ITUB20154608A1

ITUB20154608A1 - Polyhedral solar sensor

Info

Publication number: ITUB20154608A1
Application number: ITUB2015A004608A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Rossi
Original assignee: Alitec S R L
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-13

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

TITOLO TITLE

SENSORE SOLARE POLIEDRICO POLYHEDRIC SOLAR SENSOR

SETTORE TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione concerne un sensore solare per la misurazione dell'intensità della radiazione solare diretta assieme ai suoi angoli di incidenza, della radiazione solare diffusa e del loro peso spettrale. The present invention relates to a solar sensor for measuring the intensity of direct solar radiation together with its angles of incidence, of the scattered solar radiation and their spectral weight.

STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART

Risulta di grande importanza in vari settori della tecnica avere a disposizione informazioni relative all'energia associata alla radiazione solare ed al relativo peso spettrale, ed in particolare relative ai singoli contributi forniti dalla radiazione solare diretta e dalla radiazione solare diffusa, tra questi settori possiamo citare, ad esempio la meteorologia, l'agronomia, la produzione di energia elettrica dal sole, la climatizzazione di ambienti, settori questi ultimi nei quali tali informazioni sono di particolare utilità per verificare e massimizzare l'efficienza degli impianti fotovoltaici e dei sistemi di condizionamento degli ambienti. It is of great importance in various technical sectors to have information relating to the energy associated with solar radiation and the relative spectral weight, and in particular relating to the individual contributions provided by direct solar radiation and diffused solar radiation, among these sectors we can mention , for example meteorology, agronomy, the production of electricity from the sun, the air conditioning of environments, the latter sectors in which this information is particularly useful for verifying and maximizing the efficiency of photovoltaic systems and air conditioning systems. environments.

Secondo la tecnica nota tali informazioni vengono acquisite tramite due distinti strumenti: i piranometri ed i pireliometri. According to the known art, this information is acquired by means of two distinct instruments: the pyranometers and the pyrheliometers.

Il piranometro è uno strumento che permette di misurare l'intensità della radiazione solare globale, la quale è composta dalla radiazione diretta e dalla radiazione diffusa. Il principio di funzionamento di un piranometro si basa sulla differenza di temperatura di due superfici, una bianca ed una nera. La superficie scura (nera) ha la caratteristica di assorbire la maggior parte della radiazione solare. Quella bianca, al contrario, tende a riflettere la radiazione solare ed assorbe minore calore. La differenza di temperatura tra le due superfici è rilevata tramite termocoppie, in grado di trasformare il calore in segnale elettrico su piccola scala. Un piranometro è costituito da una grande quantità di termocoppie poste in serie. Uno dei due giunti, il giunto caldo, è esposto alla radiazione solare mentre il giunto freddo è in ombra, in questo modo andando a monitorare la differenza di potenziale tra le due giunzioni e la temperatura del giunto freddo è possibile conoscere la temperatura del giunto caldo e quindi la radiazione che irradia il sensore. The pyranometer is an instrument that allows you to measure the intensity of global solar radiation, which is composed of direct radiation and diffuse radiation. The operating principle of a pyranometer is based on the difference in temperature of two surfaces, one white and one black. The dark (black) surface has the characteristic of absorbing most of the solar radiation. The white one, on the other hand, tends to reflect solar radiation and absorbs less heat. The temperature difference between the two surfaces is detected by thermocouples, capable of transforming heat into an electrical signal on a small scale. A pyranometer consists of a large number of thermocouples placed in series. One of the two joints, the hot junction, is exposed to solar radiation while the cold junction is in the shade, in this way, by monitoring the potential difference between the two junctions and the temperature of the cold junction, it is possible to know the temperature of the hot junction. and therefore the radiation that the sensor radiates.

Grazie a questa soluzione applicativa il piranometro risulta in grado di assorbire lo spettro della radiazione solare in maniera completa, in quanto la sensibilità di una termocoppia è tra i 300 e i 2800 nm, ha un angolo solido di vista di 2TT, cioè tutto il cielo sopra l’orizzonte, e non richiede di essere connesso alla rete elettrica in quanto genera la potenza che gli serve per funzionare grazie al principio stesso della termopila, anche se il suo segnale è molto debole e perciò vulnerabile ai disturbi elettrici ed elettromagnetici. Il piranometro è quindi uno strumento di elevata accuratezza, con un errore di misura pari a circa l'1%, la sua misura non contiene alcuna informazione di tipo spettrale entro il range di misura appena indicato. Thanks to this application solution, the pyranometer is able to absorb the spectrum of solar radiation in a complete way, as the sensitivity of a thermocouple is between 300 and 2800 nm, it has a solid angle of view of 2TT, i.e. the whole sky above. the horizon, and does not require to be connected to the electricity grid as it generates the power it needs to function thanks to the principle of the thermopile itself, even if its signal is very weak and therefore vulnerable to electrical and electromagnetic disturbances. The pyranometer is therefore a highly accurate instrument, with a measurement error of approximately 1%, its measurement does not contain any spectral information within the measurement range just indicated.

