WO2008145796A2 - Sensor de radiación solar - Google Patents

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Pedro Casanova Pelaez
Francisco A. Diaz Garrido
José Manuel PALOMAR CARNICERO
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Universidad De Jaén
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    • G01J2001/4266—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors for measuring solar light

Definitions

  • the present invention relates to a device that has been specially designed to detect solar radiation.
  • the object of the invention is to provide a device that allows measuring
  • the first of the cases presents as a fundamental problem the space available for the implantation of said sensors, as well as the need to have structures that place the equipment correctly, to which the need to use several elements separately must be added.
  • the solar radiation sensor that the invention proposes solves in a fully satisfactory way the problem described above in the different aspects mentioned.
  • a temperature sensor will be associated to each cell, so that the signals captured by each cell and its temperature sensor are sent to an amplifying stage, and from there to a data acquisition system that conveniently record the signals.
  • the device optionally has a shading element consisting of an annular visor, in order to perform a diffuse uptake of
  • the light in order to determine the components of the radiation separately in a determined path of the sun.
  • the shading element may be placed manually by the operator in charge of the effect, or be provided with electro-mechanical actuation means, activated by a properly prepared control signal.
  • Figure 1. Shows a schematic and perspective view of a solar radiation sensor made in accordance with the object of the present invention.
  • Figure 2. Shows a schematic representation of the carrier structure of the sensors that participate in the structure of the invention.
  • Figure 3. Shows a block diagram corresponding to Ia electronic architecture of the device.
  • Figure A Shows a detail in profile and section of the shading element for diffuse radiation detection.
  • the solar radiation sensor that is recommended is constituted from a structure (1), which configures a hemispherical surface, either of a metallic nature or plastic, which in the practical example chosen is obtained based on three rings (2), (2 ') and (2 ") of decreasing diameters and located at different heights and a set of semi-rings (3), arranged vertically and equiangularly distributed that form a reticular structure, whose junction knots (4) establish calibrated silicon cells (5), so that at least 29 cells participate in the assembly.
  • a temperature sensor (6) is associated to each cell (5), so that the signals taken by both elements are sent to a data acquisition system (7) as a computer or similar element, for study and interpretation, prior to the amplification stage (8).
  • This amplification stage is essential because the silicon cells (5) originate a low intensity signal that is necessary to amplify.
  • a shading element (9) consisting of a semi-ring body, equipped with adjustable stable positioning means, so that it can be placed manually, by an operator for this purpose, or it can be equipped with electro-mechanical actuation means, not represented in the figures, in order to automate said process after a control signal generated by the system.
  • Said shading element should only be covering the cells (5) subjected to greater solar radiation along a daily path.
  • said structure (1) will incorporate means (11) for its stable fixation to the floor or to the element in question.

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Abstract

Permite medir la radiación incidente global recibida en cada elemento diferencial de la superficie de una semiesfera, en todo momento, mediante una estructura simple, compacta y carente de elementos electromecánicos para la obtención de dicha medida. Está constituido por una superficie semiesférica, sobre la que se establecen unas células (5) o sensores de radiación solar, de manera que cada una presenta un ángulo acimutal terrestre e inclinación diferentes, habiéndose previsto que junto a cada una de las células (5) esté asociado un sensor de temperatura (6), cuya función es la de corregir derivas térmicas en las señales de medida de manera que las señales de ambos elementos se conectan a una etapa de amplificación (8) para su conexión a un sistema (8) de adquisición, evaluación y gestión de los datos captados, tal como un ordenador o similar, a través del que se podrá establecer el control del sistema solar que se encuentren junto al dispositivo.

