AT403095B - Sonnenstrahlungsmess-sensor für global- und diffusstrahlung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Sonnenstrahlungsmesssensor für   Global- und Dtffusstrahlung.   Das besondere an diesem Sensor besteht darin, dass belde Komponenten der Sonnenstrahlung, nämlich Globalstrahlung und Diffusstrahlung gleichzeitig, aber als getrennte Signale quantitativ registriert werden
Die getrennte Messung von   Global- und Diffusstrahlung   auf die Horizontebene ermöglicht die rechneri- 
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StrahlungsintensitätFunktion der Zeit sind einerseits für meteorologische Anwendungen, andererseits als Datenbasis für leistungsfähige Solarsimulationsprogramme von Bedeutung. 



  Die Messung der Globalstrahlung erfolgt bislang vorzugsweise mit thermoelektrischen Sensoren   (z. B.   Sternpyranometer,   Eppley Pyranometer...),   seltener insbesondere bel Integralen Messungen, auch mit Solarzelle bzw.   Photodioden (Solanmeter).   



  Für die Messung der Diffusstrahlung kommen thermoelektrische Pyranometer in Verbindung mit Abschat-   tungsvorrlchtungen     (z. B. Schattenring   oder Schattenlöffel) zur Anwendung. Die Abschattungsvorrichtung muss nach einer präzisen Anfangsjustierung, ständig dem aktuellen Sonnenstand mechanisch nachgeführt werden. Dies erfolgt entweder manuell oder motorgesteuert. Die gleichzeitige Messung beider Grössen (Global- und Diffusstrahlung) erfordert demgemäss zwei Messgeräte, eines mit und ein weiteres ohne   Schattenband.   



  Ein in der japanischen Patentanmeldung JP 04/040 328 A (Nippondenso) beschriebener Solarstrahlungssensor nützt einen Schattenstab in Verbindung mit vier   viertelkreisförmigen   photoelektrischen Elementen um neben dem Globalstrahlungssignal auch Information über die (ungefähre) Richtung der Strahlung zu gewinnen, was für den In der zitierten Patentanmeldung angegebenen Einsatzzweck (Steuerung der Klimaanlage In Fahrzeugen) auch angebracht erscheint. Mit der beschriebenen Vorrichtung gelingt es aber grundsätzlich nicht, die Diffusstrahlung zu erfassen, weil die Abschattung, wie In der Patentanmeldung ausgeführt, die photoelektrischen Elemente lediglich teilbeschattet.

   Der Sensor gemäss der japanischen Patentanmeldung löst mit der Registrierung der Strahlung ein anderes Problem mit einer Vorrichtung, die für die hier genannte Aufgabenstellung nicht geeignet ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nämlich In der quantitativen Messung von   Global- und Diffusstrahlung,   wobei beide Grössen gleichzeitig und als getrennte Signale erhalten werden. Das erfindungsgemässe Gerät unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass belde Das erfindungsgemässe Gerät unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass beide Funktionen In einem Gerät Integriert sind und dass es keine mechanisch bewegten Teile aufweist. Darüber hinaus bedarf es keiner besondern Anfangsjustierung und kann kompakt und kostengünstig hergestellt werden.

   Dies wird   erfindungsgemäss   durch die Merkmale gemäss Patentanspruch 1 erreicht. 



  Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ISt ein zusätzlicher Querbalken an der Spitze des Stabes angebracht ist, welcher die Abschattung unabhängig vom Aufstellungsort und der räumlichen Onentierung von mindestens einem Sensor sicherstellt. 



  In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt einen   Strahlungsmesssensor   für   Global. - und Diffusstrahlung   für den Einsatz in horizontaler Lage. Fig. 2 zeigt ein lageunabhängiges Gerät. 