Tuttavia, anche i piranometri sono soggetti a tutta una serie di errori, I principali sono l'effetto cosinusoidale, dovuto alla riflessione di una parte della radiazione da parte delle cupoline di vetro e del sensore, l'errore di offset dovuto all'emissione di energia radiante da parte del sensore verso la volta celeste e l'effetto di temperatura, dovuto all'aumento delle temperatura dello strumento stesso e delle termocoppie. Inoltre, si tratta di uno strumento piuttosto costoso, il cui utilizzo è quindi limitato a quelle applicazioni che ne giustificano il prezzo di acquisto. Strumenti meno costosi, pur basati sulle stesse modalità costruttive, sono disponibili sul mercato, ma la minore sofisticazione dell’apparato aumenta l’errore di misura al 2%. However, even pyranometers are subject to a whole series of errors.The main ones are the cosine effect, due to the reflection of a part of the radiation by the glass domes and the sensor, the offset error due to the emission of radiant energy from the sensor towards the celestial vault and the temperature effect, due to the temperature increase of the instrument itself and of the thermocouples. Furthermore, it is a rather expensive tool, the use of which is therefore limited to those applications that justify the purchase price. Less expensive instruments, although based on the same construction methods, are available on the market, but the lower sophistication of the apparatus increases the measurement error to 2%.

Diversamente, il pireliometro è uno strumento usato per misurare l'intensità della radiazione solare diretta ovvero quella che giunge a terra sotto un ben determinato angolo e senza subire riflessioni. È in genere costituito da un lungo tubo all'estremità del quale, perpendicolarmente, è posizionato il sensore. Otherwise, the pyrheliometer is an instrument used to measure the intensity of direct solar radiation, that is, that which reaches the ground under a specific angle and without undergoing reflections. It generally consists of a long tube at the end of which the sensor is positioned perpendicularly.

Il sensore è generalmente un corpo nero che assorbe tutta la radiazione solare riscaldandosi. Da una misura della temperatura del corpo si può risalire all'energia assorbita owero all'intensità della radiazione che l'ha colpito. The sensor is generally a black body that absorbs all the solar radiation as it heats up. From a measurement of the body's temperature it is possible to trace the energy absorbed or the intensity of the radiation that hit it.

Anche il pireliometro è uno strumento molto accurato, con un errore di circa l'1%, tuttavia, come il piranometro, è anche molto costoso. Versioni più economiche sono disponibili sul mercato e offrono un errore di misura di circa il 2%. Oltre al costo dello strumento, è necessario considerare il costo di acquisto, installazione e manutenzione di un inseguitore solare che garantisca il corretto puntamento del pireliometro verso il sole. La presenza di questo secondo apparato altera sensibilmente gli errori di misura ottenibili dal pireliometro in quanto agli errori intrinseci dello strumento vanno aggiunti quelli dell'inseguitore che, a causa di disallineamenti parziali o totali, dovuti a malfunzionamenti o rotture, aumentano l’errore di misura al 4 - 5%, a seconda della bontà dell’inseguitore e delle condizioni ambientali in cui viene installato l’apparato. Di nuovo, la costruzione tipica di un pireliometro non fornisce alcuna misura del peso spettrale della radiazione diretta. The pyrheliometer is also a very accurate instrument, with an error of around 1%, however, like the pyranometer, it is also very expensive. Cheaper versions are available on the market and offer a measurement error of approximately 2%. In addition to the cost of the instrument, it is necessary to consider the cost of purchasing, installing and maintaining a solar tracker that guarantees the correct pointing of the pyrheliometer towards the sun. The presence of this second apparatus significantly alters the measurement errors obtainable from the pyrheliometer as to the intrinsic errors of the instrument must be added those of the tracker which, due to partial or total misalignments, due to malfunctions or breakages, increase the measurement error at 4 - 5%, depending on the goodness of the tracker and the environmental conditions in which the device is installed. Again, the typical construction of a pyrheliometer does not provide any measure of the spectral weight of the direct radiation.

L'utilizzo simultaneo di un piranometro e di un pireliometro consente di conoscere sia l'intensità della radiazione diretta, grazie al pireliometro, sia l'intensità della radiazione diffusa, sottraendo all'intensità della radiazione globale, fornita dal piranometro, l'intensità della radiazione diretta, fornita dal pireliometro. Stazioni di misura più sofisticate uniscono un secondo piranometro opportunatamente ombreggiato da uno schermo circolare, con apertura angolare circa doppia di quella del sole, al fine di eliminare dalla sua misura il contributo della radiazione diretta: in questo caso il piranometro diventa un misuratore di luce solare diffusa; anche in questo caso, però, è necessario un inseguitore solare che mantenga costantemente in ombra la testa di misura del piranometro, muovendo opportunamente lo schermo testé citato. The simultaneous use of a pyranometer and a pyrheliometer allows to know both the intensity of the direct radiation, thanks to the pyrheliometer, and the intensity of the diffused radiation, subtracting the intensity of the direct radiation, provided by the pyrheliometer. More sophisticated measurement stations combine a second pyranometer suitably shaded by a circular screen, with an angular opening approximately double that of the sun, in order to eliminate the contribution of direct radiation from its measurement: in this case the pyranometer becomes a solar light meter widespread; also in this case, however, a solar tracker is required which constantly keeps the measuring head of the pyranometer in the shade, by suitably moving the aforementioned screen.