Description

SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo que ha sido especialmente concebido para detectar Ia radiación solar.
El objeto de Ia invención es proporcionar un dispositivo que permita medir
Ia radiación solar instantánea a nivel del suelo en multitud de direcciones y orientaciones posibles, en orden a su aplicación a sistemas de control en el ámbito de Ia energética solar, como por ejemplo, determinar el posicionamiento óptimo de uno o más paneles fotovoltaicos, para captar el mayor flujo energético posible.
Con aplicaciones a Ia energética solar y medio ambiente, su uso posibilita Ia mejora en el análisis y control de sistemas solares pasivos bioclimáticos, tanto para agricultura como edificación, o sistemas activos que actualmente realizan seguimiento solar, como son Ia producción eléctrica fotovoltaica y termosolar.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Para Ia medida de Ia radiación solar, actualmente se utilizan sistemas de medición de Ia radiación incidente sobre un plano en una posición determinada con células preparadas y calibradas convenientemente, normalmente sobre superficie horizontal, de manera que para conocer Ia radiación incidente en varias posiciones (con acimut terrestre e inclinación diferente entre ellas), se plantea Ia necesidad de utilizar múltiples sensores dispuestos en diferentes orientaciones, o bien emplear sistemas electromecánicos de posicionamiento variable para el sensor en una o dos direcciones.
El primero de los casos presenta como problema fundamental el espacio disponible para Ia implantación de dichos sensores, así como Ia necesidad de disponer de estructuras que sitúen los equipos correctamente, a Io que hay que añadir Ia necesidad del uso de varios elementos por separado.
En el segundo caso el problema se centra en el hecho de tener que utilizar sistemas mecánicos móviles, los cuales son costosos y necesitan una inspección y mantenimiento constante.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sensor de radiación solar que Ia invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria Ia problemática anteriormente expuesta en los diferentes aspectos comentados.
Para ello está constituido a partir de una estructura estática, carente de elementos móviles, compacta, que adopta una configuración semiesférica, sobre Ia que se sitúan una pluralidad de células o sensores de radiación solar, de manera que cada uno de ellos presenta un ángulo acimutal terrestre e inclinación diferentes.
A cada célula estará asociado un sensor de temperatura, de manera que las señales captadas por cada célula y su sensor de temperatura son enviadas a una etapa amplificadora, y desde allí a un sistema de adquisición de datos que registre convenientemente las señales.
De acuerdo con otra de las características de Ia invención, se ha previsto que opcionalmente el dispositivo cuente con un elemento de sombreado consistente en una visera anular, a fin de realizar una captación difusa de
Ia luz, en orden a determinar las componentes de Ia radiación por separado en una trayectoria determinada del sol.
El elemento de sombreado podrá situarse de forma manual por el operario encargado al efecto, o bien estar dotado de medios de accionamiento electro-mecánico, activados por una señal de control debidamente preparada.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática y en perspectiva de un sensor de radiación solar realizado de acuerdo con el objeto de Ia presente invención.
Figura 2.- Muestra una representación esquemática de Ia estructura portadora de los sensores que participan en Ia estructura de Ia invención.
Figura 3.- Muestra un diagrama de bloques correspondiente a Ia arquitectura electrónica del dispositivo.
Figura A - Muestra un detalle en perfil y en sección del elemento de sombreado para detección de radiación difusa.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia vista de las figuras reseñadas, y en especial de las figuras 1 y 2, puede observarse como el sensor de radiación solar que se preconiza está constituido a partir de una estructura (1 ), que configura una superficie semiesférica, bien de naturaleza metálica o plástica, que en el ejemplo de realización práctica elegido está obtenida a base de tres anillos (2), (2') y (2") de diámetros decrecientes y situados a diferentes alturas y un conjunto de semi-anillos (3), dispuestos verticalmente y equiangularmente distribuidos que configuran una estructura reticular, en cuyos nudos de unión (4) se establecen células calibradas de silicio (5), de manera que en el conjunto participen al menos 29 células.
Tal y como se puede observar en Ia figura 3, a cada célula (5) está asociado un sensor de temperatura (6), de manera que las señales tomadas por ambos elementos son enviadas a un sistema de adquisición de datos (7) tal como un ordenador o elemento similar, para su estudio e interpretación, previa etapa de amplificación (8). Esta etapa de amplificación es imprescindible debido a que las células (5), de silicio, originan una señal de baja intensidad que es necesario amplificar.
De esta manera, y si bien en el ejemplo de realización práctica elegido no se cubren todos los ángulos que puede formar Ia radiación solar (R) con los sensores o células (5), mediante algoritmos matemáticos y las señales provenientes de las diferentes células (5) se podrá obtener todo el espectro de Ia radiación desde el cielo hasta cualquier punto del suelo, con orientación e inclinación determinada, de forma semiesférica, así como controlar las derivas (térmicas, del coseno, offset, etc.) y amplificar las señales.
La asociación de un sensor de temperatura a cada célula (5) obedece al hecho de corregir los errores de medida que se dan en las diferentes placas, debido a que éstas en ocasiones alcanzan una temperatura diferente a Ia existente durante su calibración en fábrica ?
Para posibilitar medir las diferentes componentes de Ia radiación, discriminando Ia radiación global, difusa y directa, y tal y como se puede observar en Ia representación de Ia figura 4, se ha previsto Ia participación de un elemento de sombreado (9) consistente en un cuerpo a modo de semi-anillo, dotado de medios de posicionamiento estable regulable, de manera que el mismo puede ser situado de forma manual, por un operario encarado a tal efecto, o bien puede estar dotado de medios de accionamiento electro-mecánicos, no representados en las figuras, en orden a automatizar dicho proceso tras una señal de control generada por el sistema.
Dicho elemento de sombreado únicamente deberá estar cubriendo las células (5) sometidas a una mayor radiación solar a Io largo de una trayectoria diaria.
Por último cabe mencionar que, como es evidente, Ia citada estructura (1 ) incorporará medios (11 ) para su fijación estable al suelo o al elemento de que se trate.
Se consigue de esta manera un dispositivo sencillo, de reducidas dimensiones y fácilmente implantable en cualquier instalación de paneles solares, sean del tipo que sean.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sensor de radiación solar, que siendo del tipo de los destinados a medir Ia radiación solar, se caracteriza porque está constituido a partir de una superficie semiesférica, sobre Ia que se establecen una pluralidad de células (5) o sensores de radiación solar, de manera que cada una de ellas presenta un ángulo acimutal terrestre e inclinación diferentes, habiéndose previsto que junto a cada una de las citadas células (5) esté asociado un sensor de temperatura (6), de manera que las señales de ambos elementos se conectan a una etapa de amplificación (8) para su conexión a un sistema
(8) de adquisición, evaluación y gestión de los datos captados.
2. Sensor de radiación solar, según reivindicación 1 , caracterizado porque Ia superficie semiesférica está constituida a partir de una serie de anillos (2- 2'-2") de diámetros decrecientes y situados a diferentes alturas y un conjunto de semi-anillos (3), dispuestos verticalmente y equiangularmente distribuidos que configuran una estructura reticular, en cuyos nudos de unión (4) se establecen las células o sensores de radiación (5), estructura reticular provista de medios de fijación (11 ) al suelo o estructura de que se trate.
3. Sensor de radiación solar, según reivindicación 1 , caracterizado porque el mismo se complementa con un elemento de sombreado (9), consistente en un cuerpo a modo de semi-anillo, dotado de medios de posicionamiento estable y regulable sobre Ia superficie semiesférica, de accionamiento manual o electro-mecánico.
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