ES2678745B2 - Methods of estimating solar radiation by grouping equipment outdoors - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método de estimación de radiación solar mediante agrupaciones de equipos en exteriores SECTOR DE LA TÉCNICAMethod of estimation of solar radiation by means of groupings of equipment in exteriors SECTOR DE LA TÉCNICA
55
Sector de aplicación:Application sector:
Sistemas climáticos y meteorológicos.Climatic and meteorological systems.
Sistemas de radiofrecuencia.Radio frequency systems.
Sistemas electrónicos.Electronic systems.
10 Área científica o técnica:10 Scientific or technical area:
Telecomunicaciones.Telecommunications
Meteorología.Meteorology.
Climatología.Climatology.
Sector de actividad.Activity sector.
15 Método para estimación/medición de eventos meteorológicos/climatológicos.15 Method for estimation / measurement of meteorological / climatological events.
ESTADO DE LA TÉCNICASTATE OF THE ART
Los ODU (Outdoor device Unit) son dispositivos instalados en el exterior de las instalaciones de sistemas de telecomunicación, acoplados a las antenas de comunicaciones encargados del preprocesado de la señal de radiofrecuencia y la conversión de las señales.The ODU (Outdoor Device Unit) are devices installed outside the telecommunication system installations, coupled to the communication antennas in charge of the preprocessing of the radiofrequency signal and the conversion of the signals.
20 Estos dispositivos disponen de señales de telemetría y de funcionamiento del sistema como son los niveles de potencia recibida, relación señal al ruido, voltajes de funcionamiento y sistemas de medición de la temperatura del hardware interno (Temperatura de ODU). Dicha temperatura de ODU se ve afectada por la electrónica y por el funcionamiento en recepción y transmisión del sistema. El método propuesto permite a partir de estos datos de 25 temperatura calcular la radiación solar que incide en el dispositivo.20 These devices have telemetry and system operation signals such as the levels of received power, signal to noise ratio, operating voltages and temperature measurement systems of the internal hardware (ODU temperature). This ODU temperature is affected by the electronics and by the operation in reception and transmission of the system. The proposed method allows, from these temperature data, to calculate the solar radiation incident on the device.
Los métodos de medición de radiación solar tradicional esta basados en el uso de piranómetros (también llamados solarímetros o actinómetros). Se trata de instrumentos meteorológicos utilizados para medir la radiación solar incidente sobre la superficie del dispositivo. Un sensor interno es el encargado de medir la densidad del flujo de radiación 30 solar (kilovatios por metro cuadrado).The methods of measuring traditional solar radiation are based on the use of pyranometers (also called solarimeters or actinometers). These are meteorological instruments used to measure the incident solar radiation on the surface of the device. An internal sensor is responsible for measuring the density of the solar radiation flow (kilowatts per square meter).
El método propuesto está basado en las mediciones de las temperaturas de ODU de al menos dos dispositivos instalados en el mismo mástil o cercanos unos de otros.The proposed method is based on measurements of the ODU temperatures of at least two devices installed on the same mast or close to each other.
Actualmente han aparecido nuevas formas de estimar la temperatura del aire mediante métodos basados en dispositivos externos que poseen internamente medidores de 35 temperatura de funcionamiento, como es el caso de la estimación de la temperatura del aire gracias a las mediciones de la temperatura de funcionamiento de teléfonos móviles y sus termistores internos (Overeem, A., J. C. R. Robinson, H. Leijnse, G. J. Steeneveld, B. K. P. Horn, and R. Uijlenhoet (2013), Crowdsourcing urban air temperatures from smartphone battery temperatures, Geophys. Res. Lett., 40, 4081-4085, doi:10.1002/grl.50786.). At present, new ways of estimating air temperature have appeared by means of methods based on external devices that have internally operating temperature meters, such as the estimation of air temperature. thanks to measurements of the operating temperature of mobile phones and their internal thermistors ( Overeem, A., JCR Robinson, H. Leijnse, GJ Steeneveld, BKP Horn, and R. Uijlenhoet (2013), Crowdsourcing urban air temperatures from smartphone battery temperatures, Geophys Res. Lett., 40, 4081-4085, doi: 10.1002 / grl.50786.).
