ES2956368T3

ES2956368T3 - Cúpula transparente para un piranómetro

Info

Publication number: ES2956368T3
Application number: ES20160885T
Authority: ES
Inventors: Robertus Dennis Nieuwveen; Ilja Xander Staupe; Marc Albert Korevaar; Joop Mes
Original assignee: OTT Hydromet BV
Current assignee: OTT Hydromet BV
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2023-12-20
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: WO2021175482A1; EP3875928A1; EP3875928B1

Abstract

La presente solicitud se refiere a una cúpula transparente para un piranómetro que comprende un elemento calefactor, en la que el elemento calefactor está dispuesto para hacer contacto térmico con al menos una parte de la cúpula transparente para calentar la cúpula transparente por contacto. La disposición de un elemento calefactor para contactar térmicamente al menos una porción del domo transparente permite eliminar eficientemente cualquier capa de rocío y/o escarcha que pueda cubrir el domo transparente, especialmente en las primeras horas, evitando al mismo tiempo que se produzca un desplazamiento de temperatura. En consecuencia, la cúpula transparente anterior resuelve el problema técnico de mejorar la precisión de medición del piranómetro. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cúpula transparente para un piranómetro

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo técnico de los dispositivos y métodos para medir la irradiancia solar. En particular, la presente invención se refiere a un piranómetro que comprende una cúpula transparente y un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro.

Antecedentes

Tal como resulta comúnmente conocido, un piranómetro es un instrumento para medir la irradiancia solar en una superficie plana, por ejemplo, una superficie de suelo. Los piranómetros se utilizan junto con otros sistemas o tecnologías, entre otros, simuladores solares y sistemas fotovoltaicos para el cálculo de la potencia efectiva de un módulo fotovoltaico y el rendimiento de un sistema. En consecuencia, la precisión de medición de un piranómetro es un aspecto fundamental de este instrumento de medición.

Los piranómetros conocidos generalmente se agrupan en dos categorías diferentes, según el principio de funcionamiento para la medición de la irradiancia solar, a saber, piranómetros de sensor basado en termopilas y piranómetros basados en semiconductores de silicio.

En un piranómetro de sensor basado en termopilas, la irradiancia solar se mide por medio de un sensor basado en termopilas y diseñado para medir la banda ancha de la densidad de flujo de radiación solar desde un ángulo de campo de visión de 180°. El sensor basado en termopilas generalmente se dispone debajo de una primera cúpula transparente y una segunda cúpula transparente exterior opcional. La cúpula o cúpulas transparentes limitan la respuesta espectral de 190 a 4000 nanómetros, particularmente de 300 a 2800 nanómetros, conservan el campo de visión de 180° y protegen el sensor basado en termopilas del entorno externo.

En uso, la cúpula transparente puede quedar cubierta por una capa de rocío o escarcha, especialmente durante las primeras horas del día, justo antes del amanecer. Una capa de rocío o escarcha puede evitar potencialmente que una gran cantidad de radiación solar llegue al sensor basado en termopilas. Además, una capa de escarcha o rocío también puede reflejar una cantidad sustancial de la radiación solar en una dirección opuesta al sensor basado en termopilas. En consecuencia, en presencia de rocío o escarcha, la irradiancia solar medida por el piranómetro puede no corresponder a la irradiancia solar efectiva que se puede medir en ausencia de una capa de rocío/escarcha.

Para evitar la formación de una capa de rocío o escarcha, el piranómetro puede calentarse. Al calentar el piranómetro, es posible descongelar la cúpula transparente, lo que da como resultado una medición más precisa de la irradiancia solar.

Un piranómetro calentado conocido puede comprender una unidad de ventilación que puede acoplarse al cuerpo principal del piranómetro (véase, por ejemplo, la "unidad de ventilación CVF4", producida por Kipp & Zonen B.V.). Más particularmente, la unidad de ventilación comprende en particular un ventilador eléctrico que está dispuesto cerca de un elemento de calentamiento. En consecuencia, la unidad de ventilación permite la difusión de aire caliente en el cuerpo del piranómetro, particularmente en el espacio por encima de la cúpula exterior. El aire caliente difundido por la unidad de ventilación descongela la cúpula transparente.

Sin embargo, el uso de una unidad de ventilación puede causar una desviación de temperatura en el piranómetro. En otras palabras, la temperatura medida por el sensor puede ser mayor que la temperatura efectiva que puede medirse en ausencia del calentamiento adicional. Por lo tanto, esta desviación que resulta de calentar el piranómetro reduce la precisión de la medición.

El documento WO 2016/140565 A1 describe un piranómetro que comprende una carcasa, un sensor dispuesto en la carcasa, una ventana interior y otra exterior, ambas superpuestas con respecto al sensor. Se dispone un elemento de calentamiento interno para transferir calor a la carcasa y a las ventanas interior y exterior de manera que se evita la deposición de humedad y/o hielo.

El documento JP S62 179776 describe un generador fotovoltaico que incluye un elemento de calentamiento.

El documento US 2004/211892 A1 describe un sistema de montaje de ventanas para sensores ópticos que incluye una conexión amovible para el reemplazo de una ventana, un sistema de alineación para asegurar una alineación precisa de la ventana o la cúpula con la óptica interna del sensor y aislamiento térmico para limitar la transferencia de calor de la ventana a la carcasa de la óptica y al sensor.

Sumario

Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un piranómetro para medir la irradiancia solar caracterizado por una alta precisión de medición. Más particularmente, un objetivo de la presente invención es dar a conocer un piranómetro calentado cuya eficiencia no se vea afectada por las condiciones climáticas, por ejemplo, por la formación de una capa de rocío o escarcha, manteniendo al mismo tiempo una alta precisión de medición.

La consecución de este objetivo según la invención se establece en las reivindicaciones independientes. Otros desarrollos de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según la invención reivindicada, la disposición de un elemento de calentamiento para contactar térmicamente con al menos una parte de la cúpula transparente permite eliminar de manera eficiente cualquier capa de rocío y/o escarcha que puede cubrir la cúpula transparente, especialmente durante las primeras horas, justo antes de la aparición de la irradiancia. En consecuencia, si se elimina cualquier capa de rocío y/o escarcha de la cúpula transparente, una mayor cantidad de radiación solar llegará al sensor para medir la irradiancia solar, lo que conducirá a una medición más precisa de la irradiancia solar. Además, se reduce/anula la desviación de temperatura que se produce en los piranómetros calentados. En consecuencia, la cúpula transparente anterior resuelve el problema técnico de mejorar la precisión de medición del piranómetro.

Según una realización, el elemento de calentamiento puede comprender una placa de circuito impreso (PCB). Una placa de circuito impreso (PCB) mejora ventajosamente la eficiencia de calentamiento de la cúpula transparente y/o, ventajosamente, permite calentar de manera sustancialmente uniforme la cúpula transparente, conduciendo así a un aumento en la precisión de medición del piranómetro.

Según una realización, el elemento de calentamiento puede tener una forma general sustancialmente anular. Según otra realización, el elemento de calentamiento puede comprender al menos un elemento resistivo.

Según la invención reivindicada, el elemento aislante térmico dispuesto para contactar con al menos una parte del elemento de calentamiento permite ventajosamente aislar térmicamente el elemento de calentamiento de los demás componentes del piranómetro, por ejemplo, del sensor basado en termopilas. Esto evita particularmente que el calor producido por el elemento de calentamiento se transfiera a los otros componentes del piranómetro, dando como resultado un estado de desviación. En otras palabras, el elemento aislante térmico minimiza ventajosamente la desviación de la señal, es decir, evita que la desviación de la señal de medición sea excesiva, debido al calentamiento adicional generado por los elementos de calentamiento. Ventajosamente, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

Además, el al menos un elemento de montaje reivindicado evita ventajosamente la formación de puentes térmicos entre el elemento de calentamiento y los otros componentes del piranómetro, evitando así una transferencia de calor a los otros componentes del piranómetro. Ventajosamente, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

En otra realización, el piranómetro puede comprender además al menos un sensor para detectar la irradiancia solar, estando el sensor desacoplado térmicamente de la cúpula transparente y/o del elemento de calentamiento por medio de al menos un elemento aislante térmico.

En otra realización particular, el piranómetro puede comprender además un controlador configurado para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento. El controlador puede configurarse preferiblemente para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento en base a la irradiancia solar medida por el piranómetro.

