Berechnung der Sonnenstunden

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olicat
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Berechnung der Sonnenstunden

#1

Beitrag von olicat »

Hi!

Ich wurde heute auf eine interessante Definition der Sonnenstunden hingewiesen. Kernsatz:
Heute bezeichnet die Meteorologie "Sonnenstunden" als Maßeinheit für eine Sonneneinstrahlung, die einer Leistung von 120 Watt pro Quadratmeter entspricht.
Das erscheint mir zu einfach - WeeWX oder auch WSWin nutzen da deutlich komplexere Berechnungen.
Was meint ihr dazu?

Hintergrund ist, dass auch FOSHKplugin die Berechnung der Sonnenstunden nach Jterrettaz unterstuetzt und die ausgegebenen Sonnenstunden in den Wintermonaten als zu gering erachtet werden.

Oliver
hoetz
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#2

Beitrag von hoetz »

Hallo Oliver,

ich nutze auch den Algorithmus aus dem Jterrettaz WeeWX Plugin. Zusätzlich habe ich allerdings noch einen monatlichen Faktor eingebaut, um die Sommer- und Winterzeit etwas zu kompensieren. Meinen Hobby-Ansprüchen genügt das.

Henry
ProfMobilux
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#3

Beitrag von ProfMobilux »

Ich habe mich gerade mal durch die Studie gelesen, auf die Jterrettaz verweist: http://meteo-sciez.fr/O1_07_Vuerich_Sun ... ration.pdf

Und ich würde mal folgendes vermuten - ohne dass ich in irgendeiner Form ein Experte oder auch nur belesener Hobbymeterologe wäre ;) In der Studie geht es darum, an einem Ort die Sonnenscheindauer zu bestimmen. Diese ist definiert als:
According to the CIMO Guide the SD during a given period is defined as the sum of
that sub‐period for which the direct solar irradiance exceeds 120 W m‐2.
Schaut man sich jetzt die Definition vom DWD an, was ein Pyranometer eigentlich misst, findet man:
Pyranometer messen die solare Gesamtstrahlung, die auch Globalstrahlung genannt wird. Die Globalstrahlung setzt sich aus der Summe der direkten und der indirekten Solarstrahlung zusammen.
Daraus geht aus meiner Sicht hervor, warum für die Sonnenscheindauer mit Grenzwert > 120 W/m² direkter Sonnenstrahlung nicht einfach der Messwert eines Pyranometers (Globalstrahlung) herangezogen werden kann.

Die Studie vergleicht dann 3 Algorithmen, wie man die Sonnenscheindauer aus der Globalstrahlung berechnen kann.
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olicat
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#4

Beitrag von olicat »

Hi!

Erschwerend kommt hier hinzu, dass z.B. Ecowitt bisher noch kein Pyranometer im Programm hat. Saemtliche Lichtsensoren sind einfache Helligkeitssensoren, bei denen die Solarradiation und der UV-Wert errechnet werden. So werden es wohl auch die anderen Hersteller fuer Hobby-Stationen machen.

Hoffnung macht, dass Ecowitt offenbar an einem Standalone-Lichtsensor arbeitet. Vielleicht misst der dann auch tatsaechlich ein paar andere Parameter.

Oliver
spitzmaus
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#5

Beitrag von spitzmaus »

Als mich das Thema beschäftigt hat, hatte ich bewußt an einigen sonnigen Morgen auf die Anzeige geguckt, welchen Wert die Globalstrahlung da hat. Da kann man schon lange einen sonnendurchfluteten Tag wahrnehmen, bis der Schwellenwert von 120 W/m^2 erreicht wird. Die Zahl alleine macht es nicht. Es kommt halt auch noch darauf an, in welche Richtung man mißt. Auch die Nutzung von Anpassungsfaktoren, wie sie schon erwähnt wurden, habe ich betrachtet. Ich glaube, das ist das mindeste, was man tun kann. Bei mir endete die Geschichte dennoch damit, ein Meßgerät zu kaufen, wobei mein Budget auch kein der Sonne nachgeführtes Instrument hergab, sondern nur eines mit einem Schattenstab.
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Gyvate
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#6

Beitrag von Gyvate »

Der Blake-Larsen SunRecorder bestimmt die vom menschlichen Auge als Sonnenschein wahrgenommene Lichtmenge.
Dem liegt ein Sensor, ein Messverfahren aber auch ein entsprechender Algorithmus zugrunde.
Das menschliche Auge schert sich "einen Dreck" um irgendwelche W/m2 Werte.
Ich konnte vor ein paar Jahren zu einem erschwinglichen Preis (ca. 160 EUR) ein Exemplar beim Erfinder und damaligen Produzenten in Dänemark erwerben. Es erfasst sekundengenau die Sonnenscheindauer.
Sogar CumulusMX unterstützt die von der Software minütlich bereitgestellte Sonnenscheindauer.

Leider hat sich der (Mit-)Erfinder und Entwickler altersbedingt aus dem Alltagsleben zurückgezogen und sein Patent an einen niederländischen Wetterladen weitergegeben, der das Teil jetzt mit RS485-Schnittstelle und für ca. 1.200 EUR und ohne Software anbietet.
Meiner hat nur eine einfache USB-Schnittstelle und eine Windows-Software, die es aber genauso gut kann.
Wer das Teil heute kauft, muss sich die Auswertung selber schreiben.
Das Konzept selbst ist allerdings genial.
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Gyvate
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#7

Beitrag von Gyvate »

olicat hat geschrieben: 12 Jan 2025, 13:46 Hi!

