1. Piranómetro, del tipo de los que incorporan un fotodiodo para medir la radiación luminosa asociado a un elemento de detección,

caracterizado porque está constituido a partir de una carcasa (1) dotada de medios de estanqueidad para la misma, carcasa que presenta una tapa (3) superior en la que se establece una ventana a través de la que la radiación luminosa es captada por el fotodiodo de silicio (8), habiéndose previsto que dicha tapa (3) incorpore un difusor de luz (6), dispuesto de manera que independice parcialmente el valor la radiación con respecto del ángulo de incidencia, con la particularidad de que el elemento de detección y acondicionamiento (7) asociado al fotodiodo de silicio (8) está asociado igualmente a un elemento de control (9), que a través de al menos un sensor de temperatura interno (10) controla un elemento de termostatización interno (12), en orden a mantener constante la temperatura en el seno del dispositivo, habiéndose previsto igualmente con dicho elemento de control (9) colabore un elemento de transmisión de datos (11) integrado, con una salida en formato digital serie estándar.2. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque su carcasa (1) se materializa en un cilindro negro de polietileno, cerrado inferiormente mediante una base de apoyo (2), dotada de un nivel de burbuja (14), mientras que superiormente se cierra a través de la tapa (3), mediante una junta tórica (4) y una serie de tornillos (5).3. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento difusor (8) se materializa en un difusor de teflón con un talonado a 45º.4. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el seno de la carcasa (1) se establece un depósito de sales higroscópicas para evitar la formación de humedad interna.5. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de control (9) se materializa en un microcontrolador tipo PIC con convertidor analógico-digital incorporado.6. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de termostatización (12) incorpora una pluralidad de esterillas de calentamiento controladas a través del microcontrolador del elemento de control (9) y activadas a través de una etapa electrónica de potencia.7. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de transmisión (11) se materializa en un convertidor a bus serie RS 485 full dúplex

Piranómetro.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo especialmente concebido para medir la radiación luminosa en unidades de vatio por metro cuadrado.

El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de gran precisión y con un coste de fabricación reducido.

Es asimismo objeto de la invención proporcionar un dispositivo cuyas medidas no se vean afectadas por las diferencias de temperatura externas, eliminando el problema del error coseno, habitual en este tipo de dispositivos, así como evitando problemas de posible condensación de vapor de agua en el interior del mismo.

El dispositivo incorpora medios de conexión directa a PC sin electrónica auxiliar, eliminando igualmente todo tipo de problemas de ruido o incertidumbres y errores en los procesos de conversión de la señal obtenida.

La invención se sitúa pues en el ámbito de los sectores industriales en los que la medida de variables meteorológicas sean una necesidad, teniendo aplicación en todas aquellas áreas donde sea necesario medir la radiación luminosa.

Antecedentes de la invención

En el ámbito de aplicación práctica de la invención, para realizar la medición de la irradiancia solar (directa, global o difusa), se emplean dispositivos denominados piranómetros. La medida de esta radiación se utiliza ampliamente en estudios de aprovechamiento de energía solar tanto térmica como fotovoltaica, mediciones meteorológicas, cultivos, etc. Su uso no está lo suficientemente extendido debido al alto coste de estos dispositivos, basados la mayoría de las ocasiones en termopilas. Existen otros tipos de dispositivos para medir la radiación solar, como son el pirheliómetro, que es un instrumento para medición de la radiación solar directa a incidencia normal, el pirgeómetro, que mide la radiación atmosférica neta sobre una superficie negra horizontal, orientado hacia arriba, a la temperatura del aire ambiente y el pirradiómetro, que mide la radiación solar y terrestre. En función del tipo de medición a realizar, se usará uno u otro tipo de dispositivos, siendo el más común en las actividades de investigación e industriales, el piranómetro.

Estos instrumentos son clasificados en distintas clases, según sus características de medición, concretamente la norma ISO 9060 establece la clasificación de los piranómetros y pirheliómetros en función de su exactitud, tiempo de respuesta, no linealidad, etc. Se pueden considerar dos grandes grupos dentro de los piranómetros, los basados en termopilas como elemento sensible que miden la salida como pequeñas fuerzas electromotrices y los basados en semiconductor (fotodiodo), al cual corresponde esta invención.

Para la determinación del albedo, porcentaje de radiación reflejada por una superficie respecto de la incidente, basta montar dos sensores idénticos contrapuestos, conectando sus salidas a la estación meteorológica o PC.

El problema que presentan este tipo de dispositivos es la influencia de la temperatura en la medida obtenida, la degradación de la señal debido al proceso de transmisión, la influencia de ruidos, y sobretodo, y como ya se ha comentado con anterioridad, el elevado coste de estos dispositivos.

Descripción de la invención

El piranómetro que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos comentados, de manera que para unas prestaciones similares a las de un piranómetro profesional, el coste del piranómetro de la invención puede llegar a ser del orden de mas de 100 veces menor, sin menoscabo de su precisión, a lo que hay que añadir además que sus medidas no se vean afectadas por las diferencias de temperatura externas, estando asimismo exento del problema del error coseno, y presentando medios de conexión directa a un PC sin necesidad de electrónica auxiliar.

Para ello, el dispositivo que se preconiza está constituido a partir de un transductor de radiación solar, basado en semiconductor, concretamente un fotodiodo de silicio, que a diferencia de los dispositivos convencionales se encuentra termostatizado a una temperatura constante durante todo su funcionamiento, temperatura que puede ser monitorizada y ajustada por el usuario a través del software, como se verá más adelante. Así pues, mediante esta estructuración, las habituales dependencias de este tipo de dispositivos frente a la temperatura, quedan subsanadas.

