Miernik nasłonecznienia, UV własnej konstrukcji

[kriu]

Mam kilka pytań do Was.

1. Nie wiem czy ma to dla Was znaczenie, ale profesjonalne czujniki promieniowania słonecznego nie reagują na widmo światła żarówki. To nie ten zakres promieniowania. Nie wiem jak będzie z ogniwem, ale być może podobnie. Sprawdziliście to?

2. Planujecie mierzyć promieniowanie całkowite czy tylko bezpośrednie?
3. Jeżeli bezpośrednie to jak chcecie wyeliminować wpływ promieniowania rozproszonego?
4. Czy promieniowanie rozproszone też spowoduje pojawienie się napięcia na ogniwie?

1. Właśnie żarówka jest dobrym odpowiednikiem Słońca - tak mi się wydaje.
2. Raczej całkowite czyli takie jakie pada np. na ziemię (i inne obiekty) w pobliżu.
3, 4. Ogniwa wytwarzają napięcie także w pochmurny dzień, dlatego uważam, że samo napięcie nie będzie dobrym odzwierciedleniem nasłonecznienia.

[Marcin D.]

1. Właśnie żarówka jest dobrym odpowiednikiem Słońca - tak mi się wydaje.

Zależy jaka żarówka.
Są żarówki specjalistyczne o szerszym widmie, które mają zbliżone widmo do naturalnego.
Niestety zwykła żarówka nie ma nic wspólnego z naturalnym światłem.

2. Raczej całkowite czyli takie jakie pada np. na ziemię (i inne obiekty) w pobliżu.

Pod pojęciem nasłonecznienie rozumiem promieniowanie bezpośrednie. 
Bezpośrednie też pada na ziemie. Jeśli planujecie badać nasłonecznienie to powinniście skupić się tylko na promieniowaniu bezpośrednim.

Nie wiem na ile taka mała dioda potrafi odzwierciedlić nasłonecznienie, ale może się mylę. Panel (bateria słoneczna) produkuje zawsze energię, nawet jak jest pochmurno tylko oczywiście dużo, dużo mniej. W stacjach pogodowych z pomiarem nasłonecznienia są chyba zawsze ogniwa słoneczne.

Z własnego doświadczenia mogę napisać, że w Davisie jest fotodioda a nie żadne panele. Także akurat stosowanie paneli uważam za pomysł nietrafiony.
Co rozumiesz pod pojęciem odzwierciedlać nasłonecznienie? W davisie przykładowo jest podawane promieniowanie całkowite. Czyli promieniowanie rozproszone + bezpośrednie. Jak jest pochmurno to wartości wynoszą od 0-120,150W. Natomiast pomiar nasłonecznienia w momencie jak jest pochmurno powinien pokazać 0W (czyli 0W promieniowania bezpośredniego) To jest już gruba sprawa,żeby coś takiego zbudować. Tylko drogi sprzęt rozróżnia rozproszone od bezpośredniego. Davis tego nie umie.  Także zastanówcie się czy budujecie miernik mocy promieniowania słonecznego bezpośredniego( potocznie nasłonecznienie) czy miernik promieniowania całkowitego.

Dodatkowo problem jest następujący
200W/m2 w zimę to jest dzień słoneczny a 200W/m2 latem to jest dzień pochmurny.
Naprawdę będę pod wrażeniem jak zrobicie taki system pomiarowy, który będzie weryfikował liczbę watów tak aby określić czy jest w danej chwili słonecznie czy nie. Jakbyście jeżeli dorzucili  rejestrowanie godzin słonecznych to już w ogóle byłby HIT.

Sprawa wcale nie jest taka prosta.

[Tomy M.]

  Może zacznijmy od tego że mi zależy na danych do zastosowań AGRO. Dlatego pomiar całkowitego nasłonecznienia jest dla mnie dobrym parametrem. Nie obchodzą mnie takie dane jak "promieniowanie odczuwalne przez człowieka czy muchę" itp. bzdury. Interesuje mnie ile roślina otrzymała światła/energii zdatnego do fotosyntezy. W dzień pochmurny pomiar ZERO byłby błędny.
  Wokół stacji pomiarowej pojawia się mnóstwo światła rozproszonego i jest ono istotne dla uprawy. Ja nie potrzebuję uśrednionych wyników z Karkonoszy, tylko dokładnych danych z winnicy, to że 200 m dalej jest całkiem inna temperatura czy światło nie ma dla mnie kompletnie żadnego znaczenia. Z tego względu np. mój wiatromierz nie jest 10 metrów nad drzewami  ... tylko ok. 2 metrów nad uprawą, bo takie dane mnie interesują. Gdybym chciał mierzyć wiatr nad doliną to bym zbudował 100 metrowy maszt
  Wydaje mi się że najważniejszy jest czujnik, fotodioda to tanie ale kiepskie rozwiązanie. Kiepskie dlatego że trzeba często kontrolować czy np. ptak na nią nie nasrał. Panel ma większą powierzchnię i wpływ zanieczyszczeń będzie mniejszy.
  Nie chodzi mi też o dokładny pomiar UV, lecz całego widma słonecznego, głównie tej części która jest najbardziej energetyczna. Panel jest tak zaprojektowany aby pracować optymalnie w tym paśmie, fotodioda zazwyczaj nie.
   Z tego co widziałem w Davisach jest to bardzo prymitywne, fotodioda + soczewka o szerokokątnych parametrach, nie sądzę aby położenie geograficzne miało tam udział w algorytmie obliczającym ilość światła.

