Sensor solar de alta precisión para la obtención de la posición del sol,

que comprende:

- una guía de luz (7) encargada de la recepción del rayo solar;

- un sensor fotoeléctrico (2) de cuatro cuadrantes encargado de recibir el rayo solar proveniente de la guía solar (7);

- un circuito electrónico (9) configurado para adaptar la señal proveniente del sensor fotoeléctrico (2) a la conexión con un controlador electrónico (6);

- una carcasa (11) para protección del sensor fotoeléctrico (2) y del circuito electrónico (9),con al menos una apertura (12) para recibir el cableado de alimentación y control

Sensor solar de alta precisión.

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de los sensores solares de precisión, que transmiten la posición solar a un controlador electrónico con alta precisión, necesario para sistemas solares de concentración.

Antecedentes de la invención

Los sensores existentes en el mercado buscan la posición solar pero sin ningún elemento de precisión, sino mediante la compensación de luminosidad entre varios sensores, y sobre todo no utilizan un bucle híbrido de control con sensor y microcontrolador con formula astronómica de seguimiento en caso de fallo del sensor o falta de luminosidad.

Algunos sensores solares, como el Acerval-Technosun, no utilizan ni colimador (concentrador) ni algoritmo astronómico para el bucle de control.

Otros sensores solares, como el Deger (Alemania), al igual que el anterior utilizan tres sensores dispuestos en 120º cada uno para en base a compensación de luminosidad calcular la posición solar, lo cual da problemas con las sombras de las nubes y aporta poca precisión.

Otros sensores, como el Delta (Taiwán), emplean un sistema basado en evitar sombras para calcular la verticalidad del sensor. Tampoco trabaja en bucle híbrido con algoritmo solar.

El problema de los sensores solares existentes es que no distinguen entre luz solar directa y difusa, por lo que en situaciones de baja luminosidad o sombras o nubosidad no pueden detectar con precisión dónde está el sol y hacen que los sistemas se vuelvan inestables y poco precisos.

La presente invención al ser un sistema con procesamiento y software de cálculo permite filtrar todas las adversidades anteriores y mantener la precisión de apuntamiento solar.

Además está capacidad de cálculo permite realizar tareas de autoajuste y calibración automática importantes durante la vida del seguidor solar puesto que normalmente sufren asentamientos y deformaciones.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un sensor solar de alta precisión de acuerdo con la reivindicación 1 y a un sistema de obtención de la posición del sol según la reivindicación 7. Realizaciones preferidas del sensor solar y del sistema se definen en las reivindicaciones dependientes.

El sensor solar de alta precisión comprende:

- Una guía de luz encargada de la recepción del rayo solar. La guía de luz es un elemento compuesto por un tubo de aluminio calibrado, y está pintado con una pintura negra, opaca sin brillos. De esta forma sólo pasará la luz directa eliminando así los rayos difusos. Cuando el sensor solar se encuentre desenfocado respecto a la posición del sol un ángulo superior a la ventana de la guía de luz, no pasará luz a través de la guía de luz. En el caso de que el equipo se encuentre enfocado a la dirección del sol a través de la guía de luz, pasarán los rayos directos, los cuales incidirán en un sensor fotoeléctrico de 4 cuadrantes.

- Un sensor fotoeléctrico de cuatro cuadrantes encargado de recibir el rayo solar proveniente de la guía solar. El sensor de cuatro cuadrantes está compuesto por 4 fotodiodos, los cuales generan una corriente eléctrica proporcional a la luz incidida en ellos. Los fotodiodos están soldados a una PCB, la cual actúa como soporte físico y conductor eléctrico, encargada de mantener fija la posición de los fotodiodos y conducir la corriente a través de las pistas rutadas. El sensor de cuatro cuadrantes se encuentra situado al final de la guía de luz, centrada respecto a ésta. De esta forma cuando la luz pase a través de la guía, en los fotodiodos se generará la corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz incidida, siendo esta independiente de cada sensor. Comparando las distintas intensidades se calcula la desviación del conjunto respecto a la posición solar.

- Un circuito electrónico configurado para adaptar ta señal proveniente del sensor fotoeléctrico a la conexión con un controlador electrónico.

- Una carcasa para protección del sensor fotoeléctrico y del circuito electrónico, con al menos una apertura para recibir el cableado de alimentación y control.

La guía de luz tiene, en una realización preferente, 100 mm de longitud y una ventana de 6 mm, mientras que la carcasa tiene preferentemente un índice de protección IP67.

El sistema comprende preferiblemente un protector manufacturado en vidrio o policarbonato que envuelve y protege la guía de luz.

Es también objeto de la presente invención un sistema de obtención de la posición del sol que comprende el sensor solar anterior y adicionalmente comprende el controlador electrónico, el cual está configurado para procesar las señales provenientes del sensor solar y obtener la posición del sol.

El controlador puede estar adicionalmente configurado para, en función de la posición del sol obtenida, corregir la posición del seguidor solar sobre el que está montado el sensor solar.

En una realización preferida el controlador electrónico comprende:

- cuatro amplificadores encargados de amplificar las señales analógicas provenientes del sensor solar;

- al menos un conversor analógico-digital (ADC) encargado de digitalizar las señales analógicas amplificadas;

- un microcontrolador encargado de recibir y procesar las señales digitalizadas.

El ADC puede estar dentro del microcontrolador (en este caso éste recibe las señales amplificadas, digitaliza y procesa las señales) o fuera del mismo (en este caso al microcontrolador le llegan las señales ya digitalizadas y amplificadas).

Breve descripción de los dibujos

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra una vista del sensor solar objeto de la presente invención.

La Figura 2 representa una vista en sección del sensor solar.

La Figura 3 muestra las dimensiones de la guía de luz del sensor solar.

La Figura 4 muestra el conjunto sensor solar y controlador electrónico.

Descripción de una realización preferida de la invención

Las Figuras 1 y 2 muestran el sensor solar 1 objeto de la invención, mientras que la Figura 4 muestra la conexión del sensor solar 1 con el controlador electrónico 6 donde se procesan las señales del sensor para conocer la posición exacta del sol. El sensor solar 1 consiste en un sistema fotoeléctrico que transmite la posición solar al controlador electrónico 6 con una precisión en ángulo de desviación mayor de 0,01º, necesario para sistemas solares de concentración.

La Figura 1 muestra una vista del sensor solar 1.

La Figura 2 muestra un corte longitudinal (siguiendo la guía de luz 7) de la vista anterior. El sensor solar 1 comprende una guía de luz 7 o tubo colimador, un sensor fotoeléctrico 2, de cuatro cuadrantes, un circuito electrónico 9 para adaptar la señal del sensor fotoeléctrico 2 a la conexión con el controlador electrónico, y una mecánica de protección para intemperie y cableado, incluyendo un protector 10, preferentemente de vidrio, que rodea y protege la guía de luz 7 y una carcasa 11 de protección del circuito electrónico (preferentemente con índice de protección IP67), con una apertura 12 para el cableado de alimentación y control.

La Figura 3 muestra una realización preferente de la guía de luz 7, con 100 mm de longitud y una ventana de 6 mm.

La Figura 4 muestra el conjunto sensor solar 1 y controlador electrónico 6. El controlador electrónico 6 comprende un microcontrolador 3 con conversor analógico-digital 4 (en una realización preferida el conversor es de 10 bits; aunque en la figura 4 aparecen en bloques separados el conversor analógico digital puede estar o no incorporado en el microcontrolador, aunque normalmente lo estará) y cuatro amplificadores 5 (uno para cada cuadrante) de la señal analógica procedente del sensor solar 1.

La precisión del conjunto controlador electrónico y sensor solar se logra ajustando el rayo solar a la ventana o apertura de la guía de luz 7 o tubo colimador, de 100 mm de longitud y su ventana de 6 mm, que nos da una apertura o ventana solar de:

 

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Reivindicaciones:

1. Sensor solar de alta precisión, caracterizado porque comprende:

- una guía de luz (7) encargada de la recepción del rayo solar;

- un sensor fotoeléctrico (2) de cuatro cuadrantes encargado de recibir el rayo solar proveniente de la guía solar (7);

- un circuito electrónico (9) configurado para adaptar la señal proveniente del sensor fotoeléctrico (2) a la conexión con un controlador electrónico (6);

- un protector (10) que envuelve y protege la guía de luz (7);

- una carcasa (11) para protección del sensor fotoeléctrico (2) y del circuito electrónico (9), con al menos una apertura (12) para recibir el cableado de alimentación y control y con otra apertura para recibir a la guía de luz (7).

2. Sensor solar de alta precisión según la reivindicación 1, caracterizado porque la guía de luz tiene 100 mm de longitud y una ventana de 6 mm.

3. Sensor solar de alta precisión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa (11) tiene un índice de protección IP67.

4. Sensor solar de alta precisión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el protector (10) está manufacturado en vidrio.

5. Sensor solar de alta precisión según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque el protector (10) está manufacturado en policarbonato.

6. Sistema de obtención de la posición del sol que comprende el sensor solar de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque adicionalmente comprende el controlador electrónico (6), el cual está configurado para procesar las señales provenientes del sensor solar (1) y obtener la posición del sol.

7. Sistema de obtención de la posición del sol según la reivindicación anterior, caracterizado porque el controlador está adicionalmente configurado para, en función de la posición del sol obtenida, corregir la posición del seguidor solar sobre el que está montado el sensor solar (1).

8. Sistema de obtención de la posición del sol según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque el controlador electrónico (6) comprende:

- cuatro amplificadores (5) encargados de amplificar las señales analógicas provenientes del sensor solar (1);

- al menos un conversor analógico-digital (4) encargado de digitalizar las señales analógicas amplificadas;

- un microcontrolador (3) encargado de recibir y procesar las señales digitalizadas y obtener la posición del sol.

9. Sistema de obtención de la posición del sol según la reivindicación 8, caracterizado porque el al menos un conversor analógico-digital (4) está integrado en el microcontrolador (3).

 

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