Nella tecnica sono noti anche sensori solari in cui elementi sensoriali giacciono su una pluralità di superfici piane disposte a formare un poliedro esteso su un angolo solido di 2TT. In the art, solar sensors are also known in which sensory elements lie on a plurality of flat surfaces arranged to form a polyhedron extended over a solid angle of 2TT.

Ad esempio, il brevetto statunitense US 4,361 ,758 mostra un sensore di posizione solare che comprende una pluralità di sensori solari disposti sulle facce di una cupola geodetica e mezzi di controllo ed attuazione di movimenti di rotazione azimutale ed elevazionale, in cui ogni posizione azimutale ed elevazionale che può assumere il sensore di posizione corrisponde ad una delle suddette facce della cupola geodetica. Per avere una risoluzione sufficientemente elevata il sensore di posizione deve avere un numero di facce estremamente elevato. For example, the United States patent US 4,361, 758 shows a solar position sensor which comprises a plurality of solar sensors arranged on the faces of a geodesic dome and means for controlling and actuating azimuth and elevation rotation movements, in which each azimuth and elevation that the position sensor can assume corresponds to one of the aforementioned faces of the geodesic dome. To have a sufficiently high resolution, the position sensor must have an extremely high number of faces.

La domanda internazionale WO 2011/126316 descrive un altro sensore solare adatto a misurare l'angolo azimutale e di elevazione del sole. In questo caso il sensore di posizione solare consiste in un corpo a forma di poliedro che ha una faccia superiore piana ed una pluralità di facce che si estendono inclinate da questa, ognuna con un proprio angolo di inclinazione. Il corpo del sensore ha tredici facce, compresa la faccia superiore, con elementi sensoriali disposti solo su nove di esse. Un'unità di controllo compresa nella porzione interna del corpo poliedrico del sensore stima la posizione del sole sfruttando segnali compositi provenienti da almeno due sensori. International application WO 2011/126316 discloses another solar sensor suitable for measuring the azimuth and elevation angle of the sun. In this case the solar position sensor consists of a polyhedron-shaped body which has a flat upper face and a plurality of faces extending inclined from this, each with its own angle of inclination. The sensor body has thirteen faces, including the top face, with sensory elements arranged on only nine of them. A control unit included in the internal portion of the polyhedral body of the sensor estimates the position of the sun using composite signals coming from at least two sensors.

Sensori poliedrici come quelli sopra descritti hanno chiaramente come unica funzione quella di individuare la posizione del sole e vengono associati a inseguitori solari: l’eventuale misurazione della intensità solare da essi eseguita ha scopi asserviti esclusivamente alla determinazione della posizione del sole, e quindi all'inseguimento e non si prefigge alcuna finalità metrologica. Polyhedral sensors such as those described above clearly have the sole function of identifying the position of the sun and are associated with solar trackers: any measurement of the solar intensity carried out by them has purposes exclusively used to determine the position of the sun, and therefore to tracking and does not have any metrological purpose.

SINTESI DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è allora quello di proporre un sensore solare in grado di misurare i contributi di radiazione solare diretta, i suoi angoli di incidenza rispetto al sensore e il contributo di radiazione solare diffusa. The aim of the present invention is therefore to propose a solar sensor capable of measuring the contributions of direct solar radiation, its angles of incidence with respect to the sensor and the contribution of diffuse solar radiation.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di proporre un sensore solare in grado anche di ponderare, entro certi limiti, i contributi spettrali della radiazione solare diretta e della radiazione solare diffusa. Another object of the invention is to propose a solar sensor which is also capable of weighting, within certain limits, the spectral contributions of direct solar radiation and diffused solar radiation.

Un altro scopo della presente invenzione è proporre un sensore solare in grado di integrare in un unico sensore le funzionalità di una stazione di misura composta da un piranometro, un pireliometro e dal relativo inseguitore, con accuratezza paragonabile ai suddetti strumenti ma con un costo di gran lunga inferiore. Another object of the present invention is to propose a solar sensor capable of integrating in a single sensor the functions of a measurement station consisting of a pyranometer, a pyrheliometer and the relative tracker, with accuracy comparable to the aforementioned instruments but with a great cost. long lower.