Un controlador configurado para regular la potencia calorífica del elemento de calentamiento, p. ej., encender/apagar el elemento de calentamiento y/o aumentar/disminuir la potencia calorífica, permite en particular calentar la cúpula transparente antes de que aparezca el sol (cuando no hay irradiancia), y apagar el elemento de calentamiento cuando la cúpula transparente ha sido ya descongelada, y durante la salida del sol mientras el piranómetro empieza a medir la irradiancia solar. Ventajosamente, esto reduce la desviación generada por el calentamiento adicional mientras el piranómetro mide la irradiancia solar. En consecuencia, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

En una realización adicional, el controlador puede configurarse para aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un primer umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable). El controlador también puede configurarse para disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un segundo umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable). Opcionalmente, el primer umbral de irradiancia solar especificado puede ser igual al segundo umbral de irradiancia solar especificado.

En otra realización, el controlador puede configurarse para calcular un valor de desviación de irradiancia solar en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento y para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro, en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado. Además, el controlador puede configurarse para calcular el valor de desviación de irradiancia solar, en base al parámetro de control del elemento de calentamiento, cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un tercer umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable) y/o el controlador puede configurarse para modificar la irradiancia solar en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado cuando la irradiancia solar que es medida por el piranómetro supera un cuarto umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable).

En consecuencia, el controlador puede ajustar/variar la potencia calorífica del elemento de calentamiento durante las horas nocturnas mientras calcula un valor de desviación de la irradiancia solar en base a la potencia calorífica del elemento de calentamiento. Además, el controlador puede configurarse para determinar, en base a la magnitud del valor de desviación, si puede ser necesaria una corrección de la irradiancia solar durante las horas diurnas. Si es necesario, el controlador puede configurarse para calcular la magnitud de esta corrección, es decir, la magnitud del valor de irradiancia solar. El controlador puede modificar/corregir la irradiancia solar para incluir el valor de desviación durante las horas diurnas para obtener un valor exacto de la irradiancia solar teniendo especialmente en cuenta el calor generado por el elemento de calentamiento. Ventajosamente, se obtiene una mejora de la precisión de la medición.

En una realización adicional, el piranómetro puede comprender además al menos un sensor de temperatura conectado operativamente al controlador, en donde el sensor de temperatura puede configurarse para medir la temperatura de la cúpula transparente. El controlador puede configurarse para calcular o determinar una desviación de irradiancia solar (valor) en base a la temperatura de la cúpula transparente y para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro, en base a la desviación de irradiancia solar.

Según esta realización, el sensor de temperatura se puede usar para medir solo la temperatura de la cúpula y el controlador puede corregir la irradiancia solar medida por el piranómetro, para obtener un estado de desviación cero. Este método de ajuste/corrección para corregir la irradiancia solar se puede aplicar sin calentar la cúpula transparente por medio del elemento de calentamiento. En consecuencia, se obtiene una mejora en la precisión de la medición al corregir la irradiancia solar medida por el piranómetro, considerando una diferencia de temperaturas entre el sensor basado en termopilas y la temperatura de la cúpula transparente.

En otra realización, el piranómetro puede incluir además un sensor de temperatura conectado operativamente al controlador, en donde el sensor de temperatura está configurado para medir la temperatura de la cúpula transparente. El controlador puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento de manera que la temperatura medida de la cúpula transparente supera una temperatura de umbral especificada (predeterminada o predeterminable). De manera alternativa o adicional, el controlador puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento de manera que la diferencia de temperatura medida entre la temperatura de la cúpula transparente y la temperatura medida por un sensor del piranómetro permanece sustancialmente constante.

El controlador puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento para mantener la cúpula transparente a una temperatura especificada, predeterminada o predeterminable; y/o mantener una diferencia de temperatura sustancialmente constante, entre la temperatura de la cúpula transparente y la temperatura medida por un sensor del piranómetro, por ejemplo, un sensor basado en termopilas.

Preferiblemente, el umbral de temperatura puede corresponder a la temperatura medida por el sensor basado en termopilas. Por lo tanto, el controlador puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento, es decir, aumentar/disminuir la potencia calorífica, de manera que la temperatura de la cúpula transparente corresponde sustancialmente (es igual a) a la temperatura medida por el sensor basado en termopilas. Esto permite eliminar o reducir significativamente cualquier desviación debida, por ejemplo, al enfriamiento o calentamiento de la cúpula transparente. Ventajosamente, se mejora la precisión de la medición.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un método para medir o determinar la irradiancia solar con un piranómetro como se establece en la reivindicación de método independiente adjunta.

En una realización particular, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender medir la irradiancia solar; y controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento. El método puede comprender además controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento en base a la irradiancia solar medida por el piranómetro. Más particularmente, el método puede comprender: aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento si la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un primer umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable); y/o disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento si la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un segundo umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable).

Según otra realización, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender calcular la desviación de irradiancia solar en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento y modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar calculada.

En otra realización, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender calcular la desviación de irradiancia solar en base a la potencia calorífica del elemento de calentamiento cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un tercer umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable); y modificar la irradiancia solar en base a la señal de desviación de irradiancia solar calculada cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro supera un cuarto umbral de irradiancia solar especificado (predeterminado o predeterminable).

Más particularmente, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender medir la temperatura de la cúpula transparente; calcular un valor de desviación en base a la temperatura de la cúpula transparente; y modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar. Alternativamente, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender además medir la temperatura de la cúpula transparente y calentar la cúpula transparente de manera que la temperatura medida de la cúpula transparente supera un umbral de temperatura especificado (predeterminado o predeterminable).

Más particularmente, el método para medir la irradiancia solar con un piranómetro puede comprender medir la temperatura de la cúpula transparente y calentar la cúpula transparente de manera que la diferencia de temperatura entre la temperatura de la cúpula transparente y la temperatura medida por un sensor del piranómetro, por ejemplo, un sensor basado en termopilas, permanece sustancialmente constante.

Breve descripción de los dibujos

Los detalles de las realizaciones ilustrativas se exponen a continuación con referencia a los dibujos ilustrativos. Otras características resultarán evidentes a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones. Debe entenderse, sin embargo, que aunque las realizaciones se describen por separado, las características individuales de diferentes realizaciones pueden combinarse con otras realizaciones.

La Figura 1 representa una vista axonométrica en explosión de una cúpula transparente para un piranómetro; la Figura 2 representa una vista axonométrica de la cúpula transparente ilustrada en la Figura 1, en un estado montado;

la Figura 3 representa una vista lateral en sección transversal de la cúpula transparente ilustrada en la Figura 1;

la Figura 4 representa una vista detallada de la cúpula transparente ilustrada en la Figura 3;

la Figura 5 representa una vista axonométrica de un elemento de calentamiento;

la Figura 6 representa una vista en planta del elemento de calentamiento ilustrado en la Figura 5;

la Figura 7 representa una vista axonométrica en explosión de un piranómetro que comprende la cúpula transparente ilustrada en las Figuras 1 a 4;

la Figura 8 representa una vista axonométrica del piranómetro ilustrado en la Figura 7, en un estado montado; la Figura 9 representa una vista lateral en sección transversal del piranómetro ilustrado en la Figura 8; La Figura 10 representa una vista detallada de la cúpula transparente ilustrada en la Figura 9.

Descripción detallada

A continuación, se mostrará una descripción detallada de ejemplos con referencia a los dibujos. Debe entenderse que se pueden realizar varias modificaciones en los ejemplos. A menos que se indique explícitamente de otro modo, los elementos de un ejemplo pueden combinarse y usarse en otros ejemplos para formar nuevos ejemplos.

La Figura 1 ilustra una cúpula transparente 1 para un piranómetro según una realización de la presente invención. En la misma Figura, se representa que la cúpula transparente 1 comprende, es decir, tiene conjuntamente con la misma, un elemento de calentamiento 2, un elemento de montaje 4, un elemento aislante térmico 3 y una estructura de soporte 5. Los componentes anteriores están conectados entre sí para formar un conjunto indicado, en su totalidad, con la referencia numérica 6. En particular, el conjunto 6 comprende la cúpula transparente 1, el elemento de calentamiento 2, el elemento de montaje 4, el elemento aislante térmico 3 y la estructura de soporte 5.

