Hi! Ich überlege mir gerade, wie ich am besten ein Gerät zur Messung der Sonneneinstrahlung bauen könnte. Zwei verschieden Möglichkeiten schweben mir vor: 1.) Mit Hilfe einer Fotodiode BPW21 (oder so) und geeigneter Auswertung 2.) Mit einer "Präzisionssolarzelle" Möglichkeit 1 habe ich bereits gebaut, das zeigt halt die Lichtstärke in lux an. Ich habe nur leider (noch) kein Referenzmessgerät um die Genaugkeit der Ergebnisse zu prüfen. lux kann man ja dann in W/m² umrechnen Jedenfalls dachte ich mir das müsste doch einfacher mit einer Referenzsolarzelle gehen. Man hat die Solarzelle, Ihren U-I-Verlauf, sowie Nettofläche und Wirkungsgrad. Die Zelle betreibt man dann in MPP-Punkt, den man ja aus dem DB kennt, misst da Spannung und Strom den die Zelle hergibt. Mit dem Wirkungsgrad, den man kennen muss, kann dann ja die eingestrahlte Leistung hochgerechnet werden. Mein Problem ist nun, weiß jemand ob die zweite Möglichkeit sinnvoll ist, und was viel wichtiger ist, wo und ob man so eine Solarzelle überhaupt herbekommt?? Vielen Dank schon Mal Philipp
Solarstrahlung misst man mit einem Pyranometer. Wikipedia sollte darüber was wissen. Eine Beziehung zwischen lux (lichttechnische Einheit) und W/m² (Energiedichte) besteht NICHT. Die Frage ist, wozu das Ganze gut sein soll. Danach entscheidet sich das der Problemstellung angemessene Messverfahren. Und die zu verwendenden Maßeinheiten.
Nun, die Bestrahlungstärke mit einer Solarzelle misst man nicht im MPP, sondern über den Kurzschlussstrom: Isc~G (dem man aus dem Datenblatt entnehmen kann). Der Kurzschluss-Strom hat einen fast zu vernachlässigenden Temperaturkoeffizienten (je nach dem wie genau die Sache werden soll) TK Isc=2,5mA/K. Bei einer industriellen monokristallinen 6" Zelle entspäche das das relativ TK Isc=0,025%/K. Also nehm Dir einen Shunt (10mOhm) und schliesse die Zelle kurz. Dahinter ein geeigneten OPV mit geringem Offset und einstellbarer Verstärkung. Da der Kurzschlussstrom Fertigungsschänkungen unterliegt, solltest Du die Anordnung gegen ein Pyranometer kalibrieren. mfg taxcon
taxcon wrote:
> Nun, die Bestrahlungstärke mit einer Solarzelle ...
Nochmal: auch mit einer Solarzelle misst man keine Bestrahlungsstärke,
sondern erhält ein Maß für den mit der spektralen Empfindlichkeit dieses
Typs von Solarzelle UMGESETZTEN ANTEIL der Bestrahlungsstärke, also ein
sowohl lichttechnisch als auch energetisch unsinniges Maß.
Vielleicht will der Fragesteller das ja gerade? Den Grund seiner Frage
hat er uns leider nicht mitgeteilt. Nur sollte man dann nicht mit
messtechnisch und physikalisch eindeutig vorbelegten Begriffen
operieren.
Solarzellen selektieren: sie nehmen nicht das Sonnenlicht auf - nur einen Teil. Das hat zur Folge, dass das tagesabhängig ist - neben der Temp, wolken, ...
Analoge Varianten kämpfen mit dem Problem, dass ein üblicherweise linear strahlungsabhängiger Sensor Werte über etliche Zehnerpotenzen verteilt liefert. Will man nicht nur einen kleinen Teilbereich davon sauber messen, dann ist das nicht direkt per ADC auswertbar, sondern benötigt eine Messbereichsumschaltung oder muss erst analog logarithmiert werden. Den entsprechenden K(r)ampf kann man in ein paar Threads vor einigen Wochen beobachten (initiiert von "Patti"). Einfacher: Ein Sensor der eine lichtabhängige Frequenz liefert. Die nämlich lässt sich in weitem Bereich problemlos per Timer Capture messen, und auch gut über längere Strecken transportieren. Einfachste Lösung: TSL230RP (=> Micromaus), zu besichtigen auf www.c2j2m.de, DHW Graphs, log10(E). Diese Lösung orientiert sich freilich eher an Solarwärme, weniger an Solarstrom, insofern stört die Infrarotempfindlichkeit eines Sensors nicht. Willst du eine gleiche spektrale Empfindlichkeit wie Solarzellen, musst wohl schon ein vergleichbare Solarzelle verwendet.
