукты были выпущены на рынок в 2011 году. Все изделия компании greenTEG изготавливаются на фабриках в Швейцарии.

Сравнение позиций

  • ()