【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量漫射太阳辐射(diffuse solar radiation)的传感器，其包括具有遮光图案的半球和多个光传感器。本专利技术还涉及一种包括这种传感器和日射强度计的系统，用于精确测量总太阳辐照度并且分离直射和漫射太阳辐射。
技术介绍
1、从ep1012633中已知一种用于测量太阳辐射的传感器，例如用于记录日照的持续时间和/或强度。已知的传感器使用以下组合：基板上方的透明材料的半球形构图圆顶和该基板承载的光敏检测器。圆顶的内表面由不透明材料形成图案，使得该圆顶具有不透明的区域和半透明的其它区域。该图案必须确保至少一个检测器总是被不透明区域遮蔽而不受直射阳光的照射，并且至少一个检测器总是能够通过半透明区域接收直射阳光。这样，通过比较从暴露于最大量和最小量的光的检测器得到的信号，可以记录关于漫射阳光和直射阳光的强度的指示。
2、然而，由于直射阳光的同时测量，已知的传感器仅能够提供漫射阳光的估计，使得总太阳辐照度测量的精度降低。此外，由于被遮光和被光照的传感器条件的要求，应当执行不同的传感器校准以便提高测量精度。最后，不规则遮光图案的产生相对复杂。
3、太阳辐射传感器的日益增长的应用是评估光伏(pv)系统的电输出。基于由传感器测量的太阳辐射，对于给定的光敏表面区域和pv转换效率，可以计算pv系统的理论上可实现的电输出，并且将其与实际电输出进行比较。该比较允许评估pv系统的性能，即，允许量化系统损耗。除了聚集的太阳光之外，pv装置还可将低水平的漫射光转换成电。
4、为了准确地评估也
5、日射强度计(pyranometer)通过由平面从180°视角或2π球面度立体角接收的太阳辐射(≈285至3000nm)以w/m2测量太阳辐照度。该太阳辐射对应于总太阳辐射，这其中包括直射光和漫射光。
6、因此，本专利技术的目的是提供一种太阳辐射传感器，其配备有明确限定的且易于再现的遮光图案，用于精确地测量漫射太阳辐照度(diffuse solar irradiance)。本专利技术的另一目的是提供一种包括传感器的测量系统，漫射和直接辐照度两者可以从该传感器精确地分离。本专利技术的另一个目的是提供一种可靠的太阳辐射传感器和测量系统，用于准确评估光伏系统的性能。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供了一种用于测量漫射太阳辐照度的传感器，包括：半球(hemisphere)，具有大约2π球面度的立体开度角，具有非透明层和透明孔图案(aperturepattern)，透明孔图案提供从半球中心附近看到的漫射辐射的近似均匀透射，孔是占据半球表面区域的小于2％的一部分的区域，两个或更多个光敏传感器在半球中心附近布置成阵列，使得在太阳相对于传感器的任何位置下，所述两个或更多个光敏传感器中的至少一个被具有孔图案的半球遮蔽而不受直接太阳辐射的影响。
2、所述半球和孔图案为传感器上方的整个天空半球的光敏传感器提供大的视场。成形为图案的所述孔的透明度允许阳光以规则的空间间隔穿透所述半球。或者，由于所述非透明层，光透射以规则的空间间隔被阻挡。覆盖传感器的半球为传感器提供了与环境的屏蔽。此外，通过仅需要半球的小表面区域作为透明图案，因为大部分表面由不透明层制成，所以可以容易地制造传感器。
3、此外，漫射辐射的所述近似均匀透射在光敏传感器的平面上方的立体角的所有方向上提供漫射天空的可靠再现。主要结果是对漫射辐照度的较高测量精度。
4、所述两个或更多个光敏传感器的阵列放置在半球中心附近允许任何传感器相对于所述图案和半球的基本上类似的、优选相同的位置，导致所有传感器的相同的方向响应，使得可以容易地校准传感器。相反，根据ep1012633构建的传感器只能由制造商校准。
5、始终具有至少一个被遮蔽的传感器允许在所有太阳位置处连续测量漫射太阳辐照度，而与直接太阳辐照度无关。
6、在一个实施例中，所述非透明层包括在透明材料上印刷或以其他方式沉积的遮光图案。传感器的图案化半球容易由形状为半球的透明材料(例如玻璃圆顶)制造。可以考虑诸如塑料圆顶的其它透明圆顶，只要光透射在90％和100％之间。例如，可以通过在玻璃圆顶上的预气相沉积涂层或印刷涂层的激光烧蚀，以两个步骤形成图案化层。所述涂层可以是黑色涂料层或例如铝的金属层，其透射率小于1％。或者，所述涂层和孔图案都可以通过3d掩模印刷在玻璃圆顶上而在一个步骤中构造。也可以考虑其它已知的在透明圆顶上形成非透明涂层和孔图案的替代技术(例如化学沉积)。
7、在一个实施例中，光敏传感器阵列包括包含传感器阵列的集成电路。通过使用传感器阵列和集成电路的组合，可以在校准和测量期间的所有时间可靠且有效地监视所有所述一个或多个光敏传感器的响应。
8、在一个实施例中，根据斐波纳契点阵(fibonacci lattice)来布置所述孔图案。所述孔图案具有高对称性或非常均匀的分布，这便于制造，因为每个孔由其在圆顶上的精确坐标限定。该图案可以应用于任何任意的孔形状，例如圆形、矩形。此外，通过以规则的间隔提供通过半球表面的光透射，高对称性允许漫射天空的精确再现。
9、在一个实施例中，具有孔图案的半球的视角因数或平均透射率大于10％。该图案提供足够的光透射，以便通过光敏传感器精确测量辐照度。
