Pyranometer Nhiệt Sử Dụng Nền Tảng Phần Cứng Mở Arduino

International Journal of Thermodynamics - Tập 21 Số 1 - Trang 1-5
Elson Avallone, Paulo César Mioralli, Vicente Luiz Scalon, Alcides Padilha, Santiago del Rio Oliveira

Tóm tắt

Pyranometer nhiệt là những thiết bị rất quan trọng để đánh giá cường độ bức xạ mặt trời dưới nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. Những thiết bị này sử dụng bức xạ nhiệt để so sánh và xác định hiệu suất của chúng. Vì việc sử dụng rộng rãi này kèm với sự phát triển của các công nghệ mới, một phiên bản pyranometer nhiệt đơn giản và chi phí thấp đã được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo. Một đĩa nhôm được sơn đen được sử dụng làm điểm nóng, và điểm lạnh được tiếp xúc với không khí xung quanh. Hai đầu cắm được kết nối với một mạch khuếch đại kỹ thuật số và tín hiệu đầu ra được đưa đến bảng mạch Arduino. Việc hiệu chuẩn thiết bị được thực hiện bằng cách so sánh kết quả với cảm biến quang đi-ốt thương mại. Phân tích thống kê dữ liệu hiệu chuẩn ở mức độ tin cậy 99% dẫn đến một sai số chuẩn ước tính là 20.8 W/m². Một phân tích thời gian phản hồi của thiết bị cũng được ước tính từ một mô hình động học. Mô hình này sử dụng giải pháp số của cân bằng năng lượng của việc trao đổi nhiệt giữa đĩa nhôm và môi trường. Thời gian phản hồi của thiết bị dựa trên trung bình của các ước tính thu được từ mô hình động học là khoảng 1,5 phút. Dựa trên những nghiên cứu này, kết luận rằng các đặc tính của cảm biến là phù hợp cho hầu hết các bài kiểm tra năng lượng mặt trời và chi phí cuối cùng là 60 USD thấp hơn rất nhiều so với phần lớn các thiết bị thương mại tương tự.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

[1] I. Zanesco and A. Krezinger, “On the threshold of the accuracy of using silicon solar cells to measure global solar irradiance,” in 11th Photovoltaic energy conference, Montreux Swizerland, Montreux - Suíça, 1992.[2] S. Awasthi, A. Dubey, J. M. Kellar, and O. Mor, “Design and simulation of eletronic instruments for solar energy measurement system,” Int. J. Sci. & Eng. Res., 3, 1, Jan-2012.[3] H. Vera Luiz, A. J. Busso, and F. Benitez, “Piranómetro fotovoltaico con sistem autónomo de adquisición de datos,” Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, 9, 2005.[4] I. Zanesco, “Analise e Construçao de um Piranômetro Fotovoltaico,” Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1991.[5] M. A. Martínez, J. M. Andújar, and J. M. Enrique, “A new inexpensive pyranometer for the visible spectral range,” Sensors, 9, 4615–4634, 2009.[6] D. W. Medugu, F. W. Burari, and A. A. Abdulazeez, “Construction of a reliable model pyranometer for irradiance measurements,” African Journal of Biotechnology, 9, 1719–1725, 2010.[7] ISO 9847, Solar Energy — Calibration of field pyranometer by comparison to a reference pyranometer. 2013.[8] ISO 9060, Standard & Pyranometer Measurement Accuracy. 2012.[9] W. A. Vilela, “Estudo, desenvolvimento e caracterização de radiômetros para medição da raciação solar,” Tese de Doutorado, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, São José dos Campos - SP, 2010.[10] WMM, “Instruments and observing methodos - Report No 98.” World Meteorological Organization, 2009.[11] M. et al Krazenerg, “Rastreabilidade de radiômetros para medida da energia solar,” in Meteorologia 2003 - Meteorologia para a vida, Recife - PE, 2006.[12] M. A. M. Bohórquez, J. M. E. Gómez, E. D. Aranda, M. J. V. Vázquez, and J. M. A. Márquez, “Sistema de instrumentación de bajo coste para la medición de irradiancia en el rango espectral visible,” in XXXII Jornadas de Automática, Sevilla - Espanha, 1, 2011. 1.[13] S. N. Nwankowo, M. N. Nnabuchi, and J. E. Ekpe, “Construction and characterization of a pyranometer using locally avaliable materials for global solar radiation measurement,” Asian Transactions on Basic and Applied Sciences, 2, 2012.[14] J. L. Souza and J. F. Escobedo, “Construção de um saldo radiômetro com termopilha de filme fino e avaliação de sua performance,” Revista Brasileira de Meteorologia, 10, 29–36, 1995.[15] J. F. Escobedo, V. A. Frisina, R. P. Ricieri, and A. P. Oliveira, “Radiômetros solares com termopilhas de filmes finos - I Descrição e custos,” Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, 16,, 1997.[16] J. M. Gomes, P. M. Ferreira, and A. E. Ruano, “Implementation of an intelligent sensor for measurement and prediction of solar radiation and atmospheric temperature,” in Sensors Journal, IEEE, Floriana - Malta, 2011, 1–6.[17] E. Avallone, “Avaliação da Eficiência Térmica de um Coletor Solar Tipo Tubo Evacuado Modificado,” Master Thesis, Universidade Estadual Paulista - Júlio de Mesquita Filho, Campus de Bauru, 2013.[18] J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process, 4a., vol. 1. USA: John Wiley & Sons, 2013.[19] S. A. Kalogirou, “Solar thermal collectors and applications,” Progress in Energy and Combustion Science, 30, 231–295, 2004.[20] S. A. Kalogirou, Solar Energy Engineering, 1a., vol. 1. United States of America: British Library Cataloguing-in-Publication, 2009.[21] P. Berdahl and M. Martin, “Emissivity of clear skies,” Solar Energy, vol. 32, no. 5, p. 663, 1984.[22] K. G. T. Hollands, T. E. Unny, G. D. Raitby, and L. Konieck, “Free convection heat transfer across inclined air layers,” Trans ASME J. Heat Transfer, 98, 1976.[23] F. P. Incropera, D. P. Dewit, T. I. Bergman, and A. S. Lavine, Fundamentos de transferência de calor e massa, 6th ed., vol. 1, 1 vols. Rio de Janeiro: LTC - Livros técnicos e científicos Editora Ltda, 2008.[24] V. L. Scalon and S. D. R. Oliveira, “Theoretical analysis of a flat pyranometer,” presented at the VII SiAT - Simpósio de Análise Térmica, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho,” 4, 2015.