5 Otros métodos para la estimación de eventos meteorológicos mediante factores independientes los podemos encontrar en la estimación de la precipitación mediante las atenuaciones que se producen en el vano de comunicación entre dos antenas, (Rainfall foundation monitoring method based on GNSS signal depolarization effect C N 103616736 A y Monitoring and mapping o f atmospheric phenomena EP 1902530 A2 (texto de 10 WO2007007312A2)). Este método está basado en uno de los parámetros de nivel de potencia recibida en el ODU que es la potencia de recepción o RSL (Received Signal Level)5 Other methods for the estimation of meteorological events by independent factors can be found in the estimation of precipitation through the attenuations that occur in the communication gap between two antennas, (Rainfall foundation monitoring method based on GNSS signal depolarization effect CN 103616736 A and Monitoring and mapping of atmospheric phenomena EP 1902530 A2 (text of 10 WO2007007312A2)). This method is based on one of the parameters of power level received in the ODU which is the reception power or RSL (Received Signal Level)
El método de estimación de la radiación solar aprovecha los niveles de temperaturas internas dentro de varios dispositivos ODU y los datos técnicos de geolocalización y 15 dimensiones de los sistemas para el cálculo de la radiación solar incidente en esa zona en ese instante de tiempo sin la necesidad de disponer de piranómetros en las cercanías.The method of solar radiation estimation takes advantage of the internal temperature levels within several ODU devices and the technical data of geolocation and 15 dimensions of the systems for the calculation of the incident solar radiation in that area at that instant of time without the need of having pyranometers in the vicinity.
SUMARIO. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNSUMMARY. DESCRIPTION OF THE INVENTION
El seguimiento y estudio de la meteorología y todos aquellos factores que afectan al cambio climático necesitan de cantidades ingentes de datos para reducir los errores de los 20 sistemas de modelado. La distribución de sensores de captación de datos meteorológicos tiene un coste económico considerable y necesita de un mantenimiento continuo, así como algún medio de transmisión en tiempo real de los datos capturados. Otros sistemas de captación de eventos meteorológicos están basados en sistemas de radar tanto terrestres como aéreos y satelitales.The monitoring and study of meteorology and all those factors that affect climate change require huge amounts of data to reduce the errors of the 20 modeling systems. The distribution of meteorological data collection sensors has a considerable economic cost and requires continuous maintenance, as well as some means of transmitting the captured data in real time. Other systems for capturing meteorological events are based on radar systems, both terrestrial, aerial and satellite.
25 El método propuesto complementa a las redes de meteorología especializadas en campo de la detección de la radiación solar incidente con muy bajo coste mediante el aprovechamiento de dispositivos ya instalados con otros fines que dispongan de algún medidor interno de temperatura de funcionamiento como es el caso de las antenas de comunicaciones y sus ODU. En el caso de las redes de radiocomunicaciones se aprovecha 30 una amplia red ya instalada y que ya posee sus propios canales de comunicación de datos de calidad a un nodo central para la medición de datos meteorológicos en tiempo real. Se trataría por tanto de dar valor añadido a un sistema que actualmente estaría implantado y con un mantenimiento independiente de los recursos necesarios para la detección de eventos meteorológicos.25 The proposed method complements meteorological networks specializing in the field of detecting incident solar radiation with very low cost by using devices already installed for other purposes that have an internal operating temperature meter such as the case of the communication antennas and their ODUs. In the case of radio networks, an extensive network already installed is used and it already has its own quality data communication channels to a central node for the measurement of meteorological data in real time. It would therefore be a matter of giving added value to a system that would currently be implemented and with independent maintenance of the resources necessary for the detection of meteorological events.
35 El método captura los datos de temperatura interna de la electrónica del dispositivo en cuestión y mediante la incorporación de técnicas y algoritmos que permiten detectar, localizar e identificar eventos medioambientales como es la irradiación solar incidente. Aparte de las ventajas anteriormente expuestas, el método permitirá una mayor resolución espacial de los mapas de irradiación solar. Además, permitirá a regiones geográficas con 40 baja densidad o nula de estaciones meteorológicas tener una fuente de información continua de sus datos climatológicos. 35 The method captures the internal temperature data of the electronics of the device in question and by incorporating techniques and algorithms to detect, locate and identify environmental events such as incident solar radiation. Apart from the above-mentioned advantages, the method will allow a greater spatial resolution of solar irradiation maps. In addition, it will allow geographic regions with 40 low density or no meteorological stations to have a source of continuous information of their climatological data.