Haciendo referencia a las Figuras 1 a 4, la cúpula transparente 1 del piranómetro se ilustra como una cúpula transparente exterior para un piranómetro 100. En otras palabras, cuando se monta en el piranómetro 100, la cúpula transparente 1 forma la cúpula más exterior 1 del piranómetro. Si la cúpula transparente 1 es una cúpula transparente exterior 1 montada en el piranómetro 100, una superficie exterior 10 de la cúpula transparente 1 está orientada sustancialmente hacia un entorno 13 externo al piranómetro 100, mientras que una superficie interior 11 de la cúpula transparente 1 está orientada sustancialmente hacia un espacio cerrado interior 14 del piranómetro 100.

En esta configuración, el piranómetro puede comprender opcionalmente al menos una segunda cúpula transparente interior 101, que puede montarse en un espacio cerrado interior 14 del piranómetro 100 y puede estar cubierta por, es decir, confinada en, la cúpula transparente exterior 1. Sin embargo, aunque la presente descripción y los dibujos ilustran una cúpula transparente 1 como una cúpula transparente exterior, la presente descripción puede aplicarse en una cúpula transparente interior de un piranómetro. En otras palabras, la cúpula transparente 1 también puede ser una cúpula transparente interior para un piranómetro.

En resumen, la cúpula transparente 1 puede ser una cúpula transparente exterior individual (única), una cúpula transparente exterior en un piranómetro que comprende una segunda cúpula transparente interior, o una cúpula transparente interior 1 en un piranómetro que comprende una segunda cúpula transparente exterior.

La cúpula transparente 1 está configurada para permitir que la radiación solar pase a través de la cúpula 1. En particular, la cúpula transparente 1 puede ser una cúpula configurada para limitar la respuesta espectral de 190 a 4000 nanómetros (nm), preferiblemente, de 300 a 2800 nanómetros, conservando al mismo tiempo el campo de visión de 180°. La transparencia de la cúpula transparente 1 en particular puede ser tal que al menos aproximadamente el 60%, más particularmente al menos aproximadamente el 70%, de la luz incidente en el rango espectral relevante pueda pasar a través de la misma. En otras palabras, la cúpula transparente 1 está configurada para permitir que se transmita la radiación solar desde el entorno 13 externo al piranómetro 100 al espacio cerrado interior 14, a través de la superficie exterior 10, a través del material que forma la cúpula transparente 1 y a través de la superficie interior 11 de la cúpula transparente 1. En el espacio cerrado interior 14 del piranómetro 100 se puede medir la radiación solar por medio de una serie de componentes que se describirán a continuación con más detalle.

La configuración descrita anteriormente de la cúpula transparente 1 es sustancialmente la misma, sea la cúpula transparente 1 una cúpula transparente exterior o sea la cúpula transparente 1 una cúpula transparente interior. En consecuencia, la cúpula transparente 1 puede estar hecha de cualquier material transparente adecuado que permita la transmisión de radiación solar a través del mismo. En particular, la cúpula transparente 1 puede estar hecha de un material que tiene características físicas/químicas tales como para proteger la superficie de medición del piranómetro 100 y al mismo tiempo ser transparente a (la mayor parte de) la irradiancia solar. Por ejemplo, la cúpula transparente 1 puede estar hecha de vidrio. Alternativamente, la cúpula transparente 1 puede estar hecha de un material polimérico termoplástico transparente, es decir, poli(metacrilato de metilo) (PMMA), también conocido como acrílico, vidrio acrílico o plexiglás.

Haciendo referencia a las Figuras 1 y 4, la cúpula transparente 1 puede tener forma de cúpula. En particular, la cúpula transparente 1 puede tener una forma hueca sustancialmente semiesférica. La cúpula transparente 1 puede comprender la superficie exterior 10 y la superficie interior 11, en donde la superficie interior 11 es opuesta a la superficie exterior 10. Dicho de otra manera, cuando la cúpula transparente 1 está montada en un piranómetro 100, la superficie exterior 10 está expuesta a (orientada hacia) un entorno 13 externo al piranómetro 100. En cambio, la superficie interior 11 está expuesta a (orientada hacia) un espacio cerrado interior 14 del piranómetro 100. La superficie exterior 10 y la superficie interior 11 pueden tener preferiblemente una forma hueca sustancialmente semiesférica. La cúpula transparente 1 comprende un borde 12. El borde 12 puede ser un borde perimetral que forma sustancialmente el borde de la cúpula. El borde 12 puede tener preferiblemente una superficie de forma sustancialmente anular. Más particularmente, la diferencia entre el radio externo, es decir, el radio de la superficie exterior 10, y el radio interno, es decir, el radio de la superficie interior 11, corresponde sustancialmente al espesor de la cúpula transparente 1.

La cúpula transparente 1 comprende (está dotada de) al menos un elemento de calentamiento 2. El elemento de calentamiento 2 está dispuesto para contactar térmicamente con al menos una parte de la cúpula transparente 1 para calentar la cúpula transparente 1 por contacto. En otras palabras, debido a la disposición del elemento de calentamiento 2, se puede transferir una cantidad de calor por conducción térmica, desde el elemento de calentamiento 2 a la cúpula transparente 1, cuando se enciende el elemento de calentamiento 2.

Como se ilustra en la Figura 4, el elemento de calentamiento 2 está dispuesto para contactar de manera sustancialmente directa y, por lo tanto, para contactar térmicamente, con toda la superficie del borde 12 de la cúpula transparente 1. Esta disposición permite ventajosamente un calentamiento sustancialmente uniforme de la cúpula transparente 1, evitando así que ciertas áreas de la cúpula transparente 1 no sean calentadas efectivamente por el elemento de calentamiento 2. Alternativamente, el elemento de calentamiento 2 puede configurarse para estar simultáneamente en contacto con el borde 12 y con al menos una parte de la superficie exterior 10 y/o la superficie interior 11.

Ventajosamente, la cúpula transparente 1 se puede mantener limpia del rocío y la escarcha que puedan producirse temprano en la mañana (justo antes de la aparición de la irradiancia), mejorando así la precisión de medición del piranómetro.

Según una realización, se da a conocer un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100. El piranómetro 100 está dotado de la cúpula transparente 1 descrita anteriormente, en donde la cúpula transparente 1 se puede calentar por medio de un elemento de calentamiento 2 dispuesto para contactar térmicamente con al menos una parte de la cúpula transparente 1 para calentar la cúpula transparente 1 por contacto. Así, se puede obtener una medición más precisa de la irradiancia solar medida por el piranómetro.

Con referencia a las Figuras 3 a 6, el elemento de calentamiento 2 puede tener particularmente una forma general sustancialmente anular o en forma de anillo. Haciendo referencia a la Figura 4, el elemento de calentamiento 2 puede tener sustancialmente una sección transversal en forma de cuadrilátero.

El elemento de calentamiento 2 comprende una superficie exterior 21 de elemento de calentamiento y una superficie interior 22 de elemento de calentamiento que se opone a la superficie exterior 21 de elemento de calentamiento. Al estar en contacto térmico con la cúpula transparente 1, la superficie exterior 21 de elemento de calentamiento anular o en forma de anillo puede estar en contacto con todo el borde 12 de la cúpula transparente 1. Preferiblemente, la anchura 20 del elemento de calentamiento 2 (la anchura de un sector anular) puede ser sustancialmente igual o mayor que la anchura lateral del borde (perimetral) 12.

Con referencia a las Figuras 5 y 6, según una realización, el elemento de calentamiento 2 puede comprender al menos una placa de circuito impreso (PCB) 25. Preferiblemente, la placa de circuito impreso (PCB) 25 puede ser una placa de circuito impreso calentada. Más preferiblemente, la placa de circuito impreso puede estar hecha de un material metálico. Más preferiblemente, el material metálico puede ser un material metálico que tenga una conductividad térmica igual o superior a 1 (W/(mK)). Por ejemplo, el material metálico puede ser una aleación a base de cobre o una aleación a base de aluminio. La placa de circuito impreso (PCB) 25, en particular, el cuerpo anular principal 26, puede ser calentado por al menos un elemento resistivo 23 (R1 a R8), en donde el al menos un elemento resistivo 23 puede estar al menos parcialmente integrado y/o dispuesto en el cuerpo anular principal. El elemento resistivo 23, p. ej., puede ser una resistencia de tipo 1R6 (1,6 ohmios). La placa de circuito impreso puede comprender en particular una pluralidad de elementos resistivos 23, en donde, preferiblemente, los elementos resistivos están dispuestos sustancialmente de manera uniforme en una superficie y/o a lo largo de la extensión de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, la pluralidad de elementos resistivos 23 pueden disponerse en la superficie exterior 21 de elemento de calentamiento para estar distribuidos de manera sustancialmente uniforme alrededor de un eje de simetría del elemento de calentamiento 2. Por ejemplo, si la pluralidad de elementos resistivos 23 comprende ocho elementos resistivos 23, el ángulo entre cada par de elementos resistivos consecutivos 23 puede ser sustancialmente igual a 45°. Como se muestra en la Figura 5, los elementos resistivos 23 pueden conectarse recíprocamente en serie y pueden comprender un par de conectores eléctricos 24. Los conectores eléctricos o elementos de conexión 24 permiten que los elementos resistivos 23 se conecten a una fuente eléctrica (no ilustrada).