10、在一个实施例中，所述两个或更多光敏传感器中的至少一个配备有前光学器件，诸如透镜、视图限制孔或扩散器(diffusor)。利用附加的光学器件，可以调整所述两个或更多个光敏传感器中的任何一个对2π球面度的固体开度角的视场，并且可以校正两个或更多个传感器对其它传感器的横向、垂直或角度位置的任何差异。结果，所述两个或更多个光敏传感器对照射它们表面的阳光具有基本相同的、优选相同的方向响应。
11、在一个实施例中，在离所述半球的垂直距离处，所述传感器包括透明材料的另一2π球面度的立体开度角半球。该透明材料的半球(例如玻璃或透明塑料圆顶)在不限制光敏传感器的视角的情况下，为传感器提供环境和辐射屏蔽。一方面，对环境(风、雨、雪等)的灵敏度降低，而另一方面，仅允许太阳辐射而不是远红外辐射来加热传感器表面。因此，该附加的圆顶导致光敏传感器和半球之间的更好的热平衡，并且提供仪器偏差的强烈减少。该附加的圆顶还提供了用于通风和冷却具有孔图案的半球的空间。
12、在一个实施例中，所述光敏传感器具有相对于半球的相同位置，位于基本上平坦的平面上并且在距半球中心小于半球内半径的0.5倍的半径内，使得传感器具有基本上相同的方向响应，并且因此具有对漫射辐照度的基本上相同的灵敏度。传感器定位在半球中心的附近可允许任何被遮蔽了直接太阳辐射的传感器提供对漫射太阳辐照度的可靠测量，因为所有传感器对阳光具有基本上相同的响应和灵敏度。
13、在一个实施例中，所述半球具有与传感器阵列的空间分布相结合的空间分布，使得在大多数时间(优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于测量漫射太阳辐照度的传感器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述非透明层包括在透明材料上的印刷或以其他方式沉积的遮光图案。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，光敏传感器的所述阵列包括包含传感器阵列的集成电路。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述孔图案根据斐波纳契点阵来布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，具有所述孔图案的所述半球的视角因数或平均透射率大于10％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述两个或更多个光敏传感器(16、17)中的至少一个光敏传感器配备有前光学器件，例如镜头、视界限制孔或扩散器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，在距所述半球的垂直距离处，包括透明材料的另外的2π球面度的立体开度角半球(30)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，所述半球(2)具有与所述传感器阵列的空间分布相结合的空间分布，使得在大多数时间，优选地总是，至少一个传感器完全地被遮蔽了直射日光，视角
9.一种系统(50)，包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器和日射强度计(60)，用于测量分开的直射太阳辐射和漫射太阳辐射。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括：控制单元(70)，所述控制单元适于给出直接太阳辐射值和漫射太阳辐射值作为单独的输出，并且计算PV发电厂的理论上可实现的电输出，将该可实现的输出与实际输出进行比较以评估所述PV发电厂的性能。
11.根据权利要求9所述的系统，其与GPS系统或提供关于本地太阳位置和地理位置的信息的其它基础设施相组合，并且适于计算直接法向太阳辐照度。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于测量漫射太阳辐照度的传感器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述非透明层包括在透明材料上的印刷或以其他方式沉积的遮光图案。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，光敏传感器的所述阵列包括包含传感器阵列的集成电路。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述孔图案根据斐波纳契点阵来布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，具有所述孔图案的所述半球的视角因数或平均透射率大于10％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中，所述两个或更多个光敏传感器(16、17)中的至少一个光敏传感器配备有前光学器件，例如镜头、视界限制孔或扩散器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，在距所述半球的垂直距离处，包括透明材料的另外的2π球面度的立体开度角...
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