DESCRIPCI N DETALLADA DE LA INVENCI NDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
El método expuesto para la detección de la radiación solar en una región geográfica costa de tres etapas consistentes en el acceso a los datos de funcionamiento de equipos 5 electrónicos o dispositivos eléctricos, el seguimiento de los datos que proporcionan dichos equipos y el procesamiento de los datos para generar la información referente a la radiación solar. Estos equipos electrónicos se encuentran instalados en exteriores y disponen al menos de un sensor interno de temperatura. Este sensor de temperatura permite el acceso a la temperatura de funcionamiento además de disponer de parámetros que hacen referencia 10 al funcionamiento de la señal radioeléctrica como pueden ser los valores de tensión, corriente, potencia recibida, potencia transmitida y relación señal a ruido. Estos datos son transmitidos hasta un sistema de seguimiento y procesado de datos.The exposed method for the detection of solar radiation in a geographical region of three stages consisting of access to the operating data of electronic equipment or electrical devices, the tracking of the data provided by said equipment and the processing of the data. to generate information regarding solar radiation. These electronic devices are installed outdoors and have at least one internal temperature sensor. This temperature sensor allows access to the operating temperature, in addition to having parameters that refer to the operation of the radio signal, such as the values of voltage, current, received power, transmitted power and signal-to-noise ratio. This data is transmitted to a data tracking and processing system.
La información que alimenta al método es extraída de cada uno de los equipos electrónicos, como por ejemplo de los dispositivos ODU conectados a una antena. Un ODU es un 15 dispositivo que prepara la señal de radioeléctrica de entrada a una antena para su correcta adquisición de la información. Las antenas o los ODU que se encuentran en la misma localización deben presentar diferencias en uno o varios de los siguientes parámetros: elevación, azimut u orientación.The information that feeds the method is extracted from each of the electronic equipment, such as ODU devices connected to an antenna. An ODU is a device that prepares the radio signal input to an antenna for its correct acquisition of information. The antennas or the ODUs that are in the same location must present differences in one or more of the following parameters: elevation, azimuth or orientation.
Para ello partimos de las medidas de temperatura de al menos dos equipos a los que se 20 someterá a un seguimiento de los datos de funcionamiento para posteriormente realizar un procesado temporal y geográfico de dichos datos. El método a partir de la temperatura medida en cada dispositivo permite discernir entre las distintas temperaturas que afectan al mismo consiste en la combinación de la temperatura interna y la temperatura externa. La temperatura interna es la que presenta el dispositivo debido a su propio funcionamiento 25 mientras que la temperatura externa es la debida a la temperatura del aire común que rodea a ambos dispositivos y la temperatura debida a la radiación solar incidente en cada uno de ellos.To do so, we start with the temperature measurements of at least two computers that will be subject to monitoring of the operation data to subsequently perform a temporal and geographic processing of said data. The method from the temperature measured in each device allows to distinguish between the different temperatures that affect it, it consists in the combination of the internal temperature and the external temperature. The internal temperature is that presented by the device due to its own operation 25 while the external temperature is due to the temperature of the common air surrounding both devices and the temperature due to the incident solar radiation in each one of them.
El método realiza el procesamiento de los datos mediante un sistema de cálculo de radiación solar teórica de un día claro y despejado, relacionando esta radiación teórica de 30 cada uno de los dispositivos en función de su elevación azimut e inclinación, así como su localización geográfica con cada una de las temperaturas internas y externas extraídas. A continuación, mediante la aplicación de al menos un modelo no lineal se relaciona la temperatura de dos o más equipos o dispositivos con la radiación solar incidente. La envolvente que se obtiene a partir de la serie de tiempo que indica las temperaturas de radiación 35 de los dispositivos permite obtener una estimación de la cantidad de radiación recibida y una medida en vatios por metro cuadrado aproximado.The method performs the processing of the data by means of a system of calculation of theoretical solar radiation of a clear and clear day, relating this theoretical radiation of each of the devices according to their elevation azimuth and inclination, as well as their geographical location with each of the internal and external temperatures extracted. Then, by applying at least one non-linear model, the temperature of two or more devices or devices is related to the incident solar radiation. The envelope obtained from the time series that indicates the radiation temperatures of the devices allows obtaining an estimate of the amount of radiation received and a measurement in watts per approximate square meter.