Superiormente al citado fotodiodo de silicio se dispone un difusor de teflón para mejorar el problema del error coseno. En el seno de la carcasa del dispositivo se dispone un compartimento para albergar sales higroscópicas, lo que permite eliminar el problema de la posible condensación en el interior del dispositivo, materializándose la carcasa en un cilindro negro de polietileno convenientemente estanqueizado.

Desde el punto de vista de la electrónica del dispositivo, este cuenta básicamente con cuatro elementos: un elemento de detección, un elemento de control, un elemento de termostatización y un elemento de transmisión.

En cuanto al elemento de detección, y tal y como se acaba de comentar, el elemento sensor del piranómetro es un fotodiodo de silicio montado sobre una base plástica. El elemento sensor está aislado del exterior mediante un difusor de teflón. Todo el conjunto está posicionado sobre una base con control de nivel para ajustar la horizontalidad para lo cual exteriormente a la citada carcasa se establece un nivelador de burbuja.

La radiación incidente en el dispositivo pasa primero, antes de llegar al fotodiodo, por el difusor de teflón que actúa tanto de difusor como de protector de las radiaciones UV que degradarían la vida útil de la cubierta del fotodiodo. El difusor de teflón tiene también el cometido de mantener aislado al fotodiodo de la lluvia y otras inclemencias meteorológicas.

El fotodiodo genera una señal eléctrica que es función del valor de la radiación recibida, en unidades de vatio/m², que una vez acondicionada de forma correcta es convertida por el elemento de control a formato digital.

En cuanto al elemento de control, el dispositivo incorpora un microcontrolador con convertidor analógico-digital incorporado. En este dispositivo se realiza la conversión de la señal analógica proveniente del elemento de detección y se convierte a formato digital. Esta señal se envía al elemento de transmisión, formado por un convertidor a bus serie RS 485 full dúplex. El microcontrolador controla también la termostatización del dispositivo, ya que recibe la señal analógica de un sensor de temperatura alojado en el elemento de termostatización. En función de la temperatura medida, ejecutará la orden de activar una serie de calentadores o no.

En cuanto al elemento de termostatización, su misión es la de mantener constante en todo momento la temperatura en el interior de la carcasa o cuerpo del dispositivo.

El elemento primario del elemento de termostatización es un sensor de temperatura analógico cuya señal de salida, una vez acondicionada, es enviada al microcontrolador. El microcontrolador compara la temperatura medida con la de consigna, la cual ha sido establecida mediante el software de control. En función del resultado se activa o no un elemento de calentamiento basado en esterillas calefactoras.

Por último y en cuanto al elemento de transmisión, la transmisión de información entre el piranómetro y el elemento de instrumentación que utilice el usuario, por lo general un PC o similar, se realiza en formato digital estándar serie RS 485 full-dúplex, para aligerar la temporización en las comunicaciones, pudiéndose no obstante utilizarse cualquier otro formato convencional adecuado, si bien mediante éste se permite conexiones entre dispositivos de elevada longitud (hasta 1 Km), es robusto y muy inmune al ruido. Para la transmisión se utiliza un convertidor serie estándard RS 485 que integra entradas de control, de la señal a transmitir así como salida directa con buffer incorporado en formato serie.

Así pues, el ahorro del coste de la invención frente al estado de la técnica se ve aún más acrecentado por el hecho de que no necesita electrónica auxiliar. La salida es ofrecida directamente en formato digital, con lo que se evitan problemas de ruido y de degeneración de la señal (al tener menos procesos de conversión de ésta), pudiendo ser utilizado de forma...

1. Piranómetro, del tipo de los que incorporan un fotodiodo para medir la radiación luminosa asociado a un elemento de detección, caracterizado porque está constituido a partir de una carcasa (1) dotada de medios de estanqueidad para la misma, carcasa que presenta una tapa (3) superior en la que se establece una ventana a través de la que la radiación luminosa es captada por el fotodiodo de silicio (8), habiéndose previsto que dicha tapa (3) incorpore un difusor de luz (6), dispuesto de manera que independice parcialmente el valor la radiación con respecto del ángulo de incidencia, con la particularidad de que el elemento de detección y acondicionamiento (7) asociado al fotodiodo de silicio (8) está asociado igualmente a un elemento de control (9), que a través de al menos un sensor de temperatura interno (10) controla un elemento de termostatización interno (12), en orden a mantener constante la temperatura en el seno del dispositivo, habiéndose previsto igualmente con dicho elemento de control (9) colabore un elemento de transmisión de datos (11) integrado, con una salida en formato digital serie estándar.

2. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque su carcasa (1) se materializa en un cilindro negro de polietileno, cerrado inferiormente mediante una base de apoyo (2), dotada de un nivel de burbuja (14), mientras que superiormente se cierra a través de la tapa (3), mediante una junta tórica (4) y una serie de tornillos (5).

3. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento difusor (8) se materializa en un difusor de teflon con un talonado a 45º.

4. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el seno de la carcasa (1) se establece un depósito de sales higroscópicas para evitar la formación de humedad interna.

5. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de control (9) se materializa en un microcontrolador tipo PIC con convertidor analógico-digital incorporado.

6. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de termostatización (12) incorpora una pluralidad de esterillas de calentamiento controladas a través del microcontrolador del elemento de control (9) y activadas a través de una etapa electrónica de potencia.

7. Piranómetro, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el elemento de transmisión (11) se materializa en un convertidor a bus serie RS 485 full dúplex.