Erschwerend kommt hier hinzu, dass z.B. Ecowitt bisher noch kein Pyranometer im Programm hat. Saemtliche Lichtsensoren sind einfache Helligkeitssensoren, bei denen die Solarradiation und der UV-Wert errechnet werden. So werden es wohl auch die anderen Hersteller fuer Hobby-Stationen machen.

Hoffnung macht, dass Ecowitt offenbar an einem Standalone-Lichtsensor arbeitet. Vielleicht misst der dann auch tatsaechlich ein paar andere Parameter.

Oliver
Ecowitt arbeitet z.Zt. an einem Pyranometer-Konzept, also direkte Messung der Globalstrahlung.
Im Idealfall kommen da direkte W/m2 raus und u.U. auch ein abgeleiteter UV-Index.
Die Herleitung der Globalstrahlung aus photometrischen Daten ist nicht unbedingt so schlecht, wie das manchmal gern dargestellt wird; die Herleitung eines UVI aus Sonnenstrahlung / 100 ist allerdings schon hochgradig vereinfacht.
Interessanterweise wird durch Eichung an einem "wolkenfreien" Tag und der Bestimmung eines linearen Faktors (~0,65 - 0,75) das Ergebnis dann wieder recht brauchbar.

Ein Pyrheliometer, der für die ausschließliche Messung der direkten Solarstrahlung verwendet wird, ist es aber nicht - er bringt einem Normalbenutzer einer privaten Wetterstation allerdings auch wenig bis nichts, da daraus keine praktisch (= im täglichen Leben) verwertbaren Daten abfallen.
Er müsste auch der Sonnenbewegung nachgeführt werden - nicht wirklich praktisch jenseits des Wissenschaftsbetriebs.
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ProfMobilux
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#8

Beitrag von ProfMobilux »

olicat hat geschrieben: 12 Jan 2025, 13:46 Erschwerend kommt hier hinzu, dass z.B. Ecowitt bisher noch kein Pyranometer im Programm hat. Saemtliche Lichtsensoren sind einfache Helligkeitssensoren, bei denen die Solarradiation und der UV-Wert errechnet werden.
So schlecht ist das im privaten Gebrauch aber gar nicht. Ich hatte eigentlich damit gerechnet, dass der errechnete Wert über die Helligkeit deutlich ungenauer als der eines photovoltaischen Strahlungsmessers ist. Daher hatten wir unserer DIY-Wetterstation extra einen photovoltaischen Strahlungsmesser hinzugefügt. Natürlich als Kompromiss, da ein echtes Pyranometer das Budget bei weitem gesprengt hätte.

Ein Vergleich der damit gemessenen Strahlung zur errechneten Strahlung über den Helligkeitssensor mit der "Ecowitt-Formel" W/m² = Gemessene Helligkeit in Lux / 126.7 brachte quasi identische Werte. Beide Sensoren aber weder nachgeführt noch kalibriert. Es gibt auch dazu einige wissenschaftliche Untersuchungen zum möglichen Umrechnungsfaktor: https://www.extrica.com/article/21667/pdf
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Gyvate
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#9

Beitrag von Gyvate »

wenn man das verlinkte Dokument durchliest, ergibt sich ein Umrechnungsfaktor von sichtbarem natürlichem Sonnenlicht von 122 +/- 1, also 1 W/m2 = 122 lx +/- 1 lx, hergeleitet aus Einzelmessungen im Abstand von 0,5 bis 1 nm im natürlichen sichtbaren Spektrum - erstaunlich nahe an den 126,7, die auch aus einer bestimmten Messlogik hergeleitet wurden. Das sind bei 100.000 lx (~ 800 W/m2) ein "Fehler" (eine Abweichung) von 1%.
Das geht locker in der spezifizierten Messgenauigkeit des Lichtsensors von 15% unter.

Bei solchen Betrachtungen lässt sich durchaus die Frage stellen, welchen Mehrwert für den privaten Gebrauch ein echter Pyranometer gegenüber einem Lichtsensor bringt. Wenn man mal davon absieht, dass es auch für Pyranometer, deren Messung ja auf der Umwandlung von Licht- in Wärmeenergie beruht, unterschiedliche Verfahren mit unterschiedlicher Genauigkeit gibt.

Das soll jetzt nicht den Nutzen eines Einzelsensors für Solarenergiebestimmung in Frage stellen. Der ist sicherlich im Ecowitt-Universum wünschenswert, spätestens seit Einührung der Schmalspurstationen WS3801/WS3901 mit einem WS85 ohne "Solarsensor".
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Re: Berechnung der Sonnenstunden

#10

Beitrag von ProfMobilux »

Das muss ja jeder für sich selbst entscheiden. Was ich auf jeden Fall sagen kann, ist, dass zumindest bei meinen Untersuchungen der photovoltaische Strahlungssensor keinen großen Mehrwert ggü. dem Helligkeitssensors (Photodiode) gebracht hat. Wobei ich auch an einem stark bewölkten Tag gemessen habe (~50-100 W/m²) - den gesamten Messbereich habe ich nicht untersucht. Ich könnte mir vorstellen, dass die Solarzelle bei größere Strahlungen genauer ist. Zumindest haben bei Werten > 60.000 Lux die meisten Sensoren Probleme und deutliche Abweichungen.

Bild

Hinweis: Die in der Grafik noch gezeigte FOSHK-Wetterstation steht einige Meter entfernt bei meinem Nachbarn und war höher montiert - sie sollte mir nur als ungefähre Orientierung dienen.

Ich hätte das tatsächlich so nicht erwartet.
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