ES1308353U

ES1308353U - Piranometro

Info

Publication number: ES1308353U
Application number: ES202332129U
Authority: ES
Inventors: Blasco Lorenzo Dominguez
Original assignee: Sycba Desarrollos Ind S L
Current assignee: Sycba Desarrollos Ind S L
Priority date: 2023-11-30
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2024-06-10
Anticipated expiration: 2033-11-30
Also published as: ES1308353Y; WO2025114626A1

Abstract

Piranómetro (1), del tipo que comprenden una matriz (2) de sensores y un patrón de sombras dispuesto sobre la matriz (2) de sensores para asegurar que, en cualquier momento con luz natural, al menos uno de los sensores recibe radiación solar directa y, al menos, otro de ellos quede completamente bajo la sombra generada por el patrón de sombras caracterizado por que: -la matriz (2) de sensores comprende nueve sensores (20, 21) de luz solar, circulares y de igual diámetro óptico A, dispuestos en un plano (4) horizontal, y que comprende ocho primeros sensores (20) dispuestos en forma de circunferencia y separados angularmente 45 grados, y un segundo sensor (21) dispuesto en el centro geométrico de la circunferencia (20a) formada por los centros de los ocho primeros sensores (20), y -donde el patrón de sombras comprende una placa (31) en forma de corona circular, dispuesta sobre los sensores (20, 21) y distanciada de los mismos paralelamente al plano (4); comprendiendo un anillo base (33) exterior en el que se encuentra soportada la placa (31) a través de unos brazos (34), y comprendiendo cuatro prolongaciones (34a) por el interior de la placa (31) que se encuentran cubriendo en proyección normal y completamente cuatro de los ocho primeros sensores (20).

Description

DESCRIPCIÓN

PIRANÓMETRO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un piranómetro, que es un instrumento meteorológico utilizado para medir de manera muy precisa la radiación solar incidente sobre la superficie de la Tierra. Se trata de un sensor diseñado para medir la densidad del flujo de radiación solar (vatios por metro cuadrado) en un campo de 180 grados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Según cómo incida la radiación solar tenemos tres tipos de la misma:

1. -Radiación directa: que es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido modificaciones en su trayectoria. Se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan. Este tipo de radiación es la más abundante en un día soleado, superando fácilmente el 80% de la radiación total proveniente del sol, mientras que en un día nublado esta puede ser solo un 50% o menos.

2. -Radiación difusa: que es aquella que proviene de la atmosfera, es decir, por dispersión de parte de la radiación solar cuando chocha en la atmosfera. En los días más soleados, sin presencia de nubosidades, este tipo de radiación puede suponer aproximadamente el 15% del total, pero en los días nublados en los que se reduce la cantidad de radiación directa, este tipo de radiación aumenta de manera considerable.

3. -Radiación reflejada: es aquella que proviene “rebotada” de la superficie terrestre. La cantidad de este tipo de radiación depende del llamado coeficiente de reflexión de la superficie o “albedo”. Únicamente las superficies verticales (perpendiculares a la superficie terrestre) o inclinadas son las que reciben esta radiación, ya que es imposible que un rayo relejado proveniente del suelo choque contra una superficie horizontal colocada mirando hacia arriba.

En la actualidad, los piranómetros pueden medir la radiación directa y difusa, y comprenden piezas móviles a modo de seguidores solares, con la complejidad que ello conlleva.

En el mercado actualmente únicamente hay un piranómetro que carezca de dichas piezas móviles (que sea pasivo), y comprende una matriz de sensores y un patrón de sombras dispuesto sobre la matriz de sensores para asegurar que, en cualquier momento con luz natural, al menos uno de los sensores recibe radiación solar directa y, al menos, otro de ellos queda completamente bajo la sombra generada por el patrón de sombras para recibir radiación difusa. Está descrito en el documento de patente EP1012633. Sin embargo, el patrón de sombras descrito en este documento está descrito o parametrizado fundamentalmente por el resultado a obtener, y no por las características físicas propias del mismo, lo que dificulta o directamente impide al experto la materialización de realizaciones concretas, y además propone realizar el patrón de sombras mediante aplicación de una máscara opaca, básicamente materializada por pintura aplicada sobre una cubierta translúcida. Esta configuración, expuesta al sol durante largos periodos de tiempo, puede degradar progresivamente la capa opaca y el patrón ir perdiendo efectividad.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El piranómetro de la invención es del tipo que comprenden una matriz de sensores y un patrón de sombras dispuesto sobre la matriz de sensores para asegurar que, en cualquier momento con luz natural, al menos uno de los sensores recibe radiación solar directa y, al menos, otro de ellos queda completamente bajo la sombra generada por el patrón de sombras, y donde de acuerdo con la invención:

-la matriz de sensores comprende nueve sensores de luz solar, circulares y de igual diámetro óptico A (el diámetro operativo funcionalmente para captar luz, eliminando bordes de encapsulados o similares), dispuestos en un plano horizontal, que comprende ocho primeros sensores dispuestos en forma de circunferencia y separados angularmente 45 grados, y un segundo sensor dispuesto en el centro geométrico de la circunferencia formada por los centros de los ocho primeros sensores, y

-donde el patrón de sombras comprende una placa en forma de corona circular, dispuesta sobre los sensores y distanciada de los mismos paralelamente al plano que contiene a los mismos; comprendiendo un anillo base exterior en el que se encuentra soportada la placa a través de unos brazos; y comprendiendo cuatro prolongaciones por el interior de la placa que se encuentran cubriendo en proyección normal y completamente cuatro de los ocho primeros sensores.