El uso de una placa de circuito impreso (PCB) 25 mejora la eficiencia de calentamiento de la cúpula transparente, en particular, dando como resultado un calentamiento uniforme de la cúpula transparente, lo que conduce a un aumento en la precisión de medición del piranómetro.

El piranómetro comprende además al menos un elemento aislante térmico 3. El elemento aislante térmico 3 tiene forma anular. Alternativamente, el elemento aislante térmico 3 puede tener forma de anillo o de arco.

Una sección transversal ilustrativa del elemento aislante térmico 3 se describe a continuación con referencia a la Figura 4. Particularmente, la sección transversal del elemento aislante térmico 3 puede comprender una parte principal 30a que tiene sustancialmente, en particular, una forma de cuadrilátero.

Una primera parte saliente lateral interior 30b y una segunda parte saliente lateral interior 30f del elemento aislante térmico 3 pueden extenderse sustancialmente en dirección hacia dentro desde una superficie interior lateral de la parte principal 30a. La superficie interior lateral de la parte principal puede ser una superficie que, cuando el elemento aislante térmico 3 está conectado a la cúpula transparente 1, está orientado sustancialmente hacia el espacio cerrado interior 14 definido por la cúpula transparente 1.

Al menos una ranura lateral interior 30g está formada en el elemento aislante térmico 3 entre la primera parte saliente lateral interior 30b y una segunda parte saliente interior lateral 30f. La ranura lateral interior 30g puede estar orientada sustancialmente hacia el espacio cerrado interior 14 definido por la cúpula transparente 1, cuando el elemento aislante térmico 3 está conectado a la cúpula transparente 1.

Una primera parte saliente superior 30c y una segunda parte saliente superior 30d pueden extenderse hacia arriba desde una superficie exterior 31 de elemento aislante térmico. La segunda parte saliente superior 30d puede tener forma de L. Se puede formar al menos una ranura 30e entre la primera parte saliente superior 30c y la segunda parte saliente superior 30d.

El elemento aislante térmico 3 puede comprender una superficie interior 32 de elemento aislante térmico, que es opuesta a la superficie exterior 31 de elemento aislante térmico. La superficie exterior 31 de elemento aislante térmico puede corresponder sustancialmente a una superficie de la parte principal 30a, en donde la primera parte saliente superior 30c y la segunda parte saliente superior 30d se extienden.

Como se ilustra en la Figura 4, el elemento aislante térmico 3 debe disponerse para contactar con una primera superficie del elemento de calentamiento 2 para aislar térmicamente dicha superficie del elemento de calentamiento 2. Más particularmente, cuando el elemento de calentamiento 2 y el elemento aislante térmico 3 están montados juntos, la superficie exterior 31 de elemento aislante térmico puede contactar con la superficie interior 22 de elemento de calentamiento para aislar térmicamente la superficie interior 22 de elemento de calentamiento del elemento de calentamiento 2. En otras palabras, la superficie exterior 31 de elemento aislante térmico puede formar una superficie de soporte para el elemento de calentamiento 2, cuando el elemento aislante térmico 3 y el elemento de calentamiento 2 están montados juntos.

Como se ilustra en la Figura 4, debido a la forma del elemento aislante térmico 3, en particular por la disposición de las partes salientes 30b, 30c, 30d y 30f, el elemento aislante térmico 3 permite aislar térmicamente el elemento de calentamiento 2 con respecto al otro componente que forma el piranómetro 100.

Por ejemplo, la estructura de soporte 5, cuando se monta en la cúpula transparente 1, el elemento de calentamiento 2, el elemento aislante térmico 3 y el elemento de montaje 4, está aislada térmicamente de los componentes anteriores. En otras palabras, el calor transferido desde el elemento de calentamiento 2 a la cúpula transparente 1 no se transfiere a la estructura de soporte 5 y a los otros componentes del piranómetro 100, debido a la disposición del elemento aislante térmico 3. Además, cuando los componentes mencionados anteriormente están montados en el piranómetro 100, en donde el piranómetro comprende al menos un sensor para detectar la irradiancia solar 104, por ejemplo, un sensor basado en termopilas, el sensor 104 está térmicamente desacoplado de la cúpula transparente 1 y/o el elemento de calentamiento 2 por medio de al menos un elemento aislante térmico 3.

El elemento aislante térmico 3 puede estar hecho de un material aislante térmico. Un material aislante térmico puede ser un material que está configurado para evitar, o al menos reducir, la transferencia de calor (es decir, la transferencia de energía térmica entre objetos de diferente temperatura) entre objetos en contacto térmico. Preferiblemente, el elemento aislante térmico 3 puede estar hecho de polímero termoplástico.

Un elemento aislante térmico 3, en particular, la superficie exterior 31 de elemento aislante térmico, está dispuesto para contactar con al menos una parte del elemento de calentamiento 2. Esto permite aislar el elemento de calentamiento 2 de los otros componentes del piranómetro, por ejemplo, el sensor basado en termopilas. Esto evita que el calor producido por el elemento de calentamiento 2 se transfiera a los otros componentes del piranómetro, dando como resultado un estado de desviación. En otras palabras, el elemento aislante térmico 3 minimiza la desviación de la señal, es decir, evita que la desviación de la señal de medición sea excesiva, debido al calentamiento adicional que se produce en cualquier piranómetro dotado de elementos de calentamiento adicionales. En consecuencia, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

El piranómetro comprende además un elemento de montaje 4.

Como se ilustra en la Figura 4, el elemento de montaje 4 tiene forma anular o de anillo. La sección transversal del elemento de montaje 4 tiene sustancialmente forma de L. Una parte saliente 40, preferiblemente una parte saliente en forma de diente, se extiende desde una superficie lateral exterior 41 del elemento de montaje 4. La superficie posterior exterior 41 es una superficie lateral del elemento de montaje 4 orientada sustancialmente hacia fuera desde el elemento de montaje 4.

En particular, la parte saliente 40 tiene una forma que es complementaria con respecto a la forma de la ranura lateral interior 30g dispuesta en el elemento aislante térmico 3. Esto permite montar el elemento de montaje 4 en el elemento aislante térmico 3 mientras se retiene el elemento de calentamiento 2 entre los mismos. En otras palabras, cuando la cúpula transparente 1, el elemento de calentamiento 2, el elemento aislante térmico 3 y el elemento de montaje 4 se montan juntos, el elemento de calentamiento 2 queda confinado entre el elemento aislante térmico 3 y el elemento de montaje 4, y la cúpula transparente 1.

El elemento de montaje 4 puede estar hecho de un material metálico o de un material polimérico termoplástico. Por ejemplo, el elemento de montaje 4 puede estar hecho de aleación de aluminio.

El elemento de montaje 4 permite unir el elemento de calentamiento 2 a la cúpula transparente 1 sin utilizar ningún elemento/sistema de unión tradicional, p. ej., pegamento o tornillos. El elemento de montaje 4 evita ventajosamente la formación de puentes térmicos entre el elemento de calentamiento 2 y los otros componentes del piranómetro, evitando así una transferencia de calor a los otros componentes del piranómetro 100. En consecuencia, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

La cúpula transparente 1, el elemento de calentamiento 2, el elemento aislante térmico 3 y/o el elemento de montaje 4 pueden montarse en una estructura de soporte 5. La estructura de soporte 5 puede tener una forma anular. En otras palabras, la estructura de soporte 5 puede tener forma de anillo.