Secondo un aspetto della presente invenzione gli scopi suddetti ed altri ancora sono raggiunti per mezzo di un sensore solare per la misurazione dell'intensità della radiazione solare diretta e della radiazione solare diffusa comprendente: According to an aspect of the present invention, the aforesaid and other purposes are achieved by means of a solar sensor for measuring the intensity of direct solar radiation and diffused solar radiation comprising:

• gruppi di fotorivelatori ciascuno adatto a rilevare l'intensità della radiazione solare che lo raggiunge, • groups of photodetectors each suitable for detecting the intensity of the solar radiation that reaches it,

• un supporto a guscio conformato per alloggiare detti gruppi di fotorivelatori secondo una disposizione a poliedro con facce disposte su un angolo solido di 2TT, in modo tale che un primo gruppo di fotorivelatori è disposto orizzontalmente in una porzione centrale superiore di detto supporto fisso, orientato verso l'alto, i restanti gruppi di fotorivelatori essendo disposti su porzioni laterali di detto supporto fisso orientati con una medesima inclinazione ed angolarmente equidistanti con riferimento ad un piano orizzontale, • a shell support shaped to house said groups of photodetectors according to a polyhedron arrangement with faces arranged on a solid angle of 2TT, so that a first group of photodetectors is arranged horizontally in an upper central portion of said fixed support, oriented upwards, the remaining groups of photodetectors being arranged on lateral portions of said fixed support oriented with the same inclination and angularly equidistant with reference to a horizontal plane,

• mezzi di elaborazione adatti a ricevere da ciascun gruppo di fotorivelatori dati relativi all'intensità della radiazione solare da cui vengono investiti ed a calcolare in base ai suddetti dati un valore dell'intensità della radiazione diretta complessiva ed un valore della radiazione diffusa complessiva. Un sensore solare come sopra delineato ha una struttura molto semplice e comprende un numero relativamente basso di elementi sensoriali a basso costo che grazie alla loro disposizione estremamente selettiva sono comunque in grado di rilevare tutta la radiazione solare presente e scinderla nelle sue componenti elementari. Il numero e la disposizione dei fotorivelatori sono inoltre ottimizzati per permettere ai mezzi di elaborazione di calcolare in modo sufficientemente accurato sia l'intensità della radiazione solare diretta, assieme ai suoi angoli di incidenza rispetto al corpo del sensore, che quella della radiazione solare diffusa. • processing means suitable for receiving from each group of photodetectors data relating to the intensity of the solar radiation by which they are invested and for calculating on the basis of the aforesaid data a value of the intensity of the total direct radiation and a value of the total diffused radiation. A solar sensor as outlined above has a very simple structure and includes a relatively low number of low-cost sensory elements which, thanks to their extremely selective arrangement, are however able to detect all the solar radiation present and split it into its elementary components. The number and arrangement of the photodetectors are also optimized to allow the processing means to calculate in a sufficiently accurate way both the intensity of the direct solar radiation, together with its angles of incidence with respect to the sensor body, and that of the diffused solar radiation.

Vantaggiosamente, ogni gruppo di fotorivelatori comprende almeno due fotorivelatori disposti affiancati con medesimo orientamento, ciascuno adatto a rilevare una determinata banda di frequenze della radiazione solare che lo raggiunge non sovrapposta a quelle dei rimanenti fotorivelatori del medesimo gruppo, i mezzi di elaborazione essendo adatti a calcolare in base ai suddetti dati ricevuti da ciascun fotorivelatore un peso spettrale della radiazione diretta complessiva e, indipendentemente, il peso spettrale della radiazione diffusa complessiva. Advantageously, each group of photodetectors comprises at least two photodetectors arranged side by side with the same orientation, each suitable for detecting a certain frequency band of the solar radiation that reaches it and not superimposed on those of the remaining photodetectors of the same group, the processing means being suitable for calculating on the basis of the aforesaid data received from each photodetector a spectral weight of the total direct radiation and, independently, the spectral weight of the total scattered radiation.

La presenza di più fotodiodi per ogni faccia, ciascuno operante per una diversa e determinata banda di frequenza, permette non solo di rilevare tutta la radiazione solare, ma anche di farne una valutazione qualitativa spettrale, individuando su quali bande arriva la maggior parte della radiazione solare. Infatti, a seconda del numero di fotorivelatori elementari associati ad ogni gruppo di fotorivelatori è possibile suddividere lo spettro solare incidente in più bande, fornendo una caratterizzazione più o meno accurata del peso spettrale della radiazione incidente. The presence of several photodiodes for each face, each operating for a different and determined frequency band, allows not only to detect all the solar radiation, but also to make a qualitative spectral evaluation, identifying on which bands most of the solar radiation arrives. . In fact, according to the number of elementary photodetectors associated with each group of photodetectors, it is possible to divide the incident solar spectrum into several bands, providing a more or less accurate characterization of the spectral weight of the incident radiation.

Ancora vantaggiosamente, detti fotorivelatori sono scelti tra fototransistor e fotodiodi. Still advantageously, said photodetectors are selected from phototransistors and photodiodes.

Le suddette tipologie di fotorivelatori sono componenti elettronici di costo estremamente basso che consentono quindi di ottenere un sensore solare a basso costo sufficientemente accurato grazie alla disposizione ottimizzata degli elementi sensoriali stessi ed alla efficienza dei mezzi di elaborazione. The aforesaid types of photodetectors are extremely low cost electronic components which therefore allow to obtain a low cost solar sensor which is sufficiently accurate thanks to the optimized arrangement of the sensory elements themselves and to the efficiency of the processing means.

