Noch ein Sonnensensor!

[Matsch]

Wie groß ist denn der Ausschnitt im Deckel?
Evtl passt sowas: https://www.gluecksfieber.de/glaskuppel ... nt?c=15504

Die Sensoren brauchen halt ein bißchen Platz, z.Z. ist der Ausschnitt etwa 35 mm groß.

[MichaelN]

Wo hast du eigentlich die Rohre für die Sensoren her? Welche Maße hast du genommen? Sehe ich das richtig, dass die nicht direkt am Sensor anliegen?

[Matsch]

Meinst du die Teile des Pyranometers?
Im Moment ist ja alles noch im Probestadium, deshalb habe ich erstmal nur die Idee vorgestellt. Wenn sich das Vorhaben letztlich ungefähr so entwickelt, wie ich mir das vorstelle, würde ich ohnehin genaueres veröffentlichen (Stromlaufplan, PCB, Zeichnungen, Sketch, Ergebnisse) - falls es Interesse gibt.

Für das Pyranometer habe ich Alurohre 50x12x1,5 benutzt, an einem Ende mit Aluvollmaterial verschlossen (10mm eingepresst) und aufgebohrt für die Sensoren (5mm).
Diese Anordnung hatte ich vergangenen Sommer probiert, nur noch nicht in der endgültigen Form.

[Matsch]

Meine Idee steht und fällt ja mit der Möglichkeit, allein aus den Helligkeitswerten der Sensoren den Azimut zu ermitteln.
Nun, heute schien sehr viel die Sonne und so konnte ich das erste Mal aufzeichnen, wie genau der intern berechnete Wert (rot) mit dem tatsächlichen Azimut (schwarz - aus der CCU) übereinstimmt.

Immer wenn die Lichtverhältnisse eine Bestimmung nicht zulassen, geht der Wert auf 0. Man sieht deutlich, dass ein paar Mal die Sonne weggegangen ist.
In der Software werden dann diese "Lücken" überbrückt, indem vom letzten gültigen Wert der Azimut zeitlich inkrementiert wird.
Am Ergebnis des ersten Versuchs kann ich erstmal nicht meckern ...

[Matsch]

So, nun die ersten Ergebnisse des Helligkeitswertes.
Im Diagramm ist die gemessene ungefilterte Helligkeit die gelbe Kurve, der gemittelte Wert die blaue Kurve (hier gemittelt über die letzten 15 Messungen - eine recht starke Mittelung).
Zudem befinden sich noch 2 HmIP-SLO am Haus - der erste an der Ostseite (genauer: Azimut 108°), der andere auf der Südseite. Sie sollten hier eigentlich zum Vergleich dienen. Just gestern aber fiel der Südsensor unreparierbar aus (vermutlich der Sensor defekt), so dass hier nun nur der SLO im Osten zu sehen ist (grüne Kurve).

Zu sehen sind hier 3 Dinge:

- das Ergebnis des Sonnensensors bildet ziemlich gut die erwartete Glockenkurve und stellt die Helligkeit durchgehend von Sonnenauf- bis Untergang dar. Die etwas zittrige Linie gegen Abend entstand m.E. durch den Schatten von Ästen großer, weiter entfernt stehender Bäume und dem langen Schattenwurf der zu diesem Zeitpunkt flach stehenden Sonne.
- am Morgen folgen die Kurven der beiden Sensoren einander recht gut, ab etwa 10.00 Uhr aber baut der SLO schon wieder stark ab.
- es zeigt auch die Unzulänglichkeit des SLO für solche Aufgaben. Der Erfassungswinkel ist erschütternd gering und für die Bewertung der wandernden Sonne kaum zu gebrauchen.


Und hier noch eine Auswertung. Ich wollte wissen, wie gut sich nur anhand der Helligkeiten der höchste Sonnenstand des Tages ermitteln läßt. Im Diagramm sieht man die maximale Elevation (rot) im Vergleich mit der Elevation aus der CCU (schwarz).

Die Differenz beträgt lediglich 1,2 °

[Matsch]

Hier noch eine kleine, interessante Begebenheit am Rande. Bei der Aufzeichnung der Werte aller Einzelsensoren sah ich an einzelnen Tagen morgens unerklärliche heftige Ausreißer nach oben, oft nur 3...6 mIn lang.

Woher kommen die? Warum nur an wenigen Tagen und nicht immer? Irgendein Fenster, das zu diesem Zeitpunkt die Sonnen auf den Sensor reflektiert?
Inzwischen weiß ich, es sind Wassertropfen auf dem Acrylglasdom, die sich morgens darauf sammeln (Regen- oder vor allem in letzter Zeit Kondenswasser) und die wie kleine Brenngläser wirken!

Wirft die Frage auf, ob eine zylindrische (Glas-)Röhre nicht doch besser geeignet ist, deren Ende so hoch ist, dass es nicht mehr in den "Blickwinkel" der Sensoren fällt.

[Matsch]

Inzwischen weiß ich, es sind Wassertropfen auf dem Acrylglasdom, die sich morgens darauf sammeln (Regen- oder vor allem in letzter Zeit Kondenswasser) und die wie kleine Brenngläser wirken!

Typischer Fall von Denkste!!!