De este modo se obtiene un patrón de sombras permanente, no degradable con el tiempo, y además fácilmente obtenible desde una chapa metálica por estampado.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del patrón de sombras del piranómetro de la invención, donde la placa en forma de corona circular se encuentra sustentada por cuatro brazos.

La figura 2.- Muestra una vista en alzado del patrón de sombras del piranómetro de la invención, donde la placa en forma de corona circular se encuentra sustentada por ocho brazos.

La figura 3.- Muestra una vista seccionada diametralmente del patrón de sombras de la figura 2.

La figura 4a.- Muestra una vista en planta del patrón de sombras de la fig 2, colocado sobre los sensores de luz, donde se siluetean los sensores para mejor apreciación.

La figura 4b.- Muestra una vista en planta de la placa que porta los sensores en la figura 4a, quitando el patrón de sombras para apreciar mejor su disposición, así donde un detalle ampliado donde se muestra el diámetro óptico de los sensores.

La figura 5.- Muestra una vista en planta del patrón de sombras colocado sobre los sensores de luz, donde no se siluetean los sensores que quedan ocultos bajo el patrón de sombras.

La figura 6.- Muestra un detalle seccionado del piranómetro, para apreciar otros componentes interiores.

La figura 7.- Muestra una vista del piranómetro de la invención, colocado en un soporte, y con un sensor de luz del albedo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

El piranómetro (1) de la invención (ver fig. 6 y 7), es del tipo que comprenden (ir ahora a figs.

1 a 5) una matriz (2) de sensores y un patrón de sombras dispuesto sobre la matriz (2) de sensores para asegurar que, en cualquier momento con luz natural, al menos uno de los sensores recibe radiación solar directa y, al menos, otro de ellos queda completamente bajo la sombra generada por el patrón de sombras, y donde de acuerdo con la invención:

-la matriz (2) de sensores comprende nueve sensores (20, 21) de luz solar, circulares y de igual diámetro óptico A, dispuestos en un plano (4) horizontal, que comprende ocho primeros sensores (20) dispuestos en forma de circunferencia y separados angularmente 45 grados, y un segundo sensor (21) dispuesto en el centro geométrico de la circunferencia (20a) (ver fig.

4b) formada por los centros de los ocho primeros sensores (20), y

-donde el patrón de sombras comprende una placa (31) en forma de corona circular, dispuesta sobre de los sensores (20, 21) y distanciada de los mismos paralelamente al plano (4) (ver fig. 3); comprendiendo un anillo base (33) exterior para montaje en el que se encuentra soportada la placa (31) a través de unos brazos (34) distanciados angularmente equidistantemente entre sí, y comprendiendo cuatro prolongaciones (34a) por el interior de la placa (31) que se encuentran cubriendo en proyección normal y completamente cuatro de los ocho primeros sensores (20), como se ve en la figura 4a.

En la materialización más preferente, donde se ha encontrado el mejor funcionamiento del patrón de sombras se cumple que:

-la circunferencia (20a) que contiene los centros de los ocho primeros sensores (20), tiene de radio geométrico 3,75/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21);

-la placa (31) en forma de corona circular, tiene un diámetro interior de 7,26/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21) y un diámetro exterior de 14,78/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21), y se encuentra dispuesta a una altura 0,75/1 respecto de los sensores (20, 21) en relación con el diámetro óptico A de dichos sensores (20, 21); y

-el saliente de las prolongaciones (34a) por el interior de la placa (31) es 0,6/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21).

Por su parte, el anillo base (33) tiene idealmente en este caso un diámetro interior de 15,29/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21), y los brazos (34) tienen amplitud angular de 20 grados sexagesimales.

Además, se prefiere que el diámetro óptico A de los sensores (20, 21) sea de 2 milímetros, que es un valor comercial y origina unas dimensiones reducidas del conjunto.

Adicionalmente se ha previsto que la placa (31) en forma de corona circular pueda comprender una escotadura (31a) curva junto a uno de los brazos, de radio 1,4/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21), en cuya proyección, se encuentra dispuesto un nivel de burbuja (100), todo ello para que la instalación del piranómetro sea paralela al plano de la tierra y permita que los resultados obtenidos sean los que la calibración del piranómetro exige para disponer de total fiabilidad en la medida.