Ancora vantaggiosamente, il sensore solare dell'invenzione comprende una cupoletta filtro in grado di modificare la radiazione incidente per adeguarla alle sensibilità tipiche dei rivelatori fotosensibili. Still advantageously, the solar sensor of the invention comprises a filter dome capable of modifying the incident radiation to adapt it to the typical sensitivities of photosensitive detectors.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Queste ed altre caratteristiche dell’invenzione risulteranno più facilmente comprensibili dalla seguente descrizione di una forma realizzativa preferita della stessa, fornita come esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate nelle quali: These and other features of the invention will be more easily understood from the following description of a preferred embodiment thereof, provided as a non-limiting example, with reference to the attached figures in which:

la figura 1 mostra una vista prospettica di un sensore solare secondo la presente invenzione; Figure 1 shows a perspective view of a solar sensor according to the present invention;

la figura 2 mostra il sensore solare di fig. 1 senza la relativa cupoletta filtro; figure 2 shows the solar sensor of fig. 1 without the relative filter dome;

la figura 3 mostra il sensore solare di fig. 2 in una vista laterale; figure 3 shows the solar sensor of fig. 2 in a side view;

la figura 4 mostra il sensore solare di fig. 2 in vista dall'alto; figure 4 shows the solar sensor of fig. 2 in top view;

la figura 5 mostra il sensore solare di fig. 2 in vista dal basso; figure 5 shows the solar sensor of fig. 2 in view from below;

la figura 6 mostra una vista prospettica di un componente del sensore solare dell'invenzione, figure 6 shows a perspective view of a component of the solar sensor of the invention,

la figura 7 mostra una vista laterale del componente di fig. 6. DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE figure 7 shows a side view of the component of fig. 6. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Con riferimento alle figure allegate è indicato complessivamente con 10 un sensore solare secondo la presente invenzione comprendente sostanzialmente una base, 11 , un supporto a guscio, 12, vincolabile alla base ed adatto a supportare ed alloggiare una pluralità di gruppi di fotorivelatori, 13, ed anche mezzi di elaborazione, 14, dei dati rilevati dai gruppi di fotorivelatori 13, ed infine una cupoletta filtro, 15, accoppiabile stabilmente al supporto a guscio 12 per interporsi tra la radiazione solare ed i gruppi di fotorivelatori 13. With reference to the attached figures, 10 generally indicates a solar sensor according to the present invention substantially comprising a base, 11, a shell support, 12, which can be fastened to the base and adapted to support and house a plurality of groups of photodetectors, 13, and also processing means, 14, of the data detected by the photodetector groups 13, and finally a filter dome, 15, which can be stably coupled to the shell support 12 to interpose itself between the solar radiation and the photodetector groups 13.

Con riferimento in particolare alle figure 6 e 7, il supporto a guscio 12 è adatto ad alloggiare un numero pari a sei dei suddetti gruppi di fotorivelatori 13 secondo una disposizione a dodecaedro con facce disposte su un angolo solido di 2π e inclinate tra loro di un angolo diedro (di 116,565°), in modo tale che un primo gruppo di fotorivelatori, 13a, risulti disposto orizzontalmente in una porzione centrale superiore del supporto a guscio 12, orientato verso l'alto, mentre restanti cinque gruppi di fotorivelatori laterali, da 13b a 13f, sono disposti su porzioni laterali del supporto a guscio 12 orientati tutti con una medesima inclinazione ad angoli di 72° Γυ<η>ο dall’altro, con riferimento ad un piano orizzontale. With reference in particular to figures 6 and 7, the shell support 12 is suitable for housing a number equal to six of the aforementioned groups of photodetectors 13 according to a dodecahedron arrangement with faces arranged on a solid angle of 2π and inclined to each other by a dihedral angle (of 116.565 °), so that a first group of photodetectors, 13a, is arranged horizontally in an upper central portion of the shell support 12, oriented upwards, while the remaining five groups of lateral photodetectors, 13b at 13f, are arranged on lateral portions of the shell support 12 all oriented with the same inclination at angles of 72 ° Γυ <η> ο on the other, with reference to a horizontal plane.

Il supporto a guscio 12 ha sostanzialmente la forma di un poliedro a sei facce internamente cavo ed aperto inferiormente, in cui una faccia superiore, 12a, piana ed orizzontale, ha forma pentagonale, da ognuno dei cui lati si estendono verso il basso, con opportuna identica inclinazione, ulteriori 5 facce piane, da 12b a 12f. Le cinque facce da 12b a 12f si estendono verso il basso fino ad una medesima distanza dalla faccia superiore 12a fino ad un bordo inferiore, 121 , parallelo alla faccia superiore 12a. Ognuna delle facce da 12a a 12f presenta centralmente organi di alloggiamento di un gruppo di fotorivelatori 13 costituiti da un’apertura, 122, i cui bordi sono sagomati per ricevere, supportare e contenere un gruppo di fotorivelatori 13. Il bordo inferiore 121 è utile a contenere ed alloggiare i mezzi di elaborazione 14, predisposti su una scheda elettronica di forma circolare. Le aperture 122 sono utili a permettere un agevole collegamento elettrico di ciascun gruppo di fotorivelatori 13 con ì mezzi di elaborazione 14. Dal bordo inferiore 121 si protendono organi di aggancio, 123, i quali sono elasticamente flessibili e dotati di un’estremità ad uncino in modo da connettere a scatto tramite semplice pressione il supporto a guscio 12 con la base 11 . The shell support 12 substantially has the shape of a polyhedron with six internally hollow faces and open at the bottom, in which an upper face, 12a, flat and horizontal, has a pentagonal shape, each side of which extends downwards, with suitable identical inclination, further 5 flat faces, from 12b to 12f. The five faces 12b to 12f extend downwards up to the same distance from the upper face 12a to a lower edge, 121, parallel to the upper face 12a. Each of the faces 12a to 12f has central housing members for a group of photodetectors 13 consisting of an opening 122, the edges of which are shaped to receive, support and contain a group of photodetectors 13. The lower edge 121 is useful for containing and housing the processing means 14, arranged on a circular electronic card. The openings 122 are useful to allow an easy electrical connection of each group of photodetectors 13 with the processing means 14. From the lower edge 121, hooking members 123 protrude, which are elastically flexible and equipped with a hooked end in so as to snap together the shell support 12 with the base 11 by simply pressing it.