Finalmente, este método puede ser implementado en un dispositivo para el procesamiento de los datos de funcionamiento. Existe una variedad de posibilidades o combinaciones de dispositivos que permitirían la implementación del método como pueden ser computadores, 40 servidores informáticos, procesadores de propósito general, procesadores de señal digital (DSP), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), una red de puertas programables (FPGA) o combinación de los anteriores. Finally, this method can be implemented in a device for the processing of operating data. There are a variety of possibilities or combinations of devices that would allow the implementation of the method such as computers, 40 computer servers, general purpose processors, digital signal processors (DSP), specific application integrated circuits (ASIC), a network of doors programmable (FPGA) or combination of the above.
BREVE DESCRIPCI N DE LA INVENCI NBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
El objeto de la invención es la propuesta de un método que permite calcular la radiación solar incidente de una forma alternativa a como se realiza con los métodos de medición 5 tradicionales basados en piranómetros. Para ello hacemos uso de dispositivos que ya se encuentran en otros sistemas.The object of the invention is the proposal of a method that allows calculating incident solar radiation in an alternative way to how it is done with traditional measurement methods based on pyranometers. For this we use devices that are already in other systems.
La radiación solar es estimada a partir de los niveles de temperaturas internas dentro de los dispositivos y los datos técnicos de geolocalización y dimensiones de los sistemas para el 10 cálculo de la radiación solar incidente.The solar radiation is estimated from the internal temperature levels within the devices and the technical data of geolocation and dimensions of the systems for the calculation of the incident solar radiation.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA DE LADETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE
INVENCIÓNINVENTION
El método posibilita la adquisición de información de las condiciones climatológicas que se tratan en el mismo. Añadiendo una nueva capa de información de bajo coste y muy bajo 15 mantenimiento para la adquisición de datos para los modelos de temperatura de radiación solar incidente.The method enables the acquisition of information on weather conditions that are treated in it. Adding a new layer of information of low cost and very low maintenance for the acquisition of data for the models of incident solar radiation temperature.
Los principales destinatarios son las empresas, tanto las que diseñan las propias antenas y ODU como los propietarios de las redes de comunicaciones o de los dispositivos, permitiéndoles en ambas situaciones tener un nuevo producto en forma de paquetes de 20 datos sensoriales.The main recipients are the companies, both those that design the antennas and ODUs as well as the owners of the communications networks or devices, allowing them in both situations to have a new product in the form of packages of 20 sensory data.
Un posible ejemplo o implementación más específica sería la captación remota de los parámetros de control y calidad de una red de comunicaciones de radioenlaces mediante IP. Se realizaría una petición a cada uno de los IDU (input device Unit) individuales de la red de telecomunicaciones, el cual está conectado físicamente al ODU, el cual suministra los 25 parámetros de calidad. El equipo captador, que pudiera ser un ordenador personal, un servidor o hardware dedicado, es el sistema en el cual el modelo estaría implementado, sería el encargado de extraer la información pertinente, por ejemplo, la Temperatura de ODU, y almacenar los resultados ("w/m” de irradiación solar) en algún tipo de base de datos (BBDD). Estos datos de la BBDD será el producto final.A possible example or more specific implementation would be the remote capture of the control and quality parameters of a radio-relay communications network via IP. A request would be made to each of the individual IDUs (input device Unit) of the telecommunications network, which is physically connected to the ODU, which supplies the 25 quality parameters. The capturing equipment, which could be a personal computer, a dedicated server or hardware, is the system in which the model would be implemented, would be in charge of extracting the pertinent information, for example, the ODU temperature, and store the results ( "w / m" of solar irradiation) in some type of database (BBDD) This data from the database will be the final product.
