Вимірюємо сонячне тепло
На відміну від вимірювання температури (процедури повсякденної та всім добре відомої), вимірювання теплового потоку застосовується не часто. Більше того, далеко не всі розуміють його фізичну суть, вважаючи, що це ще один спосіб вимірювання температури. Насправді, вимірюючи потік тепла, можна не просто дізнатися про стан системи, а передбачити, яким воно стане в найближчому майбутньому.
Потік тепла – це енергія через одиницю площі. Одиниця його виміру, як неважко здогадатися, ват на квадратний метр (Вт/м 2 ). Знаючи потік тепла, ми можемо оцінити енергію, що випромінюється системою, причому вона може не мати прямого відношення до температури. Наприклад, оцінювати споживання калорій організмом спортсмена на відпочинку та під час тренувань за допомогою термометра безглуздо, оскільки організм регулює температуру. Але це можна зробити, вимірюючи тепло, що випромінюється тілом, і з'ясувати, що при навантаженнях вихідна теплова енергія тіла людини в 10 разів більша, ніж у спокої!
Ми можемо легко виміряти температуру радіатора джерела живлення. Але як оцінити втрати тепла через вікна та стіну будівлі? Як поміряти «температуру» сонячних променів? У цих випадках потрібну відповідь ми можемо отримати, вимірюючи не температуру, яку вимірювати просто ніде, а потік теплової енергії, що надходить від сонця або вихід від будівлі. Знаючи цю величину, можна визначити, якою буде температура поверхні, яка поглинає або відбиває цю енергію. У цьому полягає важлива перевага вимірювання потоку тепла – ми можемо зреагувати на причину ситуації, а не на її наслідок (підвищення температури).
Повернімося до вимірювання енергії сонячних променів. Ми навели цей приклад як найбільш просте та очевидне пояснення різниціміж вимірюваннями температури та потоку тепла. Але насправді це завдання досить часто постає перед розробниками та користувачами фотовольтаїчних систем. Адже їхня ефективність залежить не тільки від положення сонця та наявності хмар, а й забрудненості батарей та інших факторів. Знаючи енергію сонячного випромінювання, можна оцінити потужність, яку мають віддавати сонячні елементи, та вжити заходів, якщо реальна потужність не відповідає обчисленій.
Вимірювання енергії сонячного випромінювання також може застосовуватись у метеорології. Сонце - головний ініціатор процесів в атмосфері, досліджуючи які, метеорологи розраховують ймовірність погодних явищ та стихійних лих. А в «розумних» будинках та оранжереях вимірювачі сонячної енергії дозволять керувати кліматичними системами, автоматичними жалюзі та віконницями.
Переконавшись у корисності вимірювання теплового потоку Сонця, саме час випробувати це практично. Для цього можна використовувати рішення компанії greenTEG – сенсор gSKIN (Рис. 1), створений спеціально для швидкого вимірювання енергії сонячного світла.
 |
| Мал. 1.Сенсор gSKIN. |
p align="justify"> Прнцип дії сенсорів gSKIN заснований на термоелектричному ефекті (його іноді називають ефектом Зеебека) - виникненні ЕРС в замкненому ланцюгу з різнорідних провідників, контакти яких знаходяться при різних температурах. Як матеріал різнорідних провідників застосовується телурид вісмуту з добавками p-і n-типу (Рис. 2). Багато термостовпчиків з телуриду вісмуту з'єднані в один ланцюг і укладені в матеріал підкладки сенсора (Рис. 3). Напруга, що виникає на виході сенсора, прямо пропорційно теплу, що проходить через нього.
 |  |
| Мал. 2.Чутливий елемент сенсорів gSKIN. | Мал. 3.Пристрій сенсора gSKIN. |
Сенсори gSKIN здатні вимірювати тепловий потік близько 0.01 Вт/м 2 . Вихідна напруга сенсорів – порядку мікровольт, тому для зняття з них показань необхідно застосовувати прецизійні АЦП та вимірювальні прилади. З переваг сенсорів gSKIN слід відзначити лінійність частотної характеристики, гомогенність поверхні та швидкий (близько секунди) час відгуку.