האם אי פעם תהיתם מדוע שעות 'אור השמש' כל כך חשובות למטאורולוגים או מדוע חוות סולאריות אוספות נתוני 'קרינה' כאילו זה זהב? התשובה היא גאדג'ט זעיר אך רב עוצמה: הפירנומטר. המכשיר הקטן והצנוע הזה, המוצב לעתים קרובות על גבי תחנות מזג אוויר ופאנלים סולאריים, היה שחקן מפתח בהבנתנו את האנרגיה הסולארית. פוסט זה יסביר מה פירנומטר עושה, כיצד הוא ממיר את אור השמש לנתונים ומדוע חשיבותו חשובה לכל דבר, החל מהפעלת ערים ועד לגידול יבולים. בואו נתחיל עם היסודות.
תחילה נפתור את המונח. הפירנומטר הוא מכשיר שמודד קרינה גלובלית , שהיא הכמות הכוללת של אור השמש הפוגע במשטח אופקית. זה כולל גם את השמש הישירה וגם את האור המפוזר. דמיינו את זה כ'מד אור שמש' שמודד כמה אנרגיה סולארית זמינה במיקום מסוים בזמן מסוים.
מדוע המדידה הזו חשובה? חבר את הנקודות.
חקלאות: גידולים דורשים אור שמש לפעילות פוטוסינתטית. חוקרים וחקלאים משתמשים בפירנומטרים למעקב אחר GHI יומי. הם יכולים לייעל את רמות האור בחממה, או לקבוע את זמן השתילה הטוב ביותר.
אנרגיה סולארית: פאנלים סולאריים ממירים את אור השמש לחשמל. מהנדסים לא יכולים לתכנן אחסון רשת, לחזות את התפוקה של חוות סולארית או להעריך את יעילות הפאנלים ללא נתוני GHI מדויקים.
חיזוי מזג האוויר אור השמש אחראי לאקלים של כדור הארץ. מטאורולוגים משתמשים בפירנומטרים כדי ליצור מודלים המנבאים תנודות טמפרטורה ודפוסי סערה.
מדדי פירנומטר , הדלק הבלתי נראה שמניע את מערכות הפלנטה שלנו. נתונים אלה משמשים תעשיות לקבלת החלטות.
החיישן הוא הליבה של א פירנומטר . זהו רכיב קטן אך מתוחכם הממיר אור שמש לאות חשמלי. בואו נסתכל על שתי טכנולוגיות החיישנים הפופולריות ביותר.
רוב הפירנומטרים מסתמכים על חיישן תרמופיל המסתמך על אפקט Seebeck . כאשר שתי מתכות מחוברות זו לזו, יווצר מתח אם הצמתים יהיו חמים יותר. כך זה עובד עם אור שמש:
החיישן מצויד בשני צמתים: צומת חם (מצופה בחומר הסופג אור, כמו פחמן שחור), וצומת קר (מוצל למדידת טמפרטורת הסביבה).
קרני השמש מחממות את הצומת. ההבדל בטמפרטורה בין הצמתים הקרים והחמים מייצר מתח פרופורציונלי לקרינת השמש.
מתח זה מוגבר, ולאחר מכן מומר לקריא (למשל וואט למ'ר W/m2).
תרמופילים הפכו פופולריים בשל העמידות, היענותם ויכולתם לעבוד בספקטרום רחב (200-4000 ננומטר), המאפשר להם ללכוד את רוב אנרגיית השמש.
פירנומטרים מסוימים משתמשים בפוטודיודות - התקנים מוליכים למחצה היוצרים זרם כאשר הם נחשפים לאור. פוטודיודות, בניגוד לתרמופילים, רגישות יותר לאורכי גל מסוימים (למשל אור נראה), אך הן פחות יעילות בתנאי תאורה חלשה. הם משמשים לעתים קרובות בשילוב עם מסננים המחקים את ספקטרום השמש. עם זאת, הם פחות מדויקים בשימוש בחוץ לפרקי זמן ארוכים.
לא כל הפירנומטרים מודדים GHI אותו הדבר. עד כמה הם מודדים GHI נקבעת על ידי שלושה פרמטרים:
רגישות: כמות המתח/הזרם המופק על ידי החיישן ליחידת אור שמש (למשל 10 uV/W/m2 שווה ערך ל-100 W/m2 של אור שמש המייצר 1 mV). רגישות גבוהה יותר מאפשרת זיהוי טוב יותר של שינויים קטנים.
זמן תגובה: המהירות שבה החיישן מגיב לשינויים באור השמש. למעקב אחר עננים חולפים או שינויים בזווית השמש, זמני תגובה מהירים חיוניים (=1 שנייה).
