ما هو مقياس الإشعاع الشمسي وكيف يُستخدم؟

من توليد الطاقة الشمسية إلى دراسات المناخ، يُعدّ معرفة كمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض أمرًا بالغ الأهمية. وهنا يأتي دور مقياس الإشعاع الشمسي . تقيس هذه الأجهزة الدقيقة الإشعاع الشمسي، مما يوفر نتائج دقيقة للدراسات البيئية، وكفاءة الطاقة، ورصد الأحوال الجوية.

A يُعد مستشعر البيرانومتر أداة يمكنك الاعتماد عليها للحصول على نتائج دقيقة وفورية، سواء كنت تبحث في الغلاف الجوي أو تتعقب أشعة الشمس لمزرعة الطاقة الشمسية.

ما هو مقياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر)؟

يُطلق على الجهاز العلمي الذي يقيس إجمالي الإشعاع الشمسي أو الإشعاع الشمسي الأفقي العالمي (GHI) على سطح مستو اسم البيرانومتر . ويتم تحديد الإشعاع الوارد من الشمس بدقة.

أصبحت أجهزة قياس الإشعاع الشمسي من المعدات المهمة نظراً للحاجة المتزايدة للطاقة المستدامة والمتجددة. فهي ضرورية في مجالات الأرصاد الجوية، وعلم المناخ، والطاقة الشمسية، والبحوث الزراعية.

كيف يعمل؟

يعتمد مبدأ عمل مستشعر البيرانومتر على المزدوجات الحرارية والثنائيات الضوئية. فعندما يصل الإشعاع الشمسي إلى المستشعر، فإنه يُنتج حرارة أو تيارًا كهربائيًا. وتتناسب الحرارة المتولدة طرديًا مع شدة الإشعاع. يقوم هذا بتضخيم الإشارة، ويستخدم عوامل معايرة لتحويلها إلى وحدات إشعاعية.

إليك كيفية عمل مقياس الإشعاع الشمسي :

• المستشعر: الجزء الرئيسي من جهاز قياس الإشعاع الشمسي هو المستشعر. هذا المستشعر، المتخصص في قياس الإشعاع الشمسي العالمي، يقوم باستشعار الإشعاع الشمسي الوارد وتحويله إلى إشارات كهربائية.

• امتصاص الإشعاع الشمسي: يتكون سطح مستشعر البيرانومتر من طبقات حرارية أو ثنائيات ضوئية لامتصاص الإشعاع الشمسي. ولهذا السبب، لا يعكس السطح الأشعة الساقطة، بل يمتصها.

• المزدوجات الحرارية أو الثنائيات الضوئية: يمتص مقياس الإشعاع الشمسي الحراري الإشعاع ويحوله إلى حرارة عبر المزدوجات الحرارية، مما يُولد جهدًا يتناسب مع فرق درجة الحرارة. أما مقياس الإشعاع الشمسي الضوئي، فيُولد تيارًا أو جهدًا في مواد أشباه الموصلات عندما تُنتج فوتونات الإشعاع الشمسي الساقط أزواجًا من الإلكترونات والفجوات.

• المعايرة: ضمان الدقة أمرٌ لا غنى عنه. لذلك، تتم معايرة الجهاز بعناية. وتُجرى المعايرة بمقارنة المخرجات الكهربائية التي تحصل عليها الحساسات بالمعايير.

• معالجة البيانات: توجد بعض الأجهزة الإلكترونية المتصلة بمستشعر البيرانومتر، والتي تعالج الإشارة الكهربائية المتولدة. تعمل هذه الأجهزة على تضخيم الإشعاع وترشيحه وتحويله إلى شكل رقمي، مما يسمح بقراءته.

• المخرجات: وحدة قياس الإشعاع الشمسي في النظام الدولي للوحدات هي الواط لكل متر مربع (واط/م²). عندما تتولد إشارة كهربائية تتناسب مع الإشعاع الشمسي، يُصدر مقياس الإشعاع الشمسي مخرجًا.