Erst heute habe ich die wirkliche Ursache erkannt: Die Carportanlage im Osten des Hauses!
Die ist mit Well-Aluplatten gedeckt und die reflektieren in diesem Moment die Sonne von schräg unten nach oben. Könnte ich also durch eine geeignete Maske abdecken, die einen Lichteinfallswinkel von unter 0° vertikal nicht mehr zuläßt.
Oder noch besser, die Sensorgruppe im Gehäuse einfach tiefer setzen, so dass die eigentlichen Sensor-ICs nur kurz über der Gehäuseoberkante liegen.

[Matsch]

Jetzt gibt es erste Ergebnisse beim Test des Pyranometers. Da wäre ja sowohl das Verhalten bei strahlendem Sommerwetter (da muß ich noch warten) wie auch bei kaltem, trüben Wetter (wie gegenwärtig) interessant.

Hier zunächst der aktuelle Versuchsaufbau:

Wie sehen nun die Meßwerte am gestrigen Tag aus (21.03.)?

rot: Temperatur des schwarzen (warmen) Sensors
blau: Temperatur des weißen (kalten) Sensors
grün: Zum Vergleich die Außentemperatur

Hier die daraus ermittelte gemeldete Sonnenwärmeleistung - eher noch qualitativ, wenn auch der Wert nicht so weit wegliegen dürfte von der Wahrheit (die Wärmeleistung der Sonne in unseren Breiten zur Tag-und-Nacht-Gleiche liegt bei 400...700 W/qm):

Die meiste Zeit des Tages war es stark bewölkt, teilweise leichte Schnee- oder Regenfälle. Nur ein einziges Mal kam für eine kurze Zeit die Sonne raus, aber auch da noch leicht verschleiert.
Wie man sieht, liefert der Sensor schon kurz nach Anbruch des Tageslichts auch ohne Sonne schon einen deutlichen Messwert.
Besonders erstaunlich, dass bei Sonnenschein die Temperatur des schwarzen Sensors auf ca. 29°C steigt - bei etwa 4°C Außentemperatur und dass selbst bei solch einem Wetter die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sensoren schon ca. 17 K beträgt! Wieviel wird das im Hochsommer werden? Immerhin arbeiten die Thermistoren 103AT mit bis zu 110°C.

Jetzt warte ich noch auf einen sonnigen Frühlingstag.

Übrigens:

Wie man sieht, erreicht die Helligkeit bereits jetzt mehr als 120.000 lx!
Soviel zu den Zweiflern, die glauben, ein Sensor-IC mit einem Meßbereich bis 65 bzw. 83 kLx würde ausreichen. Umso schmerzlicher die Abkündigung des MAX44009, für den es bezüglich des Meßbereiches wohl keinen adäquaten Ersatz gibt.

[Matsch]

Nach weiteren 6 Wochen betrachte ich das Projekt als vorläufig abgeschlossen. Nach noch einigen kleineren Softwarekorrekturen macht der Sensor ziemlich gut das, was ich bezweckt hatte und ist mittlerweile ins Homematic-System integriert worden.

Hier nun noch die neuesten Meßkurven an einem sonnigen Tag der letzten Woche.
Hier die gemessene Helligkeit
- rot: aktuelle Helligkeit
- blau: gemittelter Helligkeitswert (gemittelt über 7 Messungen, also hier etwa 14 min)
- grün; nochmal die Vergleichskurve eines SLO

Es ist gut zu sehen, wie unabhängig der Meßwert vom Einfallswinkel der Sonne zwischen Sonnenauf- und untergang ist.
Zudem, wie schlecht ein SLO so eine Aufgabe erfüllen würde (hier ist jetzt auch die Beschneidung der hohen Werte sehr gut zu sehen).

Nun zur Wärmeleistung der Sonne. Zunächst die interessanten direkten Temperaturwerte des schwarzen und des weißen Sensors:
- rot: Temperatur des schwarzen Sensors
- blau: Temperatur des weißen Sensors
- grau: die herrschende Lufttemperatur

Die Temperaturdifferenz zwischen dem weißen und dem schwarzen Sensorkörper sind wirklich sehr hoch und eindeutig auswertbar. Gegenwärtig beträgt die maximale Temperaturdifferenz ca. 20 K, wobei der schwarze Sensor bis zu 44 °C erreicht - bei 18 °C Außentemperatur!

Die daraus ermittelte Sonnenwärmeleistung ergibt dann folgende Kurve:

Nachtrag:
Auch noch wichtig: Der Ruhestromverbrauch liegt bei 10...11 µA, d.h. ein Verbrauch von ca. 0,1 Ah pro Jahr. Damit dürften die Batterien mindestens 2 Jahre - wie üblich - halten.

[klassisch]

Klasse Arbeit, gefällt mir sehr! +1
herzlichen Dank fürs Teilen!

Mir fallen spontan ein bis zwei Fragen dazu ein.

• Könnte man mit dem Signal und der theoretisch maximalen Sonnenleistung zur Ortszeit auch so etwas wie einen Bedeckungsgrad / Bewölkung rechnen? Zumindest tagsüber sollte das gehen. Nachts fürchte ich eher nicht.
• Oder umgekehrt: Könnte man aus der Bewölkung und der theoretischen Sonnenleistung zur Ortszeit die aktuelle Sonnenleistung näherungsweise rechnen können? Ich messe mit einem FIR Thermometer die Himmelstemperatur und rechne näherungsweise die Bewölkung. Dann sollte ich daraus näherungsweise auch die Solarleistung rechnen können. Oder sehe ich das zu einfach?