Come osservabile chiaramente nelle figure 3 e 4 il supporto a gancio 12 è conformato per alloggiare i gruppi di fotorivelatori 13 secondo una distribuzione tale che sia in elevazione che in azimut ogni gruppo di fotorivelatori 13 è orientato in modo da monitorare un angolo di cielo sostanzialmente uguale agli altri. Infatti, in elevazione ogni gruppo di fotorivelatori 13 copre un angolo di circa 60°, mentre in azimut ogni gruppo di fotorivelatori copre un angolo di 72°. Affinché la misurazione sìa corretta e sufficientemente accurata ogni gruppo di fotorivelatori deve poter avere un angolo di competenza inferiore a 90°, per cui la disposizione descritta è quella che consente di utilizzare il minor numero di gruppi di fotorivelatori 13. Inoltre, grazie al fatto che ogni gruppo di fotorivelatori è spaziato, sia in elevazione che in azimut, di uno stesso angolo rispetto a quelli adiacenti, il calcolo della radiazione dato dai contributi di ciascun gruppo di fotorivelatori risulta semplificato rispetto ad una disposizione arbitraria. As can be clearly observed in Figures 3 and 4, the hook support 12 is shaped to house the groups of photodetectors 13 according to such a distribution that both in elevation and in azimuth each group of photodetectors 13 is oriented so as to monitor a substantially equal sky angle. to the others. In fact, in elevation each group of photodetectors 13 covers an angle of about 60 °, while in azimuth each group of photodetectors covers an angle of 72 °. In order for the measurement to be correct and sufficiently accurate, each group of photodetectors must be able to have an angle of competence less than 90 °, therefore the arrangement described is the one that allows the use of the fewest groups of photodetectors 13. Furthermore, thanks to the fact that each group of photodetectors is spaced, both in elevation and azimuth, by the same angle with respect to the adjacent ones, the calculation of the radiation given by the contributions of each group of photodetectors is simplified with respect to an arbitrary arrangement.

Certamente, potrebbero essere adottate configurazioni del supporto a guscio 12 in grado di ospitare un numero maggiore di gruppi di fotorivelatori 13. Ad esempio, potrebbero risultare vantaggiose soluzioni che prevedono ancora un solo gruppo di fotorivelatori 13a disposto su una faccia superiore, e sei, sette o otto gruppi di fotorivelatori 13 laterali, disposti quindi in corrispondenza di un esagono, un ettagono o un ottagono regolare. Ancora una variante realizzativa prevede di disporre non uno solo giro di facce laterali, ma due giri disposti ad angolazione regolare rispetto alla faccia superiore, come ad esempio cinque facce inclinate di 40° rispetto alla faccia orizzontale superiore e altre 5 inclinate di 80° rispetto a detta faccia orizzontale. Questo tipo di soluzione porterebbe ad una aumento relativamente contenuto sia dei costi produttivi di un sensore secondo l’invenzione che della sua accuratezza. Certainly, configurations of the shell support 12 capable of accommodating a greater number of groups of photodetectors 13 could be adopted. For example, solutions could be advantageous which still provide only one group of photodetectors 13a arranged on an upper face, and six, seven or eight groups of lateral photodetectors 13, therefore arranged in correspondence with a hexagon, a heptagon or a regular octagon. Another embodiment variant provides for not just one turn of lateral faces, but two turns arranged at a regular angle with respect to the upper face, such as five faces inclined by 40 ° with respect to the upper horizontal face and another 5 inclined by 80 ° with respect to called horizontal face. This type of solution would lead to a relatively small increase in both the production costs of a sensor according to the invention and its accuracy.

Inoltre, nell’esempio realizzativo rappresentato il supporto a guscio 12 ha forma esterna poliedrica, e quindi con facce piane disposte ad angoli regolari, tuttavia risulterà facilmente comprensibile come la forma complessiva del supporto possa variare anche notevolmente, pur consentendo ancora la disposizione e l’orientamento dei relativi gruppi di fotorivelatori 13 sopra descritti. Furthermore, in the embodiment shown, the shell support 12 has a polyhedral external shape, and therefore with flat faces arranged at regular angles, however it will be easy to understand how the overall shape of the support can vary considerably, while still allowing the arrangement and the orientation of the relative groups of photodetectors 13 described above.