استخدامات البيرانومتر

هل أنت محتار بشأن استخدام أجهزة قياس الإشعاع الشمسي في مجال عملك؟ إليك أهم استخداماتها:

● تقييم الطاقة الشمسية

يُعد توليد الطاقة الشمسية التطبيق الأبرز لأجهزة قياس الإشعاع الشمسي. يقوم المهندسون بتقييم شدة الإشعاع الشمسي لأنظمة الخلايا الكهروضوئية لتحديد إنتاج الطاقة لمحطات الطاقة الشمسية. ثم تُستخدم هذه البيانات لتصميم وتحديد مواقع الألواح الشمسية في أفضل المواقع.

● البحوث الزراعية

يستخدم العلماء جهاز قياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر) لدراسة تأثير الضوء الساقط على المحاصيل ونموها وعملية التمثيل الضوئي فيها . وبناءً على ذلك، يُعدّل المزارعون أساليب الري والتسميد والزراعة وفقًا لجودة وكمية الضوء المُسجّل، مما يُحسّن إنتاجية المحاصيل وكفاءتها.

● أبحاث المناخ

في قسم علم المناخ، يقيس الخبراء الإشعاع الشمسي ويرصدون أنماطه لفهم المناخ العالمي. وبعد دراسة اتجاهات الإشعاع الشمسي، يتنبأ العلماء بالطقس وتغيرات درجات الحرارة والظروف الجوية باستخدام جهاز قياس الإشعاع الشمسي .

● تحليل استهلاك الطاقة في المباني

يستخدم مجال علوم البناء أيضًا أجهزة قياس الإشعاع الشمسي لتحديد تعرض المباني لأشعة الشمس. تُعد هذه خطوة عملية للحصول على معلومات قيّمة لبناء مبانٍ موفرة للطاقة، والكشف عن اكتساب الطاقة الشمسية السلبي، مما يُساعد على تحسين توجيه المبنى.

● أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية

يُعد تقييم نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية تطبيقًا آخر لأجهزة قياس الإشعاع الشمسي لتقدير شدة الإشعاع الشمسي. فهو يحسب كفاءة نظام التسخين الشمسي الذي يسخن المياه باستخدام الطاقة الشمسية. وبذلك، يصبح تصميم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المنزلية والصناعية أمرًا سهلاً.

● مراقبة الأحوال الجوية

تعتمد فرق التنبؤات الجوية على قياس الإشعاع الشمسي الوارد للتنبؤ بأحوال الطقس في العالم. وقد أصبح جهاز قياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر) عنصراً أساسياً في محطات الأرصاد الجوية.

الاختلافات

تعرف على الاختلافات بين مستشعر البيرانومتر ، ومقياس الإشعاع، ومقياس الإشعاع الشمسي المباشر، ومقياس الإشعاع الشمسي:

♦ مقياس الإشعاع الشمسي مقابل مقياس الإشعاع

بخلاف أجهزة قياس الإشعاع الشمسي، تتمثل وظيفة أجهزة قياس الإشعاع في قياس الإشعاع الكهرومغناطيسي. وتغطي هذه الأجهزة نطاقًا واسعًا من الطيف، حيث تحدد الإشعاع في مناطق الأشعة فوق البنفسجية، والضوء المرئي، والموجات الدقيقة، والموجات الراديوية.

تتميز أجهزة قياس الإشعاع بتعدد استخداماتها وتختلف في تقنيات الاستشعار المستخدمة فيها. وبحسب تصميمها، فإنها تستخدم ما يلي:

• الثنائيات الضوئية
• مقياس الإشعاع الحراري
• أنابيب مضاعفة ضوئية
• هوائيات الميكروويف
  

تُستخدم بكثرة في:

• علم الفلك
• التصوير الحراري
• الاستشعار عن بعد
• مراقبة الإشعاع الصناعي

الاختلافات الجوهرية:

• النطاق الطيفي: تقيس أجهزة قياس الإشعاع أطوال الموجات التي تمتد من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة الميكروية؛ ويتراوح النطاق الشمسي لأجهزة قياس الإشعاع الشمسي من 300 إلى 3000 نانومتر. قد ترى نطاقًا واسعًا من أطوال الموجات في أجهزة قياس الإشعاع.
  