@ Dieter R. (drei) >was wissen. Eine Beziehung zwischen lux (lichttechnische Einheit) und >W/m² (Energiedichte) besteht NICHT. Aber sicher! Über die empirisch ermittelte spektrale Augenempfindlichkeit. http://de.wikipedia.org/wiki/Helligkeit MfG Falk
Alexander Meier hat mal ein Laser-Leistungsmessgerät gebaut: Laser-Leistungsmesstechnik [UKW-Berichte 3/02, S. 145-155, Baiersdorf, (2002)] auf seiner Webseite stehen dazu diese beiden Tafeln zur Lichtmessung: http://www.ame-engineering.de/pdf/spectrum.pdf http://www.ame-engineering.de/pdf/lichttech.pdf
Für was soll denn das genutzt werden ? Als Schutz der Haut brauscht es UV IR geht nicht durch Glas Je nach PV-Typ werden leicht unterschiedliche Spektren absorbiert. Solarwärme: Schwarz. Da das nicht klar ist, ...
Ich beschäftige mich seit einiger Zeit mit einem ähnlichen Thema. Ich habe an meinen Wohnzimmerfenstern elektrische Rolläden, mit denen im Sommer u.a. vermieden werden soll, daß es einerseits im Zimmer zu warm wird, andererseits sollen auch die hier befindlichen Gegenstände, Bilder etc. nicht "abstechen" (durch die Sonne vergilben). Daher möchte ich die Rolläden herunterfahren lassen, wenn die Strahlung einen bestimmten Wert überschreitet. Ich möchte hier aber nicht einfach die Helligkeit messen, sondern ein Maß für die "Schädlichkeit" bzw. "Sonnenaggressivität" bestimmen, und in dessen Abhängigkeit die Rolläden steuern. Versteht ihr, was ich meine? Kennt jemand hierfür einen Sensor, der eine geeignete Empfindlichkeitskurve hat? Ich möchte aber nicht den Umweg über eine Frequenz gehen, sondern das Signal logarithmieren und dann in den ADC geben.
@ Günter R. (galileo14) >Ich möchte hier aber nicht einfach die Helligkeit messen, sondern ein >Maß für die "Schädlichkeit" bzw. "Sonnenaggressivität" bestimmen, und in >dessen Abhängigkeit die Rolläden steuern. Versteht ihr, was ich meine? Ja, aber was soll das? Bist du ein Pendant? MFG Falk
> Ich möchte aber nicht den Umweg über eine Frequenz gehen, sondern > das Signal logarithmieren und dann in den ADC geben. Erstens ist man über Umwege manchmal bedeutend schneller im Ziel. Zweitens ist der einzig direkte Weg die direkte Lichtmessung, den ersten Umweg hast du über die Licht/Stromwandlung einer Fotodiode schon drin. Für einen ADC kommt dann noch der nachgeschaltete zweite Umweg in Form eines Strom/Spannungswandlers hinzu. Für Frequenz statt dessen ein Strom/Frequenzwandler (wenn die BPW21 schon da ist, kann das ein simpler TLC555 sein). Lies mal durch, was die erwähnten Threads ergeben haben, hinsichtlich der Problematik von Messbereichsumschaltern (Leckstrom) und analogen Logarithmierern. Und danach sag nochmal, was einfacher ist: eine BPW21 plus Präzisionslogarithmierer, eine BPW21 plus TLC555 oder ein kaum teureres fertiges IC mit Frequenzausgang.
Vergiss den Messbereich. Fue die Schaedigung ist die lineare skala genuegend. Kalibriert muss das Ganze auch nicht sein. Geh davon aus, dass bei wolkenlosem Himmel 1 kW pro Quadratmeter auf eine Flaeche senkrecht zum Licht kommen. Das genuegt zum Normieren.
Angehängte Dateien:
-
Auswertung.png
7,1 KB
Wow, nicht schlecht! Da sind ja gar ein paar Ideen da! Zur praktischen Anwendung des ganzen: Man rechet ja für die Sonneneinstrahlung mit 1000W/m². Dieser Wert weicht nun je nach Jahreszeit und Breitengrad ab. Und ganu den Wert möchte ich messen. Bei den 1000W/m² wird sicher Licht in jeder Wellenlänge mitgemessen, oder gelten diese Werte nur für einen gewissen Bereich? Das es solche Geräte gibt, die mit Solarzellen messen, sieht man in dem Link: http://www2.sma.de/de/solartechnik/produkte/kommunikation/kommunikationsprodukte-und-software/sunny-sensorbox/uebersicht/index.html Der Sensor soll, anschließend samt Auswertung usw., ein Diagramm wie im Anhang dargestellt liefern
> Der Sensor soll, anschließend samt Auswertung usw., ein Diagramm wie im > Anhang dargestellt liefern => http://www.c2j2m.de - DHW Graphs - log10(E).
