Zusammenhänge der Licht-/Helligkeits-/UV-Werte

[speerwerfer]

Hallo zusammen,

ich möchte gerne die Zusammenhänge der verschiedenen Werte verstehen, komme da aber nicht so richtig weiter. Per MQTT bekomme ich diese Werte von weewx mit GW1000 Treiber.

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  "luminosity": "18600.0",
  "uvradiation": "9.9",
  "UV": "1.0",
  "radiation_Wpm2": "146.8034727703236",
  "maxSolarRad_Wpm2": "205.84080933386386",

Im WIKI steht ja, was man machen muss, damit die radiation korrekt berechnet wird. Das scheint zu klappen.
Aber wie kommen die anderen Werte zustande? Ich meine irgendwo gelesen zu haben, das die alle irgendwie berechnet werden. Ist das so? Gibts dazu eine Quelle? Und was bedeuten die Werte uvradiation, radiation & maxSolarRad? In der App wird radiation als Solar Irradiance bezeichnet.

Zu Solar Radiation hab ich das hier gefunden: https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenstrahlung
Zu Luminosity dies: https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtkraft
Solar Irradiance: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_irradiance

Ich würde die Werte gerne gemeinsam mit der vom Mikrowechselrichter zurückgemeldeten Powerwerte betrachten.

[Peter]

Wie es berechnet wird, würde ich auch gern wissen. Ich kann dir nur nach Auswertung meiner Messreihen sagen, bei welcher Solarstrahlung, die Anzeige zum jeweils nächsthöheren UVI wechselt.

Ich habe länger mit dem Korrekturfaktor experimentiert, und bin jetzt seit diesem Sommer bei 0,7 angelangt. Da stimmen die UVI-Wechsel zumindest bis UVI 6-7 halbwegs, darüber sind das bestenfalls Schätzwerte. Für genauere Werte ist der Solarstrahlungsmesser von Frogitt/Ecowitt nicht geeignet.

Hier wie versprochen, meine Werte (jeweils Wechsel zwischen):
0-1: 150 W/m²
1-2: 295 W/m²
2-3: 440 W/m²
3-4: 594 W/m²
4-5: 739 W/m²
5-6: 884 W/m²
6-7: 1029 W/m²
7-8: 1185 W/m²
8-9: irgendwo zwischen 1360 und 1380 W/m²
9-10: ??? (einmal UVI von 10 gemessen mit 1901 W/m²)

Grüße Peter.

[Gyvate]

in weewx Begriffen wird von den Fine Offset / Ecowitt-Lichtsensoren die Lichtstärke/Helligkeit (Luminosity) in Lux gemessen.
Die anderen Werte (mit der Ausnahme von maxSolarRad) werden von dieser Lichsttstärke abgeleitet. So wird UV-Index primär von der Konsole einfach durch Division durch 100 der aus der Lichtstärke/Helligkeit ermittelten Leistung pro Fläche ermittelt. Wenn Du einen Kalibrierungsfaktor einsetzt, wird durch 100 x Kalibrierungsfaktor dividiert.

Wenn der Lichtsensor beispielsweise 31.675 Lux misst, dann entspricht das 250 W/m². Der von der Konsole daraus berechnete UV-Index ist 2,5. Wenn Du als Kalibrierung für den UVI 0,75 eingetragen hast, liefert die Konsole dann anstelle von 2,5 einen UVI von 1.9.

Deinen Kalibrierungsfaktor kannst Du am besten dadurch bestimmen, dass Du die von der Konsole bereitgestellten Werte mit Kalibrierungsfaktor 1.0 an einem wolkenlosen Sonnentag als Messreihe bestimmst und als Vergleich die Messwerte einer Sonnenstrahlungsmessstation des DWD in Deiner Nähe zum Vergleich heranziehst.

Helles Sonnenlicht entspricht 136.000 lx (Lux) was eine Leistung von 1.075 W/m² erzeugt. Der (Umrechnungs)Faktor zwischen Helligkeit und Leistung pro Quadratmeter beträgt 126.7
Diese Zahlen wurden durch Messungen ermittelt. Der Faktor variiert während des Tages, aber als Mittelwert kann man 126.7 nehmen. So werden bei den Ecowitt-Konsolen die W/m² ermittelt.
Radiation = luminosity / 126.7 oder (Sonnen-)Strahlung = Helligkeit / 126,7

maxSolarRad ist die theoretisch maximale am jeweiligen Tag und an einer entsprechenden geographischen Breite Sonnenstrahlung in W/m². (Strahlungsleistung der Sonne, Absorption durch Erdatmosphäre ergeben maximal ca. 1.400 W/m², was nach Jahreszeit und geographischer Breite variiert).
Größere Peaks (Spitzenwerte) können durch Wassertropfen auf dem Lichtsensor oder (und) dem sogenannten Cloud-Edge-Effekt entstehen.

[Gyvate]

Ergänzung:
Genau genommen sind Helligkeitsangaben oft auf eine einzelne Wellenlänge des Lichts bezogen. Typischerweise nimmt man da als Bezugswellenlänge 555 nm, weil dort die Empfindlichkeit des menschlichen Auges am Größten ist. Für den Helligkeitsbedarf von verschiedenen Pflanzen ist dieser Wert untauglich, da diese unterschiedliche Helligkeitsmaxima bei unterschiedlichen Frequenzen haben (hängt von den zur Licht-zu-chemischer Energieumwandlung verwendeten Molekülen bei ihrer Photosynthese ab). Dazu gibt es mittlerweile größere Tabellenwerke.

Der in einer Wetterstation verwendete Helligkeitssensor ist aber kein ausgelagertes menschliches Auge sondern i.d.R. eine Fotozelle, die das dort auftreffende Licht (daher auch Lux, --> Definition) aus einem ganzen Frequenzband/-bereich misst. Daher kann man die auf 555 nm bezogenen Werte hier nicht sinnvoll verwenden (das steht in der deutschen/europäischen Norm auch so als Hinweis drin). Die Angabe von Lux (also auf einer definierten Fläche auftreffende Lichtenergie) beim o.a. Wert für einen hellen Sonnentag berücksichtigt das, stammt also nicht von einer einzelnen Wellenlänge. Sonnenlicht ist (auf der Erde, nach dem Durchlaufen aller ausseratmosphärischen und auch atmosphärischen Filter) bei unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlich intensiv.

Es werden hier auch photometrisch gewonnene Werte (und Einheiten) in radiometrische Werte und Einheiten umgerechnet.
Wenn Du Dich in die Thematik weiter vertiefen willst, lies mal in Wikipedia zu "Helligkeit" bzw. "illuminance" (auch schon mal "luminosity" genannt) und zu "Sonnenstrahlung" bzw. "irradiance" (die sogenannte "solar radiation") oder z.B: https://www.extrica.com/article/21667/pdf

[Peter]

Genau genommen sind Helligkeitsangaben oft auf eine einzelne Wellenlänge des Lichts bezogen. Typischerweise nimmt man da als Bezugswellenlänge 555 nm, weil dort die Empfindlichkeit des menschlichen Auges am Größten ist.....

.....Es werden hier auch photometrisch gewonnene Werte (und Einheiten) in radiometrische Werte und Einheiten umgerechnet.

Genau, und schon deswegen ist die Angabe des UVI bei den Froggit/Ecowitt Sensoren nur eine Schätzung, weil dieser Sensor keine UV-Strahlung misst, sondern nur umrechnet, dass bei einer Helligkeit von X in der Regel mit einer UV-Intensität von Y zu rechnen ist ...

[Gyvate]

dafür haben wir ja dann die Kalibrierung - ein Faktor von 0,75 hat sich bei Vielen als realistisch herausgestellt.
Genau(er) kann man es dann für sich wie zuvor bereits erwähnt mt einem Vergleich der DWD Messwerte machen.

[dc3yc]

Dann sind meiner Meinung nach diese ganzen Umrechnungswerte sinnlos! Was nützt es mir, wenn ich einen Wert messe und den mit verschiedenen Faktoren wichte und dann auftrage? Brauche ich nicht, kostet nur Speicherplatz und lässt sich immer wieder aus dem Ursprungswert berechnen.
Es gibt doch mittlerweilen recht brauchbare und bezahlbare Sensoren, die die einzelnen Werte messen können (für den, den das interessiert). VEML6075 als UV-Sensor und BH1750 als Lux-Sensor wären Kandidaten. Nur die Pyranometer (von Kipp&Zonen) haben ihren Preis. Aber da bekommt man manchmal von ausgedienten Wettermessstationen welche.

