Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sensor für Sonnenleistung


von Anna S. (gladio11)


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Hallo zusammen,

die mittlere Strahlungsleistung der Sonne auf der Erdoberfläche beträgt 
etwa 1400 W/m².

Ich suche einen Sensor, der das gesamte Leistungsspektrum von Dunkel bis 
wolkenlos Hell erfassen kann. Messungen etwa alle zehn Sekunden mit +-5% 
Genauigkeit, eine Temperaturkompensation ist erwünscht.

Welcher Sensor eignet sich bitte dafür?

Gruß Anna

von Helmut -. (dc3yc)


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von xmega (Gast)


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Hallo,

Anna S. schrieb:
> Welcher Sensor eignet sich bitte dafür?

schau mal hier: TSL2561

Beispiel: http://www.basteln-mit-avr.de/atxmega32a4.html#luxmeter

Gruß XMEGA

von Reinhard Kern (Gast)


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Anna S. schrieb:
> Ich suche einen Sensor, der das gesamte Leistungsspektrum von Dunkel bis
> wolkenlos Hell erfassen kann.

Frage A: wie dunkel? Mond, mondlos, ohne Mond und Sterne - das macht 
Grössenordnungen aus!

Frage B: welcher Spektralbereich? sichtbar, IR, UV ?

Fotodioden erfassen ohne Filterung nahes IR bis nahes UV und sind linear 
über mehr als 6 Dekaden. Begrenzend ist nur der Dunkelstrom. Wegen des 
riesigen Dynamik-Bereichs ist die Schaltungstechnik aber nicht ganz 
trivial.

Gruss Reinhard

von Lehrmann M. (ubimbo)


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Hier zum Selbstbau:

http://www.umnicom.de/Elektronik/Projekte/Wetterstation/Sensoren/Pyranometer/Pyranometer.htm

xmega schrieb:
> Hallo,
>
> Anna S. schrieb:
>> Welcher Sensor eignet sich bitte dafür?
>
> schau mal hier: TSL2561
>
> Beispiel: http://www.basteln-mit-avr.de/atxmega32a4.html#luxmeter
>
> Gruß XMEGA

Nein. Ein Luxmeter ist kein Pyranometer. Hier ist nach der 
Sonnenleistung gefragt.

Ein Pyranometer ist ein Sensor zum Messen der Strahlungsflussdichte der 
Sonne (in Watt pro Quadratmeter) mit einem Sichtfeld von 180 Grad.

Ein Photometer oder Fotometer ist ein Instrument zur Messung 
photometrischer Größen, z. B. der Leuchtdichte (Einheit: cd/m²) oder 
Lichtstärke (Einheit: cd)

von Dennis (Gast)


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Kleine Anmerkung:

Die Einstrahlung von 1400W/m² hast du nicht auf der Erdoberfläche 
sondern in der Erdumlaufbahn bevor das Licht in die Atmosphäre eintritt 
(AM0 = Airmass 0).

In unseren Breitengraden haben wir AM1,5 und die damit erreichbare 
Globalstrahlung in der horizontalen ist auf ca. 1000W/m² begrenzt. 
Lediglich auf Bergen die schneebedeckt sind, kann eine Globalstrahlung 
von ca. 1,2kW/m² entstehen. Daher wird die Leistung von Solarmodulen bei 
1000W/m² ermittelt.

von Michael (Gast)


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Anna S. schrieb:
> die mittlere Strahlungsleistung der Sonne auf der Erdoberfläche beträgt
> etwa 1400 W/m².

Damit liegst du auf der sicheren Seite, da der Werte für die außerhalb 
der Atmosphäre ankommende Bestrahlungsstärke mit Werten um 1360 W/m^2 
angegeben wird.
http://www.newport.com/Einf%C3%BChrung-in-die-Sonnenstrahlung/411919/1031/content.aspx

> Ich suche einen Sensor, der das gesamte Leistungsspektrum von Dunkel bis
> wolkenlos Hell erfassen kann. Messungen etwa alle zehn Sekunden mit +-5%
> Genauigkeit, eine Temperaturkompensation ist erwünscht.