[Marcin D.]

Wydaje mi się że najważniejszy jest czujnik, fotodioda to tanie ale kiepskie rozwiązanie

A ogniwo słoneczne to wg Ciebie drogie i dobre rozwiązanie?
Nie spotkałem się jeszcze ze stacją, która do pomiaru promieniowania słonecznego używałaby ogniw słonecznych. Jest co prawda takie urządzenie, które  nazywa się rejestrator Fostera, ale jego konstrukcja raczej ma służyć rejestracji promieniowania bezpośredniego, które Cię nie interesuje.
Co to ceny fotodiod to są elementy tanie jak i droższe. Fotodioda fotodiodzie nie równa. Te w davisie może nie są te z najwyższej półki, ale są wystarczające. Pracują w zakresie od 400 do 1100nm.

Kiepskie dlatego że trzeba często kontrolować czy np. ptak na nią nie nasrał.

Wiesz, przez 15 miesięcy jedynym problem jaki mnie spotkał to śnieg, który z panela też byś musiał odgarnąć.

 

Nie chodzi mi też o dokładny pomiar UV, lecz całego widma słonecznego, głównie tej części która jest najbardziej energetyczna.

A która cześć jest najbardziej energetyczna? Fotodioda ma wystarczająco szeroki zakres.

Panel jest tak zaprojektowany aby pracować optymalnie w tym paśmie, fotodioda zazwyczaj nie.

Na jakiej podstawie tak sądzisz? Udowodni mi to. Bo widocznie żyje w niewiedzy .
 To dlaczego większość stacji meteo realizuje pomiar promieniowania słonecznego za pomocą fotodiody, lub pyranometrów w którym elementem pomiarowym są termopary na czaro białej szachownicy?
Jako przykład podaje linki
Znakomity Rainwise, robi czujniki na  fotodiodach, dlaczego nie na ogniwach słonecznych?
http://www.rainwise.com/products/detail.php?ID=6757&Category=Industrial_Sensors:Solar_Radiation_Sensors&pageNum_cart=/products/index.php

Vaisala podobnie
http://www.vaisala.com/en/roads/products/atmosphericsensors/Pages/QMS101.aspx

QMS101 uses a photodiode detector for creating a voltage output proportional to the incoming radiation

Uploaded with ImageShack.us

Teraz porównaj widmo czynnościowe fotosyntezy do zakresu pracy fotodiody zastosowanej przez dwie  popularne firmy produkujące sprzęt meteo.
Davis 400-1100nm
Rainwise 400-700nm

Czyli jednak fotodioda pracuje w wymaganym zakresie pasma.

Z tego co widziałem w Davisach jest to bardzo prymitywne, fotodioda + soczewka o szerokokątnych parametrach, nie sądzę aby położenie geograficzne miało tam udział w algorytmie obliczającym ilość światła.

W Vaisali jest tak samo prymitywne. A to taki mercedes jeżeli chodzi o meteo. 
Jesteś w ogromnym błędzie co do Davisa jak i co do stosowalności fotodiody. Mało tego. System analizuje temperaturę powietrza do korygowania wartości zmian promieniowania. Fotodioda jak wiemy zmienia napięcie wyjściowe w zależności także od temperatury powietrza i to na pewno byłby większy problem jak kupa ptaka na czujniku.

Dręczy mnie jeszcze to:
Co zrobisz jak maksymalne napięcie na ogniwie osiągniesz np przy promieniowaniu 400W/m2?Czyli ok 1/3 maksymalnego.
Zastosujesz rezystory? Tylko co wtedy z dolnym zakresem działania?

Mimo wszystko życzę powodzenia i jestem ciekaw tego co zrobisz.   
 
Na zakończenie kilka wykresów jak powinien wyglądać przebieg wartości promieniowania słonecznego podczas słonecznego dnia w Polsce na szerokości około 53 32N.
28.06. 2011.


Uploaded with ImageShack.us
30.09. 2011.


Uploaded with ImageShack.us
Dzień ze zmiennym zachmurzeniem wygląda tak.


Uploaded with ImageShack.us

I na koniec pojawia się pytanie. