PL242610B1 - Urządzenie do pomiaru natężenia padającego promieniowania świetlnego i położenia źródła tego promieniowania - Google Patents

Abstract

Zestaw do pomiaru natężenia padających promieni świetlnych i położenia źródła tych promieni, składa się z podstawy (1) na której górnej powierzchni rozmieszczone są w sposób osiowosymetryczny czujniki promieniowania świetlnego (2) połączone z modułem odbiorczym, zaś w środkowej części podstawy znajduje się oś (3), na której końcu zamieszczona jest kopuła (4) osłaniająca podstawę (1). W kopule (4) znajduje się szczelina (4a), natomiast na całym obwodzie kopuły (4) znajdują się zazębienie, które sprzężone jest z kołem zębatym (5) osadzonym na wale silnika (6).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru natężenia padającego promieniowania świetlnego, zwłaszcza słonecznego i położenia źródła tego promieniowania. Znajduje ono zastosowanie przy sterowaniu położeniem paneli fotowoltaicznych i solarnych.

Dotychczas znanych jest szereg rozwiązań konstrukcyjnych czujników promieniowania świetlnego. Najprostsze rozwiązania umożliwiają jedynie pomiar natężenia promieniowania. W rozwiązaniu opisanym w zgłoszeniu patentowym US2008203274 (A1) promieniowanie świetlne rozpraszane jest za pomocą półprzeźroczystej kopuły i mierzony jest ogólny poziom promieniowania. Inne rozwiązania umożliwiają również pomiar kierunku położenia źródła światła. W opisie patentowym CN102410874 (B) czujnik składa się z matrycy czujników, nad którą znajduje się nieruchoma przesłona ze szczeliną w kształcie krzyża. Poprzez określenie czujników naświetlonych i zacienionych możliwe jest określenie kierunku źródła światła. Niektóre rozwiązania posiadają kierunkowo rozmieszczone czujniki na powierzchni wielościanu. W opisie zgłoszenia patentowego EP3584549 (A1) tylko czujniki zamocowane na powierzchni naświetlonej generują największy sygnał. W zgłoszeniu patentowym US4491727(A) opisano urządzenie w kształcie kopuły, w której wykonane są kierunkowe otwory. Każdy z otworów połączony jest z pojedynczym czujnikiem matrycy światłoczułej, dzięki czemu możliwe jest określenie intensywności promieniowania jak i kierunku padania promieni słonecznych. Dokument patentowy US6417500 (B1) przedstawia czujnik również w kształcie półsferycznej kopuły. Odpowiednio ukształtowane wycięcia powierzchni kopuły powodują, że część czujników jest oświetlona, zaś część pozostaje zacieniona, dzięki czemu możliwe jest określenie kierunku padania promieni. Znane są czujniki wykorzystujące zjawisko odbicia promieni słonecznych od refleksyjnej płytki, jak w rozwiązaniu opisanym w dokumencie EP1473552 (A2). Istnieją również rozwiązania polegające na pomiarze zacienienia określonej powierzchni. W zgłoszeniu patentowym WO2011139279 (A1) opisane jest rozwiązanie z centralnym elementem rzucającym cień na matrycę czujników promieniowania świetlnego. Dzięki określeniu, które czujniki są zacienione, możliwe jest określenie kierunku położenia źródła światła, zaś z sumarycznego poziomu sygnału z wszystkich czujników możliwe jest określenie natężenia promieniowania. Opatentowane są również czujniki, które wykorzystują specjalnie uformowane soczewki skupiające promieniowanie świetlne. W opisie patentowym EP1262747 (B1) przedstawiany jest układ dwóch takich soczewek. W zależności od kierunku padania promieni, ogniskowa jest skupiona na innym fragmencie elementu światłoczułego sensora. Znane są również czujniki zawierające mechaniczne elementy ruchome umożliwiające określenie położenia źródła światła, zarówno poprzez zmianę pozycji samego czujnika, jak również zmianę pozycji elementu przesłaniającego - CA2526993 (A1), WO2019008206 (A1),

CN206583530 (U). ‘ ‘

Celem wynalazku jest określanie natężenia padającego promieniowania świetlnego i położenia źródła tego promieniowania.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru natężenia padającego promieniowania świetlnego i położenia źródła tego promieniowania, które zawiera podstawę w kształcie walca z zamocowaną do niej obudową w kształcie czaszy oraz czujniki promieni świetlnych znajdujące się na podstawie wewnątrz obudowy.

Jego istotą jest to, że do podstawy na jej górnej powierzchni rozmieszczone są w sposób osiowosymetryczny czujniki promieniowania świetlnego połączone z modułem odbiorczym zbierającym dane z czujników promieniowania świetlnego. W środkowej części podstawy, w jej osi symetrii zamocowana jest tuleja, do której górnego końca zamocowana jest obudowa w kształcie czaszy osłaniająca podstawę. W ścianie czaszy znajduje się szczelina biegnąca po łuku w kierunku szczytu. Na całym obwodzie obudowy na jej wewnętrznej powierzchni, poniżej podstawy znajduje się zazębienie, które sprzężone jest z kołem zębatym osadzonym na wale silnika zamocowanego do dolnej powierzchni podstawy. Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest możliwość uzyskania dokładnej informacji o natężeniu padającego promieniowania świetlnego oraz o położeniu źródła tego promieniowania, dzięki czemu możliwe jest precyzyjne ustawienie paneli fotowoltaicznych prostopadle do kierunku padania promieni w celu maksymalizacji zysków energii elektrycznej, jak również określenie czy pozycjonowanie paneli jest opłacalne pod względem energetycznym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny urządzenia, fig. 2 - widok urządzenia z góry, fig. 3 - przekrój urządzenia wzdłuż linii A-A, fig. 4 - widok perspektywiczny urządzenia w rozstrzeleniu od dołu, fig. 5 - widok perspektywiczny urządzenia w rozstrzeleniu od góry.

Wynalazek w przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku składa się z podstawy 1, którą jest elektroniczna płytka drukowane PCB dwustronna z laminatu FR4 w kształcie walca o średnicy 94 mm i grubości 1,5 mm. Na górnej powierzchni podstawy 1 wykonanych jest sto pól lutowniczych do rozmieszczonych w sposób osiowosymetryczny czujników promieniowania świetlnego 2 w postaci fototranzystorów ELPT15-21C montażu powierzchniowego SMD w obudowie 1206. Elektrody wejściowe (kolektory) fototranzystorów podłączone zostały do wspólnej linii zasilania o napięciu 12 V, a każda elektroda wyjściowa (emiter) fototranzystora podłączona jest z modułem odbiorczym 5 w postaci układu ESP8266 NodeMcu ver. 3 z ekspanderami portów wejścia/wyjścia WaveShare PCF8574. Kopuła posiada kształt czaszy 4 o średnicy 10 cm z dolnym pierścieniem o wysokości 3 cm. Kopuła wykonana jest z tworzywa sztucznego ABS metodą FDM za pomocą drukarki 3D. Ścianki kopuły posiadają grubość 2 mm, zaś cześć czaszy 4 kopuły posiada szczelinę o grubości 5 mm i kącie rozwar cia 90°. Od wewnętrznej strony od osi symetrii dołączona jest tuleja 3 w postaci słupka o wysokości 5 cm i średnicy 5 mm, który jest osią obrotu kopuły. W dolnej wewnętrznej stronie kopuły wykonane są zazębienia 4b, które sprzężone są z kołem zębatym 5 osadzonym na wale silnika 6. Koło zębate 5 ma średnicę 15 mm i grubość 1 mm. Skok zazębień wynosi 1 mm. Nóżki 7 podstawy 1, tuleja 3 oraz koło zębate również wykonane są z tworzywa sztucznego ABS metodą FDM. Koło zębate osadzone jest na wale miniaturowego silnika krokowego 6 typu 28BYJ28-03 ze zintegrowaną przekładnią o skoku 5,625° i przełożeniu przekładni 64 : 1, moment trzymający 4Ncm. Silnik 6 ma uzwojenie bipolarne 4-przewodowe o napięciu znamionowym 12 V i prądzie znamionowym 0,06 A.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Urządzenie do pomiaru natężenia padającego promieniowania świetlnego i położenia źródła tego promieniowania, które zawiera podstawę w kształcie walca z zamocowaną do niej obudową w kształcie czaszy oraz czujniki promieni świetlnych znajdujące się na podstawie wewnątrz obudowy, znamienne tym, że do podstawy (1) na jej górnej powierzchni rozmieszczone są w sposób osiowosymetryczny czujniki promieniowania świetlnego (2) połączone z modułem odbiorczym zbierającym dane z czujników promieniowania świetlnego (2), zaś w środkowej części podstawy, w jej osi symetrii zamocowana jest tuleja (3), do której górnego końca zamocowana jest obudowa w kształcie czaszy (4) osłaniająca podstawę (1), przy czym w ścianie czaszy (4) znajduje się szczelina (4a) biegnąca po łuku w kierunku szczytu tudzież na całym obwodzie obudowy na jej wewnętrznej powierzchni, poniżej podstawy (1) znajduje się zazębienie (4b), które sprzężone jest z kołem zębatym (5) osadzonym na wale silnika (6) zamocowanego do dolnej powierzchni podstawy (1).