Haciendo referencia a la Figura 1, la estructura de soporte 5 puede comprender al menos una ranura de forma circular 50 que define una superficie de forma anular 51 configurada para soportar el conjunto 6 formado por la cúpula transparente 1, el elemento de calentamiento 2, el elemento aislante térmico 3 y el elemento de montaje 4. Además, la estructura de soporte 5 puede comprender al menos una abertura pasante 52. Cuando el conjunto 6 y la estructura de soporte 5 están montados en un piranómetro 100, los otros componentes del piranómetro 100 pueden disponerse en el espacio debajo de la cúpula transparente 1 a través de la abertura pasante 52. Por ejemplo, si el piranómetro 100 comprende una segunda cúpula transparente interior 101, la segunda cúpula transparente interior 101 puede disponerse debajo de la superficie interior 11 de la cúpula transparente exterior 1, a través de la abertura 52. Adicionalmente, la estructura de soporte 5 puede comprender una pluralidad de orificios pasantes 53 para montar la estructura de soporte 5 en un piranómetro 100, en particular, en una estructura de cuerpo principal 102 del piranómetro 100. La estructura de soporte 5 puede estar unida a la estructura de cuerpo principal 102 del piranómetro 100, por medio de uno o más elementos de unión mecánicos, es decir, tornillos 103.

Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, el elemento aislante térmico 3 se puede unir por bloqueo o bloquear con respecto a la estructura de soporte 5 presionando o encajando el elemento aislante térmico 3 en el interior de la ranura de forma circular 50. Por ejemplo, el elemento aislante térmico 3 se puede presionar por medio de una prensa. En consecuencia, las dimensiones y las tolerancias de la ranura de forma circular 50 y el elemento aislante térmico 3 pueden elegirse de manera que estas partes solo puedan montarse utilizando una prensa. Una vez montado, el elemento aislante térmico 3 se apoya en la superficie de forma anular 51 de la estructura de soporte 5. Posteriormente, el elemento de calentamiento 2 se dispone en el elemento aislante térmico 3 y queda retenido con respecto al elemento aislante térmico 3 por medio del elemento de montaje 4. En particular, el elemento de montaje 4 se puede montar en el elemento aislante térmico 3 mientras se retiene el elemento de calentamiento 2 entre los mismos. El elemento de montaje 4 también se puede presionar al menos parcialmente al interior de la ranura de forma circular 50, p. ej., por medio de una prensa. Finalmente, la cúpula transparente 1 puede montarse o fijarse con respecto al elemento de calentamiento 2 por medio de un adhesivo.

Con referencia a las Figuras 7 a 10, se ilustra un piranómetro ilustrativo 100 que comprende la cúpula transparente 1, p. ej., según la realización de las Figuras 1 a 4. El piranómetro 100 en particular es un piranómetro basado en termopilas. Aunque la presente descripción y los dibujos se refieren a un piranómetro de termopilas, la cúpula transparente 1 se puede usar con cualquier otro tipo de piranómetro conocido, por ejemplo, con un piranómetro fotovoltaico y/o un piranómetro basado en fotodiodos.

El piranómetro 100 puede comprender adicionalmente un cuerpo principal 102 y al menos una cubierta de protección solar 107. El cuerpo principal 102 puede ser o comprender un recipiente o recinto configurado para contener los componentes que forman el piranómetro 100, en concreto, un sensor 104 o un controlador 105, tal como se muestra, p. ej. en la Figura 9.

El cuerpo principal 102 comprende una superficie superior 1020. En la superficie superior 1020 pueden estar dispuestos una pluralidad de orificios ciegos 1021. La pluralidad de orificios 1021 permite montar el conjunto 6 de manera amovible en el cuerpo principal 102 del piranómetro 100. El cuerpo principal 102 puede estar dotado de uno o más pies de nivelación 106 para soportar el principal 102, p. ej., en una superficie de suelo S.

Haciendo referencia a la Figura 9, el piranómetro 100 puede comprender al menos un sensor 104 para medir la irradiancia solar. El sensor 104 puede estar dispuesto en el cuerpo principal 102, particularmente en el espacio 14 debajo de la segunda cúpula transparente interior 101. El segundo transparente interior 101 puede estar dispuesto en el espacio 14 debajo de la superficie interior 11 de la cúpula transparente 1.

El controlador 105, por ejemplo, un microcontrolador, puede conectarse operativamente al sensor 104. El sensor 104 puede ser un sensor para medir la irradiancia solar, por ejemplo, un sensor basado en termopilas 104. El controlador 105, en base a una señal proporcionada por el sensor de irradiancia solar 104 (sensor para medir la irradiancia solar), puede medir o determinar la irradiancia solar y emitir un valor de irradiancia solar.

El controlador 105 puede configurarse además para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2. En otras palabras, la cantidad de calor generado por el elemento de calentamiento 2 y transferido, por contacto, a la cúpula transparente 1, puede ser controlada por el controlador 105. Por ejemplo, el controlador 105 puede encender (activar) o apagar (desactivar) el elemento de calentamiento 2. Además, el controlador 105 puede aumentar o disminuir la cantidad de calor generado por el elemento de calentamiento 2, aumentando o disminuyendo así la cantidad de calor transferido, por contacto, a la cúpula transparente 1. En consecuencia, el controlador 105 está conectado operativamente al elemento de calentamiento 2.

Por ejemplo, si el elemento de calentamiento 2 comprende una placa de circuito impreso (PCB) 25 que comprende uno o más elementos resistivos 23, la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 se puede controlar controlando la intensidad de la corriente suministrada a los elementos resistivos 23, a través de los conectores eléctricos 24. Dicho de otra manera, el controlador 105 puede configurarse para controlar la corriente suministrada a los elementos resistivos 23, ajustando así la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2.

Según una realización, el controlador 105 puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 en base a la irradiancia solar medida por el piranómetro 100. Más particularmente, el controlador 105 puede configurarse para controlar (particularmente por medio de encendido, apagado y/o aumento o disminución) la potencia calorífica del calentamiento, particularmente en base a la magnitud de la irradiancia solar medida por el piranómetro 100.

Un controlador 105 configurado para regular la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2, es decir, encender/apagar el elemento de calentamiento 2 o aumentar/disminuir su potencia calorífica, permite ventajosamente calentar la cúpula transparente 1, p. ej., antes de la salida del sol (es decir, cuando no existe irradiancia solar), y apagar el elemento de calentamiento 2 después de descongelar la cúpula transparente 1 y/o durante/después de la salida del sol cuando el piranómetro empieza a medir o mide la irradiancia solar. Esto permite reducir la señal de desviación generada por el calentamiento adicional mientras el piranómetro mide la irradiancia solar. En consecuencia, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

Más particularmente, según un primer ejemplo, el controlador 105 puede configurarse para aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 supera, es decir, está por debajo de, un primer umbral de irradiancia solar especificado S1. El primer umbral S1 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminado o predeterminable. Por ejemplo, el primer umbral de irradiancia solar especificado S1 puede ser predeterminado, tal como sustancialmente igual a una magnitud nula de la irradiancia solar (irradiancia solar medida igual a cero), por ejemplo, durante las horas nocturnas cuando el piranómetro 100 no mide irradiancia solar.

Alternativamente, el primer umbral S1 de irradiancia solar especificado puede determinarse si el piranómetro 100 mide una magnitud nula de la irradiancia solar (el piranómetro mide cero irradiancia solar), por medio del sensor 104, en donde el sensor 104 está conectado operativamente al controlador 105. En otras palabras, los primeros umbrales S1 de irradiancia solar especificados pueden corresponder sustancialmente a un estado cuando el piranómetro 100 mide una cantidad de irradiancia solar nula, es decir, igual a cero, por ejemplo, durante las horas nocturnas.

En consecuencia, si la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 está por debajo de los primeros umbrales de irradiancia solar especificados S1 que corresponden a (o se consideran) una magnitud de irradiancia solar nula (irradiancia solar medida igual a cero), el controlador 105 puede encender el elemento de calentamiento 2. El controlador 105 también puede estar dotado de un temporizador (no ilustrado), que también puede controlar el tiempo que el elemento de calentamiento 2 está encendido (o el lapso de tiempo durante el cual el elemento de calentamiento 2 se mantiene encendido), mientras que el piranómetro 100 no mide ninguna irradiancia solar. Además, el controlador 105 puede configurarse para aumentar la cantidad de potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 después de que el elemento de calentamiento 2 se ha encendido.

En consecuencia, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 comprende una fase de medir la irradiancia solar, por ejemplo, por medio del sensor 104 y del controlador 105, y una fase de controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2. Preferiblemente, controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 puede basarse en la irradiancia solar medida por el piranómetro 100.