30 La forma en la cual los datos de calidad de cada uno de los dispositivos son convertidos en información climatológica o meteorológica se ha explicado anteriormente en la descripción de la invención. The way in which the quality data of each of the devices are converted into climatological or meteorological information has been explained above in the description of the invention.
DESCRIPCI N DEL CONTENIDO DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE CONTENT OF THE FIGURES
FIG. 1. Esquemático de antena de microondas. 1a Frontal de la antena con cobertura protectora (Radome).1b Trasera de la antena. 1c Outdoor Device Unit - ODUFIG. 1. Schematic of microwave antenna. 1a Front of the antenna with protective cover ( Radome ) .1b Back of the antenna. 1c Outdoor Device Unit - ODU
FIG. 2. Esquemático de varias antenas de microondas situadas en el mismo mástil. 2a 5 ODUa de antena en sombra.2b ODUb de antena con radiación solar incidente FIG. 3. Representación ejemplo de dos días de dos temperaturas de ODU. Antena A con azimut 5° y antena B con azimut 25°. En la gráfica pueden observarse dos fenómenos principalmente. En la etapa nocturna la temperatura del aire y la de funcionamiento del sistema de ambos dispositivos son muy parecidas, presentan muy baja desviación entre 10 ellas. En la etapa diurna, pequeñas variaciones en el ángulo de incidencia de los rayos solares junto a las sombras debidas a las antenas, permiten calcular la radiación o su ausencia, comparando las señales con la curva de irradiación solar ideal para esa longitud, latitud, fecha y hora.FIG. 2. Schematic of several microwave antennas located on the same mast. 2nd 5 ODUa of antenna in shade.2b ODUb of antenna with incident solar radiation FIG. 3. Two-day example representation of two ODU temperatures. Antenna A with azimuth 5 ° and antenna B with azimuth 25 °. In the graph, two phenomena can be observed mainly. In the nocturnal stage the air temperature and the operating temperature of the system of both devices are very similar, they present very low deviation between them. In the diurnal stage, small variations in the angle of incidence of the solar rays next to the shadows due to the antennas, allow to calculate the radiation or its absence, comparing the signals with the ideal solar irradiation curve for that longitude, latitude, date and hour.
FIG. 4. Resultado del procesado del método donde se divide la señal única de 15 temperatura de ODU en dos señales descriptivas del resultado. En la gráfica superior pueden observarse la correlación existente entre la temperatura del aire y la temperatura del aire estimada por el modelo. Mientras que en la Gráfica inferior se puede observar la extracción de la información relevante para la detección de la irradiación solar individual de uno de los ODU.FIG. 4. Result of the processing of the method where the unique signal of 15 ODU temperature is divided into two signals descriptive of the result. In the upper graph, the correlation between the air temperature and the air temperature estimated by the model can be observed. While in the lower graph you can observe the extraction of the relevant information for the detection of the individual solar irradiation of one of the ODU.
20 FIG. 5. Tasas de error del método de cálculo de irradiación solar incidente en los ODU.20 FIG. 5. Error rates of the method of calculation of incident solar radiation in the ODU.
FIG. 6. Cuartiles de comparación de la temperatura real del aire (a) frente a la temperatura modelada por el método de estimación de la temperatura del aire basada en el ODU (b).FIG. 6. Quartiles of comparison of the real air temperature (a) versus the temperature modeled by the method of estimating the air temperature based on the ODU (b).
25 25
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201700135A ES2678745B2 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Methods of estimating solar radiation by grouping equipment outdoors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES201700135A ES2678745B2 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Methods of estimating solar radiation by grouping equipment outdoors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2678745A1 ES2678745A1 (en) | 2018-08-17 |
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Family
ID=63139214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201700135A Active ES2678745B2 (en) | 2017-02-15 | 2017-02-15 | Methods of estimating solar radiation by grouping equipment outdoors |
Country Status (1)
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| ES (1) | ES2678745B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8555812B2 (en) * | 2009-09-18 | 2013-10-15 | David Nowacek | Remote monitoring system for ground-based game feeder, varmint guard, tray and skirt assembly and quail feeder |
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2017
- 2017-02-15 ES ES201700135A patent/ES2678745B2/en active Active
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|---|---|
| ES2678745A1 (en) | 2018-08-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2678745 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20180817 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2678745 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20190207 |