• تصميم المستشعرات: تستخدم أجهزة قياس الإشعاع الشمسي مستشعرات حرارية لقياس الإشعاع الشمسي بدقة. أما أجهزة قياس الإشعاع فتستخدم أنواعًا متعددة من المستشعرات للتركيز على أطوال موجية مختلفة.
  
• مجالات التطبيق: تُعدّ أجهزة قياس الإشعاع الشمسي مثالية لمزارع الطاقة الشمسية ومحطات الأرصاد الجوية والأبحاث البيئية. كما تستفيد التحقيقات العلمية والكشف عن الإشعاع الصناعي وأبحاث الفضاء بشكل كبير من أجهزة قياس الإشعاع.
  
• المعايرة والمعايير:   تتم معايرة مقياس الإشعاع الشمسي وفقًا لمعايير ISO 9060، ويخضع لاختبارات صارمة لضمان دقته في قياس الإشعاع الشمسي. أما مقاييس الإشعاع، فتتم معايرتها وفقًا لنوع الإشعاع المحدد واستخدامها العلمي.

♦ مقياس الإشعاع الشمسي مقابل مقياس الإشعاع الشمسي المباشر

يقيس مقياس الإشعاع الشمسي المباشر شدة الإشعاع الشمسي المباشر عبر أنبوب متوازي؛ حيث يسقط الضوء على المستشعر بعد مروره عبر زاوية رؤية ضيقة تبلغ 5 درجات. ولأنه لا يقيس إلا الإشعاع المباشر، يحتاج مقياس الإشعاع الشمسي المباشر إلى نظام تتبع الشمس لمتابعة قرص الشمس، وإلى سماء صافية للحصول على قراءات دقيقة.

تُستخدم أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر بشكل شائع في:

• تصميم الطاقة الشمسية المركزة (CSP)
• أبحاث الطاقة الشمسية عالية الدقة
• تقييمات DNI (الإشعاع الطبيعي المباشر)

الاختلافات الجوهرية:

• نوع القياس: تقيس أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر (Pyrheliometers) الإشعاع المباشر فقط، بينما تقيس أجهزة قياس الإشعاع الحراري (Thermople peranometers) الإشعاع المباشر والمنتشر. وهي غير قادرة على رصد الأشعة المنتشرة من المناطق المظللة.
  
• تحديد الموقع: يلعب تحديد الموقع دورًا هامًا في قياس الإشعاع الشمسي. توضع أجهزة قياس الإشعاع الشمسي أفقيًا وتبقى ثابتة. أما أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر، فيجب توجيهها نحو الشمس باستخدام جهاز تتبع لالتقاط الإشعاع المباشر.
  
• الاستخدامات : تُعدّ أجهزة قياس الإشعاع الشمسي مثالية لدراسات الطاقة الشمسية العامة والأرصاد الجوية. من ناحية أخرى، تُعدّ أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر أكثر ملاءمة لتطبيقات الطاقة الشمسية المباشرة مثل الطاقة الشمسية المركزة.
  
• القبة مقابل الأنبوب: في أجهزة قياس الإشعاع الشمسي، تُستخدم قبة زجاجية لجمع الإشعاع من زوايا مختلفة، بينما تستخدم أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر أنبوبًا ضيقًا لتقييد مجال الرؤية على قرص الشمس.

♦ مقياس الإشعاع الشمسي مقابل مقياس الإشعاع الشمسي

أصبح من الممكن الآن قياس ضوء الشمس باستخدام جهاز محمول يُعرف باسم مقياس الإشعاع الشمسي. تُظهر مستشعرات الثنائيات الضوئية المدمجة قراءات بوحدات: واط لكل متر مربع (واط/م²).

الخصائص الرئيسية:

• خفيف الوزن وسهل الاستخدام
• مناسب للقياسات الإرشادية
• مصمم لإجراء فحوصات فنية أو مراقبة على نطاق صغير

الاختلافات الجوهرية:

• الدقة والحساسية: تتميز أجهزة قياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر) بدقة أعلى من أجهزة قياس الإشعاع الشمسي. ولذلك، تُستخدم هذه الأجهزة فقط في الفحوصات الميدانية وليس في الرصد العلمي.
  