Además, si la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 supera un primer umbral de irradiancia solar especificado S1 como se ha descrito anteriormente (particularmente, está por debajo de un valor nulo de la irradiancia solar, irradiancia solar medida igual a cero), el método comprende una etapa de aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2, es decir, se enciende el elemento de calentamiento 2.

La configuración y el método descritos anteriormente para controlar el elemento de calentamiento pueden realizarse durante las horas nocturnas, cuando no se mide ninguna irradiancia solar, y preferiblemente justo antes de la salida del sol. De manera específica, por medio del encendido y, opcionalmente, aumentando la potencia calorífica del elemento de calentamiento, antes de la salida del sol, es posible calentar la cúpula transparente 1 antes del comienzo de la medición de la irradiancia solar por parte del piranómetro. En consecuencia, calentando la cúpula transparente 1 antes del comienzo de la medición de la irradiancia solar, es posible reducir o eliminar cualquier capa de rocío o escarcha que pueda cubrir la superficie exterior 10 de la cúpula transparente 1, mejorando así la precisión de medición del piranómetro 100, especialmente durante las primeras horas del día, es decir, cuando el sol aparece y sale.

Según un segundo ejemplo, el controlador 105 también puede configurarse para disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 supera, es decir, está por encima de, un segundo umbral de irradiancia solar especificado S2. Un segundo umbral de irradiancia solar especificado S2 puede ser predeterminado o predeterminable. Por ejemplo, el segundo umbral S2 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminado, tal como sustancialmente igual a una magnitud nula de la irradiancia solar (irradiancia solar medida igual a cero), por ejemplo, durante las horas nocturnas cuando el piranómetro 100 no mide irradiancia solar. Alternativamente, el segundo umbral de irradiancia solar especificado S2 puede corresponder a una cierta cantidad/magnitud especificada de irradiancia solar, que es un valor positivo de irradiancia solar medida por el piranómetro 100 (durante las horas diurnas).

Alternativamente, el segundo umbral S2 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminable si el piranómetro 100 mide una magnitud nula de la irradiancia solar (el piranómetro mide una irradiancia solar igual a cero), por medio del sensor 104, estando conectado operativamente el sensor 104 al controlador 105. Alternativamente, además, el segundo umbral S2 de irradiancia solar especificado puede determinarse si el piranómetro 100 mide una cantidad/magnitud especificada de irradiancia solar por medio del sensor 104 conectado operativamente al controlador 105. En otras palabras, los segundos umbrales S2 de irradiancia solar especificados pueden corresponder sustancialmente a un estado cuando el piranómetro 100 mide una cantidad de irradiancia solar igual a cero, por ejemplo, durante las horas nocturnas, o cuando el piranómetro mide una cierta cantidad/magnitud baja especificada de irradiancia solar. En el primer caso (el piranómetro mide cero irradiancia solar), los segundos umbrales de irradiancia solar especificados S2 pueden corresponder sustancialmente, es decir, ser iguales, con respecto a los primeros umbrales de irradiancia solar especificados S1.

En consecuencia, si la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 está por encima del segundo umbral de irradiancia solar especificado S2 que corresponde a una magnitud nula de irradiancia solar (irradiancia solar medida igual a cero) o está por encima hasta una cierta cantidad/magnitud de irradiancia solar, el controlador 105 puede disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2. Además, el controlador 105 también puede configurarse para apagar el elemento de calentamiento 2, si la irradiancia solar supera un segundo umbral de irradiancia solar especificado S2. El controlador 105 también puede estar dotado de un temporizador (no ilustrado), que también puede controlar el apagado del elemento de calentamiento 2.

Según la segunda configuración ilustrativa del controlador 105 descrita anteriormente, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 comprende una fase de medir de la irradiancia solar, por ejemplo, por medio del sensor 104 y por medio del controlador 105, y una fase de controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2. Preferiblemente, controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 se puede basar en la irradiancia solar medida por el piranómetro 100. Además, si la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 supera (está por encima de) un segundo umbral S2 de irradiancia solar especificado como se ha descrito anteriormente, se realiza una etapa de disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 (particularmente, apagar el elemento de calentamiento 2).

La configuración y el método descritos anteriormente para medir la irradiancia solar pueden realizarse durante después de que se ha encendido el elemento de calentamiento 2 para eliminar cualquier capa de rocío o escarcha que pueda cubrir la superficie exterior 10 de la cúpula transparente 1. Más particularmente, durante la salida del sol, la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 puede disminuir y/o el elemento de calentamiento 2 puede apagarse para reducir y, preferiblemente, anular, una desviación de señal que puede ser causada por el calentamiento de la cúpula transparente 1. Ventajosamente se obtiene una mejora de la precisión de medición.

El controlador 105 también puede configurarse para calcular un valor de desviación de irradiancia solar en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento 2. Por ejemplo, el parámetro de control del elemento de calentamiento 2 puede ser la intensidad de la corriente o la energía suministrada al elemento de calentamiento 2, si el elemento de calentamiento es, por ejemplo, una placa de circuito impreso 25. En otras palabras, en base a la magnitud del parámetro de control del elemento de calentamiento 2, el controlador 105 puede calcular un valor de desviación de irradiancia solar para añadir/sumar o restar/deducir con respecto a la irradiancia solar medida por el piranómetro 100. En consecuencia, el controlador 105 puede configurarse para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro 100, en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado en base al parámetro de control del elemento de calentamiento 2. En otras palabras, el controlador 105 corrige la irradiancia solar medida en base a la desviación previamente calculada y en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento 2.

Por ejemplo, el controlador 105 puede calcular un valor de desviación en base a la potencia de calentamiento aplicada en el elemento de calentamiento 2, en donde el valor de desviación tiene en cuenta el aumento de temperatura debido al elemento de calentamiento 2. En base a este valor de desviación, el controlador puede modificar la irradiancia solar (de manera específica, reducir el valor de la irradiancia solar medida) permitiendo obtener así una medición correcta de la irradiancia solar.

Esta configuración del controlador 105 permite corregir la irradiancia solar medida por el piranómetro teniendo en cuenta el calentamiento adicional y, por lo tanto, el aumento de temperatura, que se produce cuando el elemento de calentamiento 2 calienta la cúpula transparente 1. En consecuencia, se mejora la precisión de medición del piranómetro.

Específicamente, el controlador 105 puede configurarse para calcular el valor de desviación de irradiancia solar en base al parámetro de control del elemento de calentamiento 2, cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 10 supera, es decir, está por debajo de, un tercer umbral de irradiancia solar especificado S3. Un tercer umbral S3 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminado o predeterminable. Por ejemplo, el tercer umbral de irradiancia solar especificado S3 puede ser predeterminado, tal como sustancialmente igual a una magnitud nula de la irradiancia solar (irradiancia solar medida igual a cero), por ejemplo, durante las horas nocturnas cuando el piranómetro 100 no mide irradiancia solar. Alternativamente, el tercer umbral S3 de irradiancia solar especificado puede determinarse si el piranómetro 100 mide una magnitud nula de la irradiancia solar (el piranómetro mide cero irradiancia solar), por medio del sensor 104, estando conectado operativamente el sensor 104 al controlador 105. En otras palabras, los terceros umbrales S3 de irradiancia solar especificados pueden corresponder sustancialmente a un estado cuando el piranómetro 100 mide una cantidad de irradiancia solar nula, es decir, igual a cero, por ejemplo, durante las horas nocturnas.

En consecuencia, cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro está por debajo de un tercer umbral de irradiancia solar especificado S3 (irradiancia solar nula), por ejemplo, durante las horas nocturnas, el controlador 105 puede configurarse para encender el elemento de calentamiento 2 y/o aumentar/disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2. Al ajustar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2, el controlador 105 puede configurarse para calcular el valor de desviación de irradiancia solar en base al parámetro de control del elemento de calentamiento 2, como se describe anteriormente.