  Als lichtempfindliche Kleinsensoren können sowohl thermoelektrische Sensoren (Sonnenuhrpyranometer) oder kostengünstiger auch Si-Photodioden   (Sonnenuhrsolanmeter)   mit vorzugsweise aufgerauhter Oberfläche verwendet werden. Diese können beispielsweise innerhalb eines Krelsnnges um einen senkrechten Schattenstab angeordnet sein (siehe Fig. 1). Das entscheidende Kriterium für die   Funktionsfähigkeit   der Messanordnung besteht darin, dass die Stabdicke grösser ist, als die Summe von doppelter Sensorbreite plus Sensorabstand. Nur so ist   gewährleistet,   dass unabhängig von der azimutalen Einfallsrichtung der direkten Sonnenstrahlung, zumindest ein Sensor vollständig beschattet ist. Das Kriterium der vollständigen Beschattung definiert auch die Mindesthöhe h des Schattenstabes.

   Diese ergibt sich aus dem äusseren Radius R des Sensorkreises und der maximal zu erwartenden Sonnenhöhe sh als : h =   R-tan (sh).   Eine   günstige   Wahl für die Stabhöhe ist der dreifache Sensorkreisradius. Der Sensor kann In diesem Fall bei horizontaler Aufstellung bis zu Sonnenhöhen von   71. arbeiten,   und ist somit für alle Orte zwischen den 42. geographischen Breitengrad und den Polen einsetzbar.

   (Für äquatomähere Orte ist die dauernde vollständige Abschattung von zumindest einem   Kleinsensor   nicht zu jeder Tages- und Jahreszeit garantiert) Um das Gerät auch für grosse Sonnenhöhen bzw.   gänzlich   unabhängig von der Ausrichtung seiner Basisebene einsetzbar zu machen, in der Schattenstab an seinem oberen Ende mit einem waagrechten Balken (27) zu versehen, dessen Breite jener des Stabes gleicht, und dessen Verwendet man Sensoren gleichen Typs, so entspricht der kleinste Messwert der Diffusstrahlung, der grösste der Globalstrahlung. Im Falle von thermoelektrischen Sensoren sind die Leerlaufspannungen, bel Photodioden die   Kurzschlussströme   die   Intensitätsproportionalen   Messgrössen.

   Elektronische   Standarddetekt ! onsschaitungen   für Minimal- und Maximalwert können In das Gerät Integriert werden, sodass nur zwei Ausgangsanschlüsse (Globalstrahlung, Diffusstrahlung) herauszuführen sind. Es ist aber auch möglich die einzelnen Kleinsensorsignale durch 

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 einen Computer abzutasten und auszuwerten. Diese Variante empfiehlt sich insbesondere, wenn Photodioden als Kleinsensoren Verwendung finden, da die   Messgenautgkeit   durch komplexe Kotrekturalgorithmen verbessert werden kann. Eine halbkugelförmige Glaskuppel (26) dient als Witterungsschutz. 



  

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Sonnenstrahlungsmesssensor für Global- und Diffusstrahlung, bestehend aus einer Mehrzahl von um einen schattenspendenden Stab angeordneten lichtempfindlichen Sensoren, dadurch gekennzeich- net, dass mindestens zwölf lichtempfindliche Sensoren (1.. 24) um den Stab (25), dessen Stabdicke mindestens der doppelten Sensorbreite zuzüglich des Abstandes zwischen benachbarten Sensoren entspricht, und dessen Länge mindestens das eineinhaibfache des Kreisradius beträgt, angeordnet sind, sodass bei horizontaler Aufstellung, unabhängig von der azimutalen Einfallsrichtung der Sonnen- strahlung und bis zu einer Sonnenhöhe von 56'mindestens ein Sensor vollständig beschattet wird.
2. 2. Sonnenstrahlungsmesssensor für Global- und Diffusstrahlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass ein zusätzlicher Querbalken (27), der an der Spitze des Stabes (25) angebracht ist die lageunabhängige Abschattung von mindestens einem der Sensoren sicherstellt.