Meinst du mit dem gesamten Leistungssprektrum den Wellenlängenbereich 
oder den Dynamikbereich? Sternenlicht wirst du sicher nicht mehr 
erfassen wollen, oder? Bei der Genauigkeitsanforderung mußt du noch 
dazusagen, ob sich das auf den Skalenendwert, auf die Signalstabilität 
(Rauschen) oder worauf beziehen soll. Und brauchst du wirklich einen 
Sensor, der die Leistung richtig spektral bewertet oder reicht dir auch 
etwas einfacheres?

von MaWin (Gast)


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> Welcher Sensor eignet sich bitte dafür?

Mit den digitalen Sensoren, ich hatte TSL230, xmega nennt TSL2561, habe 
ich gute Erfahrungen.

Ihr Dynamikbereich ist gigantisch, allerdings ist so bei 140000 Lux die 
Sättigung erreicht. Das ist aber nicht so dramatisch, weil der Sensor eh 
hinter einer Abdeckung vor Witterungseinflüssen montiert wird (in 
unserem Fall hinter dem Solarpanelglas und Diffusor), und die Abdeckung 
kostet Leistung.

Falls es um Photovoltaik geht, passt die Photodiode in so einem Sensor 
auch spektralmässig gut dazu, geht es um thermische Solaranlagen, kann 
man umrechnen, denn im interessanten Helligkeitsbereich ist die 
Umrechung nahezu konstant. Hier ist eventuell der TSL2561 mit deinen 
beiden spektral unterschiedlichen Sensoren im Vorteil, den gab es damals 
aber nicht.

Auf alle Fälle sind diese digitalen Sensoren ERHEBLICH besser als jeder 
analoge Sensor bei dem man dann per Umschaltung oder Logarithmenbildung 
krampfhaft versuchen müsste, den nötigen Messbereich hinzubekommen, und 
dazu müsste man noch digitalisieren. zumindest wenn es um geringe 
Stückzahl geht ist daher der digitale Sensor dein Geld wert, er spart 
einfach unglaublich viel Aufwand.

Allerdings musste ich entdecken, daß eine Umschaltung der 
Empfindlichkeit durch 1, 10 bzw. 100 aktivierte Photodioden des inneren 
Arrays des TSL230 nicht zu 100, 10, 1 Counts führt, sondern die 
Abweichung so erheblich ist, daß sie bei Messbereichsumschaltung 
korrigiert werden muß. Das liess sich allerdings in Software 
automatisiert machen, so daß ich nicht mal den Faktor kenne.

von solarrulez (Gast)


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von Matthias (Gast)


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von M. B. (Firma: TH Nürnberg) (ohmen)


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Osram SFH5712 eventuell...???

von Anna S. (gladio11)


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Vielen Dank für die hilfreichen Antworten.

Mich interessiert, wieviel Wärmeleistung von der Sonne durch ein Fenster 
in ein Gebäude eingebracht wird. Strahlungen kleiner als 30W/m² 
(Mondschein etc.) brauchen dafür nicht erfasst werden und eine 
Genauigkeit von +-30W/m² ist ausreichend. Daher suche ich eigentlich 
nach einer Art Pyranometer.

Ich glaube aber, dass eine günstige und ausreichende Möglchkeit die 
Lux-Messung mit dem TSL2561 ist. Um den Sensor unterhalb der Sättigung 
zu betreiben, kommt einfach eine Dämpfung (Milchglas o.ä.) vor. Die 
Messwerte werden dann von Lux in W/m² umgerechnet.

Gruß Anna

von Reinhard Kern (Gast)


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Anna S. schrieb:
> Mich interessiert, wieviel Wärmeleistung von der Sonne durch ein Fenster
> in ein Gebäude eingebracht wird.

Das dürfte auch so seine Tücken haben, da nur ein Teil der Einstrahlung 
ins Gebeäude eindringt. Der andere Teil heizt die äussere Oberfläche des 
Fensters auf und dringt teils durch Wärmeleitung ins Innere, je nach 
Isolation, oder steigt als heisse Luft an der Aussenwand auf.

Gruss Reinhard

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