Además, al monitorear la desviación de irradiancia solar, el controlador 105 puede configurarse para determinar si, en vista del aumento de la temperatura en el piranómetro solo debido al elemento de calentamiento 2 (durante las horas nocturnas, debido a la falta de irradiancia solar, el aumento de la temperatura solo depende del elemento de calentamiento 2), se necesita una corrección de la irradiancia solar durante las horas diurnas si el elemento de calentamiento 2 está funcionando entonces. En otras palabras, el controlador 105 puede calcular la cantidad de aumento de temperatura en el piranómetro 100 y/o puede configurarse para determinar si, en base a la magnitud del aumento de temperatura, se necesita una corrección de la irradiancia solar. Si se necesita una corrección, el controlador 105 puede configurarse para modificar la irradiancia solar en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado como se describió anteriormente, cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 supera, es decir, está por encima de, un cuarto umbral de irradiancia solar especificado S4, por ejemplo, durante las horas diurnas. El cuarto umbral S4 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminado o predeterminable. Según un ejemplo, el cuarto umbral S4 de irradiancia solar especificado puede ser predeterminado, tal como sustancialmente igual a una magnitud nula de la irradiancia solar (irradiancia solar medida igual a cero), por ejemplo, durante las horas nocturnas cuando el piranómetro 100 no mide ninguna irradiancia solar, o a una cierta cantidad/magnitud especificada (positiva) de irradiancia solar, es decir, cuando el piranómetro 100 mide un valor positivo de irradiancia solar durante las horas diurnas.

Alternativamente, el cuarto umbral S4 de irradiancia solar especificado puede determinarse si el piranómetro 100 mide una magnitud nula de la irradiancia solar (el piranómetro mide cero irradiancia solar), por medio del sensor 104 basado en termopilas conectado operativamente al controlador 105.

También alternativamente, el cuarto umbral S4 de irradiancia solar especificado puede determinarse si el piranómetro 100 mide una cantidad/magnitud especificada de irradiancia solar, por medio del sensor 104 conectado operativamente al controlador 105. En otras palabras, los cuartos umbrales de irradiancia solar especificados S4 pueden corresponder sustancialmente a un estado cuando el piranómetro 100 mide una cantidad de irradiancia solar nula, es decir, igual a cero, por ejemplo, durante las horas nocturnas, o cuando el piranómetro mide una cierta cantidad/magnitud especificada de irradiancia solar. Si el cuarto umbral S4 de irradiancia solar especificado corresponde a un estado cuando se mide una cantidad nula de irradiancia solar, los cuartos umbrales S4 de irradiancia solar especificados pueden corresponder sustancialmente, es decir, ser iguales, con respecto a los primeros umbrales de irradiancia solar especificados S3.

Según la configuración ilustrativa descrita anteriormente del controlador 105, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 puede comprender además una fase de calcular una desviación de irradiancia solar en base a la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 10 supera (está por debajo de) un tercer umbral S3 de irradiancia solar especificado; y una fase de modificar la irradiancia solar en base a la señal de desviación de irradiancia solar calculada cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro 10 supera (está por encima de) un cuarto umbral de irradiancia solar especificado S4.

Según la configuración y el método para medir la irradiancia solar descritos anteriormente, el controlador 105 puede ajustar/variar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 durante las horas nocturnas mientras calcula en particular un valor de desviación de la irradiancia solar en base a la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2.

Además, el controlador puede configurarse para determinar, en base a la magnitud del valor de desviación, si puede ser necesaria una corrección de la irradiancia solar durante las horas diurnas. Si es necesario, el controlador está configurado para calcular la magnitud de esta corrección, es decir, la magnitud del valor de irradiancia solar. Finalmente, el controlador 105 puede modificar/corregir la irradiancia solar para incluir el valor de desviación durante las horas diurnas para proporcionar un valor correcto de la irradiancia solar, particularmente, teniendo en cuenta el calor generado por el elemento de calentamiento 2. En consecuencia, se obtiene una mejora de la precisión de medición.

En otra configuración ilustrativa del piranómetro 100, el piranómetro puede comprender al menos un sensor de temperatura 108 como se ilustra en detalle en la Figura 10. El sensor de temperatura 108 puede estar dispuesto en contacto con el borde 12 de la cúpula transparente 1, para medir la temperatura de al menos una parte de la cúpula transparente 1. El sensor de temperatura 108 puede estar dispuesto alternativamente en contacto con la superficie interior 11 de la cúpula transparente 1. El sensor de temperatura 108 puede ser o comprender un termopar y/o un sensor de temperatura basado en óptica.

El sensor de temperatura 108 puede conectarse operativamente al controlador 105 para proporcionar al controlador 105 el valor de temperatura de al menos una parte de la cúpula transparente 1.

El controlador 105 puede configurarse para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro 100 en base a la temperatura de la cúpula transparente 1 medida por el sensor de temperatura 108. Más particularmente, el controlador 105 puede configurarse para calcular un valor de desviación de la irradiancia solar en base al valor de temperatura de la cúpula transparente 1, medido por el sensor de temperatura 108. Por ejemplo, la magnitud del valor de desviación de irradiancia solar puede depender de la diferencia entre las temperaturas del sensor 104, particularmente, un sensor basado en termopilas, y la cúpula transparente 1. En consecuencia, el controlador 105 puede configurarse para modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar, basándose particularmente en la temperatura de la cúpula transparente 1.

Según la configuración ilustrativa descrita anteriormente del microcontrolador 105, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 puede comprender además una fase de medir la temperatura de la cúpula transparente; una fase de calcular un valor de desviación en base a la temperatura de la cúpula transparente; y una fase de modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar.

Según la configuración y el método para medir la irradiancia solar descritos anteriormente, el sensor de temperatura se puede usar para medir solo la temperatura de la cúpula y para realizar una corrección de la irradiancia solar medida por el piranómetro para obtener un estado de desviación cero. Este método de ajuste/corrección para corregir la irradiancia solar puede aplicarse también en un estado sin calentar la cúpula transparente 1 por medio del elemento de calentamiento 2. En consecuencia, se obtiene una mejora de la precisión de medición corrigiendo la irradiancia solar medida por el piranómetro, particularmente, considerando una diferencia de temperaturas entre el sensor, particularmente, un sensor basado en termopilas, y la temperatura de la cúpula transparente.

En otra configuración ilustrativa del piranómetro 100, el piranómetro puede comprender al menos un sensor de temperatura 108 como se ilustra en detalle en la Figura 10. El sensor de temperatura 108 puede estar dispuesto en contacto con el borde 12 de la cúpula transparente 1, para medir la temperatura de al menos una parte de la cúpula transparente 1. El sensor de temperatura 108 puede estar dispuesto alternativamente en contacto con la superficie interior 11 de la cúpula transparente 1. El sensor de temperatura 108 puede ser un termopar o un sensor de temperatura basado en óptica. El sensor de temperatura 108 puede conectarse operativamente al controlador 105 para proporcionar al controlador 105 el valor de temperatura de al menos una parte de la cúpula transparente 1. Según esta configuración ilustrativa, el controlador 105 puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 de manera que la temperatura medida de la cúpula transparente 1 supera una temperatura de umbral especificada T1.

En otras palabras, el controlador 105 puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 para mantener la cúpula transparente 1 a una temperatura especificada T1 (predeterminada o predeterminable). Preferiblemente, el umbral de temperatura T1 puede corresponder a la temperatura medida por el sensor 104, particularmente, un sensor basado en termopilas. Alternativa o adicionalmente, el controlador 105 puede configurarse para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 de manera que la diferencia de temperatura medida entre la temperatura de la cúpula transparente 1, medida por el sensor 108, y la temperatura medida por el sensor de irradiancia solar 104 del piranómetro 100 permanece sustancialmente constante.

En consecuencia, el controlador 105 puede configurarse para controlar, regulando de este modo, la potencia calorífica del elemento de calentamiento 2 (aumentando/disminuyendo la potencia calorífica), de manera que la temperatura de la cúpula transparente 1 corresponda a la temperatura medida por el sensor 104, particularmente, un sensor basado en termopilas, eliminando así cualquier desviación, por ejemplo, debido al enfriamiento o calentamiento de la cúpula transparente. Según la presente configuración ilustrativa, la desviación que sigue al calentamiento de la cúpula transparente 1 o que se debe al enfriamiento de la cúpula transparente 1, puede eliminarse calentando la cúpula transparente 1 de manera que la temperatura de la cúpula transparente 1 corresponda sustancialmente a la temperatura del sensor basado en termopilas 104. En consecuencia, se mejora la precisión de medición.