• نوع المستشعر: تستخدم مقاييس الإشعاع الشمسي الثنائيات الضوئية لتوفير قياسات أسرع ولكن أقل دقة عبر أطياف واسعة، بينما تحتوي مقاييس الإشعاع الشمسي على مستشعرات حرارية.

• المعايرة والمعايير: تلتزم أجهزة قياس الإشعاع الشمسي بمعايير ISO 9060؛ ومع ذلك، يجب معايرة أجهزة قياس الإشعاع الشمسي مسبقًا ولا يمكن التحقق منها وفقًا للمعايير العالمية.
  
• التكلفة: تُعدّ أجهزة قياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر) باهظة الثمن نظرًا لدقة قياساتها ومتانتها. في المقابل، تُعتبر أجهزة قياس الإشعاع الشمسي رخيصة الثمن، وتوفر تقييمات سريعة وإمكانية استخدامها في العمل الميداني.

خاتمة

تُحسّن أجهزة قياس الإشعاع الشمسي دقة البيانات، وتدعم خيارات تركيب متعددة، وتوفر أداءً مستقرًا في مختلف الظروف البيئية، وتتكامل بسهولة مع أنظمة المراقبة المتنوعة. في مجال الطاقة الشمسية والبحوث البيئية، لا يقتصر الأمر على جمع البيانات فحسب، بل يتعلق بالريادة في الدقة. مع جهاز قياس إشعاع شمسي عالي الجودة، ستحقق ذلك تمامًا.

هل تبحث عن شراء هذه المعدات العملية؟ شركة هونان ريكا للتقنية الإلكترونية هي شركة معروفة وموثوقة في جميع أنحاء الصين. سواء كنت بحاجة إلى أدوات محمولة أو أنظمة متكاملة، فإن هونان ريكا هي خيارك الأمثل. احصل على خدمة التركيب من فريقنا المحترف على مدار الساعة، أينما كنت.

الأسئلة الشائعة

س1. ما هي الظروف البيئية التي يمكن أن تؤثر على أداء جهاز قياس الإشعاع الشمسي؟

هناك عدة عوامل تؤثر على أداء جهاز قياس الإشعاع الشمسي، بما في ذلك العوامل البيئية والتشغيلية والفيزيائية.

• درجات حرارة قصوى
• رطوبة عالية
• موقع المستشعر
• الأوساخ والحطام
• الصيانة الدورية

س2. هل يمكن استخدام مقياس الإشعاع الشمسي لقياس كل من الإشعاع الشمسي والإشعاع المنتشر؟

نعم، يُستخدم مقياس الإشعاع الشمسي لقياس الإشعاع الشمسي المباشر والمنتشر. فهو يقيس الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى السطح، ويحجب ضوء الشمس المباشر من خلال حلقة ظل لتحديد الإشعاع المنتشر.

س3. ما هو مدى جهاز قياس الإشعاع الشمسي؟

يتألف نطاق قياس البيرانومتر من جانبين: نطاق الطول الموجي ونطاق شدة الإشعاع. يُقاس الطول الموجي بالإشعاع ذي الموجات القصيرة من 300 إلى 3000 نانومتر، بينما تُقاس شدة الإشعاع بإجمالي الإشعاع الشمسي من 0 إلى 2000 واط/م² أو أكثر. وقد يختلف هذا النطاق باختلاف نوع البيرانومتر المستخدم.

س4. ما مدى دقة مقياس الإشعاع الشمسي؟  

تُعدّ أجهزة قياس الإشعاع الشمسي (البيرانومتر) من أدقّ الأدوات المستخدمة لتحديد الإشعاع الشمسي. وتُصنّف مستويات الدقة إلى ثلاث فئات: أ، ب، ج. تتميّز الفئة أ بعدم يقين في المعايرة أقل من ±1.2%. مع ذلك، يؤثر كلٌّ من انحراف المعايرة والظروف البيئية على دقة القياس.