[Gyvate]

Dann sind meiner Meinung nach diese ganzen Umrechnungswerte sinnlos! Was nützt es mir, wenn ich einen Wert messe und den mit verschiedenen Faktoren wichte und dann auftrage? Brauche ich nicht, kostet nur Speicherplatz und lässt sich immer wieder aus dem Ursprungswert berechnen.
Es gibt doch mittlerweilen recht brauchbare und bezahlbare Sensoren, die die einzelnen Werte messen können (für den, den das interessiert). VEML6075 als UV-Sensor und BH1750 als Lux-Sensor wären Kandidaten. Nur die Pyranometer (von Kipp&Zonen) haben ihren Preis. Aber da bekommt man manchmal von ausgedienten Wettermessstationen welche.

Wenn Du meinst ....
und wenn Du genau genommen, nachdem die Korrekturen vorgenommen sind, m.M.n. unnötig in weitere Sensoren investieren willst, ist Dir das natürlich freigestellt.
Die Umrechnungen sind allerdings nicht sinnlos sondern im Gegenteil sinnvoll.
Man sollte halt nur wissen, wofür man was einsetzt/benutzt.

Wieso ein BH1750 Sensor, der maximal (lt. Datenblatt) 65535 lx messen kann, hier besser sein soll , verstehe ich nicht so ganz. Der misst auch nur photometrisch die Strahlung bei 555 nm. Wohingegen die Fotozelle des Kombisensors ein Frequenzband misst, das z.B. der Realität Deiner Haut nahe kommt. Die Realität der Haut ist nicht die Realität des menschlichen Auges. Und wenn ich bei der Fotozelle des Kombisensor mit einer einfachen empirisch gefunden Kalibrierung den UV-Index als Abfallprodukt bekomme, brauche ich keine zusätzlichen Investitionen wie einen VEML6075.

Die genannten Sensoren sind in Verbindung mit einem Arduino- oder RaspberryPi Projekt bestimmt interessant, aber m.E. nicht notwenig, wenn man alles bereits im Preis inbegriffen bekommt (und bei der Beleuchtungsstärke nicht auf 555 nm eingeschränkt wird).
Aber jedem das Seine.

Was einen Pyranometer anbetrifft, ist der ja so konzipiert/designt, dass er üblicherweise nur die direkte Sonneneinstrahlung misst. Das ist genau genommen ein rein akademischer Wert. Was die Meisten praktisch interessiert ist die Globalstrahlung, der sie ausgesetzt sind. Gilt jedenfalls für die meistens Menschen und für Landwirtschafts- und Gartenbauszenarios.

[RunMike]

Wieso ein BH1750 Sensor, der maximal (lt. Datenblatt) 65535 lx messen kann, hier besser sein soll , verstehe ich nicht so ganz. Der misst auch nur photometrisch die Strahlung bei 555 nm. Wohingegen die Fotozelle des Kombisensors ein Frequenzband misst, das z.B. der Realität Deiner Haut nahe kommt. Die Realität der Haut ist nicht die Realität des menschlichen Auges. Und wenn ich bei der Fotozelle des Kombisensor mit einer einfachen empirisch gefunden Kalibrierung den UV-Index als Abfallprodukt bekomme, brauche ich keine zusätzlichen Investitionen wie einen VEML6075.

Da kann ich dir nur zustimmen. Ich habe ca. vier Jahre lang an meinem Pool-Pi, da der das ganze Jahr über läuft, eine Möchte-Gern-Wetterstation betrieben. BME280, BH1750 für Helligkeit und einen SI1145 für UV-Index und Infrarot.
Die Genauigkeit ließ massiv zu wünschen übrig und hat mir letztendlich zwei RPis kaputtgeschossen, da die Sensoren bei Gewitter Feldstärke abgegriffen haben und den I2C-Bus über das zulässige Maximum hinaus "mit Spannung versorgt" haben.

Das Thread-Thema interessiert mich auch sehr, seit ich die Differenz zwischen RAW-Data des WS90 und dem Output der GW2000 sehen kann. Daher meine Frage an den Themenstarter:
Reden wir hier vom WS90?

Gruß

Mike

[Gyvate]

Das Thread-Thema interessiert mich auch sehr, seit ich die Differenz zwischen RAW-Data des WS90 und dem Output der GW2000 sehen kann. Daher meine Frage an den Themenstarter:
Reden wir hier vom WS90?

wenn Du im GW2000 als Anzeigeeinheit lx (Lux) wählst, sollten Rohdaten und Anzeigedaten bei allen Kombisensoren identisch sein. Also egal ob WS90, WS80, WS68, WS69.