ספקטרום: טווח של אורכי גל שהחיישן יכול לזהות. פירנומטר המותאם ל-280-2800 ננומטר (המכסה את ה-UV עד לספקטרום אינפרא אדום) ילכד את כל ספקטרום השמש.
בואו נסתכל על איך פירנומטרים עובדים בפועל עכשיו כשאנחנו יודעים את פעולתם.
תחנות מזג אוויר ברחבי העולם מסתמכות על פירנומטרים עבור הדגמים שלהן. כדוגמה:
תחזיות: מטאורולוגים יכולים לעקוב אחר מגמות GHI כדי לחזות מתי בנק עננים יחסום את אור השמש, ומקרר את הקרקע. או כאשר אור שמש עז מחמם את האוויר ומתדלק סופות רעמים.
ניטור אקלים: נתונים מ-GHI לטווח ארוך עוזרים למדענים לחקור את החימום העולמי. ירידה ב-GHI יכולה להצביע על שינוי דפוסי מזג האוויר או מזהמי אוויר.
באזורים מרוחקים, פירנומטרים מבוססי קרקע יכולים אפילו לאמת נתוני לווין. לדוגמה, אם הלוויין מעריך 500 W/m2 עבור אור שמש באזור מדברי, פירנומטר על הקרקע יכול לאשר או לתקן הערכה זו.
פירנומטרים הם פריט חובה עבור חוות סולאריות ומתקני גגות. אופן השימוש בהם:
ניטור ביצועים: בחווה סולארית בקנה מידה שימושי, ניתן להשתמש בפירנומטרים מרובים כדי להשוות את ה-GHI (מדד החום הגלובלי) בפועל עם ה'insolation', או אור השמש הממוצע באזור. אם ה-GHI נמוך מהצפוי אבל תפוקת האנרגיה עדיין נמוכה יותר, זה יכול להיות סימן שיש צורך בפנלים מלוכלכים לניקוי.
הערכת אתר לפני בניית חווה סולארית חדשה, היזמים ממפים את ה-GHI של הנכס שלהם באמצעות פירנומטרים. מדרון עם GHI גבוה (6 קוט'ש/מ'ר ליום, למשל) יתפקד טוב יותר מנקודה הפונה צפונה ומוצלת.
מחקר ופיתוח: מעבדות מו'פ משתמשות בפירנומטרים בעלי דיוק גבוה לבדיקת חומרי פאנל חדשים והשוואת יעילותם תחת GHI מבוקר.
פירנומטרים משמשים חקלאים ואגרונומים כדי לייעל את תנאי הגידול.
חממות: יותר מדי אור יכול לשרוף צמחים, בעוד שמעט מדי אור שמש מעכב את הצמיחה שלהם. פירנומטרים מודדים GHI בזמן אמת, ומפעילים גוונים או נוריות LED נוספות לפי הצורך כדי לשמור על רמות האור ה'נכונות'.
דוגמנות יבול: מדענים חוקרים כיצד צמחים שונים (למשל עגבניות לעומת חיטה) מגיבים לווריאציה של GHI. מחקר יכול, למשל, לגלות שעגבניות דורשות לפחות 400 W/m2 בשעות השיא של אור השמש כדי לשגשג.
חקלאות בחוץ: פירנומטרים משמשים חקלאים כדי להחליט מתי עליהם לשתול או לקצור בשדות פתוחים. אם ה-GHI יורד לפתע (עקב עשן שריפות, למשל), ייתכן שיהיה צורך לדחות את הקטיף כדי למנוע יבול באיכות נמוכה יותר.
הפירנומטר המתאים לך תלוי במה שאתה צריך.
דיוק השקיעו בחיישן thermopile בעל רגישות גבוהה ובעל סחיפה מינימלית (=1% בשנה) למחקר מדעי.
עמידות: לשימוש חיצוני, המוצר חייב להיות עמיד בפני מזג אוויר (עמיד בפני אבק, גשם וטמפרטורות קיצוניות).
בַּקָשָׁה. מגדל חממה עשוי לתעדף חיישן בעל זמן תגובה מהיר למעקב אחר תנודות האור היומיות. עם זאת, תחנת מזג אוויר תזדקק ליציבות ארוכת טווח.
הם יותר מ'מד אור שמש' - הם גשר בין השמש לחיי היומיום. המדידות שלהם משמשות להנעת חדשנות וקבלת החלטות מושכלות. ההבנה כיצד והיכן משתמשים בהם מאפשרת לנו להעריך את האנרגיה הבלתי נראית שמקיימת את הפלנטה שלנו.
זכור שבפעם הבאה שאתה מסתכל על פאנל סולארי, או משתמש באפליקציית מזג אוויר כדי לבדוק את התחזית, יש פירנומטר איפשהו שעובד קשה וממיר את אור השמש לנתונים.