Nell’esempio realizzativo rappresentato, i gruppi di fotorivelatori 13 sono ciascuno costituito da due fototransistor, 21 , 22, montati affiancati l’uno all’altro con stesso orientamento su uno stesso chip elettronico, 23. Ognuno dei due fototransistor, 21 , 22, ha capacità di rilevazione della radiazione solare che lo raggiunge in una determinata banda di frequenze, con le rispettive bande di frequenze che sono non sovrapposte tra loro. In questo modo, i mezzi di elaborazione 14 ricevono da ogni gruppo di fotorivelatori dati sulla radiazione solare distinti secondo la banda di frequenza, cosicché possono calcolare i contributi spettrali e dare quindi un’idea non solo quantitativa ma anche qualitativa della radiazione solare che raggiunge il sensore dell'invenzione. In the embodiment shown, the groups of photodetectors 13 are each made up of two phototransistors, 21, 22, mounted side by side with the same orientation on the same electronic chip, 23. Each of the two phototransistors, 21, 22, it has the ability to detect the solar radiation that reaches it in a certain frequency band, with the respective frequency bands that are not overlapping each other. In this way, the processing means 14 receive from each group of photodetectors data on the solar radiation distinct according to the frequency band, so that they can calculate the spectral contributions and thus give not only a quantitative but also a qualitative idea of the solar radiation reaching the sensor of the invention.

Certamente, il numero di fototransistor 21 , 22 associati a ciascun gruppo di fotorivelatori 13 può anche essere maggiore, in modo da suddividere lo spettro della radiazione solare in un numero maggiore di bande ed avere così a disposizione un’informazione spettrale più dettagliata. Of course, the number of phototransistors 21, 22 associated with each group of photodetectors 13 can also be greater, in order to divide the spectrum of solar radiation into a greater number of bands and thus have more detailed spectral information available.

Inoltre, sebbene i fototransistor siano fotorivelatori efficienti e di costo molto contenuto, possono alternativamente essere utilizzate altre tipologie di elementi sensoriali quali fotodiodi o altri ancora. Infatti, per fotorivelatore si intende in genere un dispositivo in grado di convertire l’intensità della radiazione luminosa in un segnale misurabile dagli apparati di elaborazione. Furthermore, although phototransistors are efficient and very low cost photodetectors, other types of sensory elements such as photodiodes or others can alternatively be used. In fact, by photodetector we generally mean a device capable of converting the intensity of the light radiation into a measurable signal by the processing equipment.

Come precedentemente accennato, i mezzi di elaborazione 14 sono alloggiati in corrispondenza del bordo inferiore 121 del supporto a guscio 12 e comprendono, oltre a connettori ed altri componenti elettronici, un processore, 141 , il quale riceve da tutti i gruppi di fotorivelatori 13 i dati relativi all'intensità della radiazione solare da cui vengono investiti ed esegue algoritmi adatti a calcolare in base ai suddetti dati un valore dell'intensità della radiazione diretta complessiva ed un valore della radiazione diffusa complessiva. As previously mentioned, the processing means 14 are housed in correspondence with the lower edge 121 of the shell support 12 and comprise, in addition to connectors and other electronic components, a processor 141, which receives data from all the groups of photodetectors 13. relative to the intensity of the solar radiation from which they are invested and performs algorithms suitable for calculating on the basis of the aforementioned data a value of the intensity of the total direct radiation and a value of the overall diffused radiation.

Inoltre, grazie al fatto che da ogni gruppo di fotorivelatori 13 arrivano più informazioni sulla radiazione solare suddivisi per bande di frequenza, il processore 141 esegue un algoritmo adatto a calcolare, indipendentemente l’uno dall’altro, il peso spettrale della radiazione diretta complessiva e il peso spettrale della radiazione diffusa complessiva. Furthermore, thanks to the fact that from each group of photodetectors 13 more information on the solar radiation arrives divided by frequency bands, the processor 141 executes an algorithm suitable to calculate, independently of each other, the spectral weight of the total direct radiation and the spectral weight of the overall scattered radiation.

La base 11 ha forma sostanzialmente cilindrica ed è idonea a collegarsi al supporto a guscio 12 in quanto presenta un bordo superiore, 111 , provvisto di scanalature idonee a ricevere gli organi di aggancio 123 del supporto a guscio stesso. Inferiormente la base 11 presenta mezzi di vincolo costituti da tre piedini, 112, disposti a 120°, provvisti di rispettivi fori passanti, 113, tramite i quali il sensore solare 10 dell’invenzione può essere ancorato ad una superficie piana orizzontale tramite semplici organi a vite. La base 11 ha inoltre la funzione di proteggere e mezzi di elaborazione 14 distanziando opportunamente il supporto a guscio 12 dal piano di ancoraggio del sensore. The base 11 has a substantially cylindrical shape and is suitable for connecting to the shell support 12 since it has an upper edge, 111, provided with grooves suitable for receiving the hooking members 123 of the shell support itself. Below the base 11 has constraint means consisting of three feet, 112, arranged at 120 °, provided with respective through holes, 113, through which the solar sensor 10 of the invention can be anchored to a flat horizontal surface by means of simple lives. The base 11 also has the function of protecting the processing means 14 by suitably spacing the shell support 12 from the sensor anchoring plane.