El conjunto se instala en una carcasa (5) nivelable (ir a figs. 6 y 7) con una primera ventana (50) transparente o translúcida en coincidencia con los sensores y el patrón de sombras, para proteger a los componentes de los agentes atmosféricos, pero permitir la entrada de la luz solar. Además, en el interior de esta carcasa (5) se dispondrán preferentemente (ver fig 6): -un módulo de sensores lumínicos (6) (en una primera placa PCB), donde se encuentran fijados los sensores (20, 21) y la instrumentación analógica para acomodar las señales procedentes de los sensores de radiación,

-un módulo de control y cálculo (7) de la radiación (en una segunda placa PCB), que además comprende un modulador Modbus (70) y un modulador de señales de salida analógicas (71), para el envío de datos a través de Modbus y de las señales de salida analógicas, y

-un módulo de comunicaciones (8) (en una tercera placa PCB), con un enlace (80) para envío de datos a través de internet. Estas tres placas están conectadas y colocadas dentro de la carcasa.

Se ha previsto la posible disposición opcional de un módulo de captación de luz de albedo (9) (la reflejada por el terreno) que comprende (ver fig. 7) un tercer sensor (90), una segunda carcasa (91), una segunda ventana (92) transparente o translúcida, unos medios de fijación a la carcasa (5), y unos medios de conexión al módulo de control (un conector básicamente).

Aprendizaje y OTA: el piranómetro dispone de comunicaciones celulares, de modo que es capaz de enviar los datos periódicamente a un servidor. Una vez se hayan desplegado suficientes unidades y se disponga de un número significativo de datos, éstos podrán analizarse y mejorar las mediciones. La OTA o FOTA (Firmware Over The Air) es una práctica común en muchos dispositivos IoT que permite reprogramar el microprocesador a través de su red de comunicaciones. De este modo se pueden solucionar posibles errores de programación o mejorar el programa a distancia sin tener que ir físicamente a reprogramar el piranómetro. Por ello, la carcasa comprende conectores exteriores (55) para conexiones de configuración y/o intercambio de datos.

Descrita suficientemente la naturaleza de la invención, se indica que la descripción de la misma y de su forma de realización preferente debe interpretarse de modo no limitativo, y que abarca la totalidad de las posibles variantes de realización que se deduzcan del contenido de la presente memoria y de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. -Piranómetro (1), del tipo que comprenden una matriz (2) de sensores y un patrón de sombras dispuesto sobre la matriz (2) de sensores para asegurar que, en cualquier momento con luz natural, al menos uno de los sensores recibe radiación solar directa y, al menos, otro de ellos quede completamente bajo la sombra generada por el patrón de sombrascaracterizado por que:

-la matriz (2) de sensores comprende nueve sensores (20, 21) de luz solar, circulares y de igual diámetro óptico A, dispuestos en un plano (4) horizontal, y que comprende ocho primeros sensores (20) dispuestos en forma de circunferencia y separados angularmente 45 grados, y un segundo sensor (21) dispuesto en el centro geométrico de la circunferencia (20a) formada por los centros de los ocho primeros sensores (20), y

-donde el patrón de sombras comprende una placa (31) en forma de corona circular, dispuesta sobre los sensores (20, 21) y distanciada de los mismos paralelamente al plano (4); comprendiendo un anillo base (33) exterior en el que se encuentra soportada la placa (31) a través de unos brazos (34), y comprendiendo cuatro prolongaciones (34a) por el interior de la placa (31) que se encuentran cubriendo en proyección normal y completamente cuatro de los ocho primeros sensores (20).

2. -Piranómetro (1) según reivindicación 1,donde:

-el saliente de las prolongaciones (34a) por el interior de la placa (31) es 0,6/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21)

3. -Piranómetro (1) según reivindicación 2,dondeel anillo base (33) tiene diámetro interior de 15,29/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21), y los brazos (34) tienen amplitud angular de 20 grados sexagesimales.

4. -Piranómetro (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,dondeel diámetro óptico A de los sensores (20, 21) es de 2 milímetros.

5. -Piranómetro (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,dondela placa (31) en forma de corona circular comprende una escotadura (31 a) curva junto a uno de los brazos de radio 1,4/1 en relación con el diámetro óptico A de los sensores (20, 21), en cuya proyección, se encuentra dispuesto un nivel de burbuja (100).

6. -Piranómetro (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,quecomprende una carcasa (5) con una primera ventana (50) transparente o translúcida en coincidencia con los sensores y el patrón de sombras.

7. -Piranómetro (1) según reivindicación 6,dondeen el interior de la carcasa (5) se encuentran dispuestos:

-un módulo de sensores lumínicos (6), donde se encuentran fijados los sensores (20, 21), -un módulo de control y cálculo (7), que además comprende un modulador Modbus (70) y un modulador de señales de salida analógicas (71), y

-un módulo de comunicaciones (8), con un enlace (80) para envío de datos a través de internet.

8. -Piranómetro (1) según reivindicación 6 o 7,quecomprende un módulo de captación de luz de albedo (9), el cual comprende un tercer sensor (90), una segunda carcasa (91), una segunda ventana (92) transparente o translúcida, unos medios de fijación a la carcasa (5), y unos medios de conexión al módulo de control.

9. -Piranómetro (1) según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8,dondela carcasa (5) comprende conectores exteriores (55).