Según la configuración ilustrativa descrita anteriormente del controlador 105, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 puede comprender además una fase de medir la temperatura de la cúpula transparente 1, calentando la cúpula transparente 1 de manera que la temperatura medida de la cúpula transparente 1 supera un umbral de temperatura especificado T1. Según otra configuración ilustrativa del controlador 105, un método para medir la irradiancia solar con un piranómetro 100 puede comprender además una fase de medir la temperatura de la cúpula transparente 1, y calentar la cúpula transparente 1 de manera que la diferencia de temperatura entre la temperatura de la cúpula transparente 1 y la temperatura medida por un sensor 104 del piranómetro 100 permanece sustancialmente constante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Piranómetro (10) que comprende una cúpula transparente (1), comprendiendo la cúpula transparente (1) un elemento de calentamiento (2) dispuesto para contactar directamente con toda la superficie del borde (12) de la cúpula transparente (1) para contactar térmicamente con al menos una parte de la cúpula transparente (1) y calentar la cúpula transparente (1) por contacto, comprendiendo además el piranómetro (10) al menos un elemento aislante térmico de forma anular (3) montado en una estructura de soporte (5) y dispuesto para contactar con al menos una parte del elemento de calentamiento (2) para aislar térmicamente dicha al menos una parte del elemento de calentamiento (2), incluyendo el elemento aislante térmico (3) una ranura lateral interior (30g) sustancialmente orientada hacia el espacio cerrado interior (14) definido por la cúpula transparente, y comprendiendo además el piranómetro (10) un elemento de montaje de forma anular (4), incluyendo el elemento de montaje (4) una parte saliente (40) que se extiende desde una superficie lateral exterior (41) del elemento de montaje (4), estando orientada la superficie lateral exterior (41) sustancialmente hacia fuera desde el elemento de montaje (4), y teniendo el elemento de montaje (4) una sección transversal sustancialmente en forma de L, y en donde la parte saliente (40) tiene una forma que es complementaria con respecto a la forma de la ranura lateral interior (30g) de manera que el elemento de montaje (4) está montado en el elemento aislante térmico (3) mientras retiene el elemento de calentamiento (2) entre los mismos, quedando confinado el elemento de calentamiento (2) entre el elemento aislante térmico (3), el elemento de montaje (4) y la cúpula transparente (1) de manera que el calor transferido desde el elemento de calentamiento (2) a la cúpula transparente (1) no se transfiere a la estructura de soporte (5).

2. Piranómetro (10) según la reivindicación 1, en donde el elemento de calentamiento (2) comprende una placa de circuito impreso (PCB).

3. Piranómetro (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de calentamiento (2) tiene una forma general sustancialmente anular y/o en donde el elemento de calentamiento (2) comprende al menos un elemento resistivo (23).

4. Piranómetro (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, al menos un sensor (104) para detectar la irradiancia solar, en donde el sensor (104) está desacoplado térmicamente de la cúpula transparente (1) y/o el elemento de calentamiento (2) por medio del al menos un elemento aislante térmico (3).

5. Piranómetro (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, un controlador (5), en donde el controlador está configurado para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2), en donde el controlador (5) está configurado para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) en base a la irradiancia solar medida por el piranómetro (10), en donde el controlador (105) está configurado para aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro (100) supera un primer umbral de irradiancia solar especificado (S1); y/o en donde el controlador (105) está configurado para disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro (100) supera un segundo umbral de irradiancia solar especificado (S2), en donde el primer umbral de irradiancia solar especificado (S1) es igual al segundo umbral de irradiancia solar especificado (S2).

6. Piranómetro (100) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador (105) está configurado para calcular un valor de desviación de irradiancia solar en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento (2), y para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro (100), en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado; en donde el controlador (105) está configurado para calcular el valor de desviación de irradiancia solar en base al parámetro de control del elemento de calentamiento (2), cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro (10) supera un tercer umbral de irradiancia solar especificado (S3); y en donde el controlador (5) está configurado para modificar la irradiancia solar en base a un valor de desviación de irradiancia solar calculado cuando la irradiancia solar que es medida por el piranómetro (10) supera un cuarto umbral de irradiancia solar especificado (S4).

7. Piranómetro (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, al menos un sensor de temperatura (108) conectado operativamente al controlador (105), en donde el sensor de temperatura (108) está configurado para medir la temperatura de la cúpula transparente (1); en donde el controlador (5) está configurado para calcular una desviación de irradiancia solar en base a la temperatura de la cúpula transparente (1), y para modificar la irradiancia solar medida por el piranómetro (100) en base a la desviación de irradiancia solar.

8. Piranómetro (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, un sensor de temperatura (108) conectado operativamente al controlador (105), en donde el sensor de temperatura (108) está configurado para medir la temperatura de la cúpula transparente (1); y en donde el controlador (5) está configurado para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) de manera que la temperatura medida de la cúpula transparente (1) supera una temperatura de umbral especificada (T1), y/o en donde el controlador (5) está configurado para controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) de manera que la diferencia de temperatura medida entre la temperatura de la cúpula transparente (1) y la temperatura medida por un sensor (104) para detectar la irradiancia solar permanece sustancialmente constante.

9. Método para medir la irradiancia solar con un piranómetro (100) que comprende una cúpula transparente (1), comprendiendo el método:

calentar la cúpula transparente (1) por medio de un elemento de calentamiento (2), en donde el elemento de calentamiento (2) se dispone en contacto directo con toda la superficie del borde (12) de la cúpula transparente (1) para contactar térmicamente con al menos una parte de la cúpula transparente (1) y calentar la cúpula transparente (1) por contacto, comprendiendo además el piranómetro (10) al menos un elemento aislante térmico de forma anular (3) montado en una estructura de soporte (5) y dispuesto para contactar con al menos una parte del elemento de calentamiento (2) para aislar térmicamente dicha al menos una parte del elemento de calentamiento (2), incluyendo el elemento aislante térmico (3) una ranura lateral interior (30g) sustancialmente orientada hacia el espacio cerrado interior (14) definido por la cúpula transparente, y comprendiendo además el piranómetro (10) un elemento de montaje de forma anular (4), incluyendo el elemento de montaje (4) una parte saliente (40) que se extiende desde una superficie lateral exterior (41) del elemento de montaje (4), estando orientada la superficie lateral exterior (41) sustancialmente hacia fuera desde el elemento de montaje (4), y teniendo el elemento de montaje (4) una sección transversal sustancialmente en forma de L, y en donde la parte saliente (40) tiene una forma que es complementaria con respecto a la forma de la ranura lateral interior (30g) de manera que el elemento de montaje (4) se monta en el elemento aislante térmico (3) mientras retiene el elemento de calentamiento (2) entre los mismos, quedando confinado el elemento de calentamiento (2) entre el elemento aislante térmico (3), el elemento de montaje (4) y la cúpula transparente (1) de manera que el calor transferido desde el elemento de calentamiento (2) a la cúpula transparente (1) no se transfiere a la estructura de soporte (5).

10. Método para medir la irradiancia solar con un piranómetro (100) según la reivindicación 9, que comprende, además:

medir la irradiancia solar; y

controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2), en donde controlar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) se basa en la irradiancia solar medida por el piranómetro (10),

aumentar la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) si la irradiancia solar medida por el piranómetro (100) supera un primer umbral de irradiancia solar especificado (S1); y/o

disminuir la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) si la irradiancia solar que es medida por el piranómetro supera un segundo umbral de irradiancia solar especificado (S2).

11. Método para medir la irradiancia solar con un piranómetro (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, que comprende, además:

calcular una desviación de irradiancia solar en base a un parámetro de control del elemento de calentamiento (2);

modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar calculada;

calcular una desviación de irradiancia solar en base a la potencia calorífica del elemento de calentamiento (2) cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro (10) supera un tercer umbral de irradiancia solar especificado (S3); y

modificar la irradiancia solar en base a la señal de desviación de irradiancia solar calculada cuando la irradiancia solar medida por el piranómetro (10) supera un cuarto umbral de irradiancia solar especificado (S4).

12. Método para medir la irradiancia solar con un piranómetro (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende, además:

medir la temperatura de la cúpula transparente (1);

calcular un valor de desviación en base a la temperatura de la cúpula transparente (1); y

modificar la irradiancia solar en base a la desviación de irradiancia solar; o

que comprende:

medir la temperatura de la cúpula transparente (1), y

calentar la cúpula transparente (1) de manera que

la temperatura medida de la cúpula transparente (1) supera un umbral de temperatura especificado (T1); y/o

la diferencia de temperatura entre la temperatura de la cúpula transparente (1) y la temperatura medida por un sensor para detectar la irradiancia solar (104) del piranómetro (100) permanece sustancialmente constante.