La cupoletta filtro 15 è associata come un coperchio superiormente al supporto a guscio 12 in modo da interporsi tra la radiazione solare e i gruppi di fotorivelatori 13, cosicché la radiazione solare per raggiungere i gruppi di fotorivelatori 14 deve attraversare la cupoletta filtro 15. La cupoletta filtro 15 oltre a proteggere fisicamente i gruppi di fotorivelatori modifica la radiazione incidente per adeguarla alle sensibilità tipiche dei gruppi di fotorivelatori 13. In questo senso la cupoletta filtro può essere un filtro neutro che lascia passare tutte le frequenze ed attenua solamente la radiazione solare, oppure può filtrare determinate frequenze. Ovviamente, le caratteristiche filtranti della cupoletta filtro 15 sono note e sfruttate dei mezzi di elaborazione 14 per calcolare correttamente la radiazione solare diretta e la radiazione solare diffusa ed eventualmente i singoli pesi spettrali delle stesse. The filter dome 15 is associated as a lid above the shell support 12 so as to interpose itself between the solar radiation and the groups of photodetectors 13, so that the solar radiation to reach the groups of photodetectors 14 must pass through the filter dome 15. The filter dome 15 besides physically protecting the photodetector groups, it modifies the incident radiation to adapt it to the typical sensitivities of the photodetector groups 13. In this sense, the filter dome can be a neutral filter that lets all frequencies pass and attenuates only the solar radiation, or it can filter certain frequencies. Obviously, the filtering characteristics of the filter dome 15 are known and exploited by the processing means 14 to correctly calculate the direct solar radiation and the diffused solar radiation and possibly the individual spectral weights of the same.

Oltre a quanto sopra descritto in relazione ad una forma realizzativa preferita, ma non limitativa, di un sensore solare secondo l'invenzione, ulteriori varianti e modifiche possono certamente essere previste nell’ambito di quanto previsto e protetto dalle rivendicazioni che seguono. In addition to what is described above in relation to a preferred but non-limiting embodiment of a solar sensor according to the invention, further variants and modifications can certainly be envisaged within the scope of what is provided and protected by the following claims.

Claims

CLAIMS 1. Solar sensor for measuring the intensity of direct solar radiation, its angles of incidence with respect to the sensor and the diffuse solar radiation characterized by the fact that it includes: • groups of photodetectors (13) each suitable for detecting the intensity of the solar radiation that reaches it, • a shell support (12) shaped to house said groups of photodetectors (13) according to a polyhedron arrangement with faces arranged on a solid angle of 2TT, so that a first group of photodetectors (13a) is arranged horizontally in a upper central portion of said shell support (12), oriented upwards, the remaining groups of photodetectors (13b, 13c, 13d, 13e, 13f) being arranged on lateral portions of said shell support (12) oriented with a same inclination and angularly equidistant with reference to a horizontal plane, • processing means (14) suitable for receiving from each group of photodetectors (13) data relating to the intensity of the solar radiation from which they are invested and for calculating on the basis of the aforementioned data a value of the intensity of the total direct radiation and a value of the overall scattered radiation.

2. Solar sensor according to claim 1, characterized by the fact that each group of photodetectors (13) comprises at least two photodetectors (21, 22) arranged side by side with the same orientation, each suitable for detecting a certain frequency band of the solar radiation that reaches it. superimposed on those of the remaining photodetectors of the same group (13), said processing means (14) being suitable for calculating on the basis of the aforementioned data received from each photodetector (21, 22) a spectral weight of the total direct radiation and, independently, a spectral weight of the total scattered radiation.

3. Solar sensor according to claim 1 or 2 characterized in that said photodetectors (21, 22) are selected from phototransistors or photodiodes.

4. Solar sensor according to one of the preceding claims characterized in that it comprises a filter dome (15) capable of modifying the incident radiation to adapt it to the typical sensitivities of said groups of photodetectors (13).

5. Solar sensor according to one of the preceding claims characterized in that said shell support (12) is suitable for housing a number equal to six of the aforementioned groups of photodetectors (13) according to a dodecahedron arrangement with faces arranged on a solid angle of 2π and inclined to each other by a dihedral angle, so that a first group of photodetectors (13a) is arranged horizontally in an upper central portion of the shell support (12), oriented upwards, while the remaining five groups of photodetectors side (13b, 13c, 13d, 13e, 13f) are arranged on side portions of said shell support (12) all oriented with the same inclination at angles of 72 ° from each other with reference to a horizontal plane.

6. Solar sensor according to the preceding claim, characterized in that said shell support (12) substantially has the shape of a polyhedron with six internally hollow faces and open at the bottom, in which an upper face (12a), flat and horizontal, has the shape pentagonal, from each of whose sides extend downwards, with an identical inclination, a further five flat faces (12b, 12c, 12d, 12e, 12f).