Falk Brunner wrote: > Aber sicher! Über die empirisch ermittelte spektrale > Augenempfindlichkeit. Scherzbold. Die Beziehung ist nur bei gegebenem Spektrum eine Konstante. Das Sonnenspektrum ist aber variabel. Sollte auch auf Wikipedia stehen.
@ Dieter R. (drei) >Scherzbold. Die Beziehung ist nur bei gegebenem Spektrum eine Konstante. >Das Sonnenspektrum ist aber variabel. Sollte auch auf Wikipedia stehen. Auf wieviel 0,000000x Prozent genau willst du denn messen? MFG Falk
Oh, wir reden hier nicht über 0,x Prozent, sondern über FAKTOREN. Vor allem im IR, z. B. je nach Bewölkung. Quelle z. B. http://ams.allenpress.com/archive/1520-0450/30/4/pdf/i1520-0450-30-4-447.pdf Je nach Wellenlänge und Bewölkung beträgt in den dortigen Messungen der Faktor zwischen Standardspektrum und realem Spektrum ca. 0,6 bis 2,0
@ Dieter R. (drei) >Oh, wir reden hier nicht über 0,x Prozent, sondern über FAKTOREN. Vor >allem im IR, z. B. je nach Bewölkung. Ach so, naja. Obwohl IR für die Berechnung von LUX-W/m^2 wohl ziemlich egal sein sollte ;-) MFG Falk
Begreifen fällt wohl schwer. Wenn er lux misst oder die Energieabgabe einer photoelektrischen Solarzelle misst, dann misst er den IR-Anteil ÜBERHAUPT nicht. Der geht aber in die BESTRAHLUNGSSTÄRKE (=Messung der Sonneneinstrahlung) in W/m² ein. Also im Extremfall: sichtbarer Bereich aus, Null lux, trotzdem kann man sich an der IR-Strahlung des Heizstrahlers die Birne verbrennen. Bei der Sonne ist es nicht ganz so extrem, aber im Prinzip ähnlich. Der Ansatz des Fragestellers "lux kann man ja dann in W/m² umrechnen" ist falsch. Es gibt einen groben Näherungswert, mehr nicht. Wenn einem der reicht, braucht man gar nicht messen. Dann reichen die tabellierten Werte des Jahresganges.
@ Dieter R. (drei) >Der Ansatz des Fragestellers "lux kann man ja dann in W/m² umrechnen" >ist falsch. Du hast ja Recht! MFG Falk
Ah, dass man lux in W/m² nicht so einfach umrechnen kann, wusste ich nicht. Ich hab da so ein Dokument im Netz gefunden, wo eben die Umrechnung von lux in W/m² mit einem Faktor 0,016... oder so erfolgt. Ich fasse mal kurz zusammen: - Beleuchtungsstärke(lux) und Bestrahlungsstärke(W/m²) haben nur eingeschränkt, wenn überhaupt miteinander zu tun - Zur Messung der Bestrahlungsstärke verwendet man sog. Pyrometer bzw. Pyranometer Könnte man die Messung dann vieleicht über einen Umweg über die Temperatur realisieren? Die Friam THIES Klima bietet solche Geräte an, die funktionieren allem Anschein mit Thermoelementen
Pyranometer funktionieren mit Thermoelementen. Deshalb sind sie auch teuer, weil man viele Thermoelemente braucht. Frage (oder wurde sie schon beantwortet, der Tread wird allmählich unübersichtlich): wozu soll das denn dienen? Wie genau sollte/muss es sein? Muss es unbedingt selbst gemessen sein? Man kann im Internet auch auf Wetterdaten zugreifen (ich weiß allerdings nicht wo, aber dafür gibt es in Meteorologie-Foren Experten). Strahlungsmessung, und dann auch noch einigermaßen exakt, ist wirklich nicht so ganz trivial. Hier: http://cgi.ebay.com/EPPLEY-LABORATORY-PYRANOMETER-RADIOMETER-MODEL-IR_W0QQitemZ130128621747QQihZ003QQcategoryZ26237QQrdZ1QQssPageNameZWD1VQQcmdZViewItem gibt es eins. Total vergammelt, garantiert Schrott, deshalb kostet es auch nur US $259.99. Verkauf nur in USA, ist auch besser so.
Ein Sensor misst was er misst. Ein Silizium Sensor misst sein Band mit seiner Gewichtung. Ein Thermischer Sensor macht das aehnlich. Was man nun machen kann ist extrapolieren, da man zB sagt, das Spektrum veraendert sich nicht im betrachteten Leistungsbereich. Wenn zb die Abnutzung von Teppichen, oder der Haut interessant ist, so interessiert der lineare Bereich von 50% bis 100%. Das ist zB keine bis wenig Wolken. Da bleibt das Spektrum annaehernd konstant. Wenn ne Wolkendecke da ist, so ist das UV weg, und die Leistungsdichte ist bei 20% oder weniger. Also, nimm'ne Diode und normiere den Strom bei senkrechtem Einfall bei wenig bis keine Wolken auf 1kW/m^2. Dass sollte mit 10% iger Genauigkeit hinkommen. Nein, ist unabhaengig von der Jahreszeit.
10% Messgenauigkeit ist mutig. Alle Messfehler eingerechnet erreichen das mal gerade kommerzielle Pyranometer. Datenblatt hier: http://www.fischer-barometer.de/datenblaetter/D461101.pdf Genauigkeit der täglichen Summe 10%, d. h. Einzelwerte sind noch viel ungenauer. Nur absolute High-End-Geräte sind genauer. Hier (Google hilft): http://www.umnicom.de/Elektronik/Projekte/Wetterstation/Sensoren/Pyranometer/Pyranometer.htm hat jemand sowas selbst gebaut. Toll!!! Es ist aber wirklich anspruchsvoll und nichts für Leute mit Ungeduld oder dicken Fingern. Im Interesse der Messgenauigkeit sollte man die einzelnen Messflächen aber wohl nicht als Rauten ausbilden, sondern als Kreissegmente (Tortenstücke). So kenn ich das jedenfalls. "normiere den Strom bei senkrechtem Einfall". Ist hier aber schwierig. Siehe Wikipedia, Wendekreis.
@1293 Die Idee gefällt mir. Die BPW21 mit samt Auswertung hab ich schon, da brauche ich also nur mehr im Programm den Umrechnungsfaktor ändern. Die Genaugkeit ist auch nicht gar so wichtig, hauptsache es zeigt mir an, wann die sonne auf und unterging, und ob es klar oder trüb war. Danke nochmals an alle, habt mir sehr geholfen! mfg Philipp
Um annährend das Diagramm was ich oben im Anhang eingestellt habe zu bekommen. Das Ganze wird dann auf einem Dach/Terasse... hingestellt und ausgerichtet. Aus den Daten sieht man dann, wann die Sonne über den Bergen steht, und vor allem wie lange sie scheint. Das Ganze soll ich für einen Kollegen machen, der gerne wissen möchte ob sich auf seinem Dach eine PV-Anlage von Seiten der Sonneneinstahlung rentiert.
Vergiss es. Dafür gibt es Software, bei der man Standort und Umgebungsprofil eingibt. Die modelliert dann die zu erwartende Einstrahlung, und mit den Daten das Solarpanels bekommt man den Ertrag. Das ist mindestens 10 x so genau wie dein Schätzometer. Und das Ergebnis gibt es sofort, und nicht erst nach einem Jahr. Wobei dieses eine Jahr zufällig verregnet oder besonders sonnig sein kann ...
Genau diese Diskussion habe ich mit ihm auch schon gehabt. Jedenfalls bat er mich um solch ein Gerät. Und für solche einstrahlungsmessungen gibt es ja auch ein paar interessante Seiten, z.b: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radday.php?lang=de&map=europe
Philipp Putzer wrote:
> Genau diese Diskussion habe ich mit ihm auch schon gehabt.
Gut. Dann lass die Sache sein und mach was sinnvolles. Z.B. passende
Software suchen, mit der Freundin Essen gehen, die Welt retten, aber
nicht so'n blödes "Messinstrument", das nichts gescheites misst.
Eine kurze google suche hat mir diesen anbieter von solarstrahlungssensoren ans tageslicht gefördert: http://www.greenteg.com/applications/heat-flux-sensing/solar/ Es handelt sich dabei um einen thermopile sensor, der die solarstrahlung in ein voltsignal umwandelt, das dann mit einem voltmeter oder einem logger ausgelesen wird.
Ich schätze, dass der TO sein Problem in den letzten 6 Jahren bereits gelöst hat.
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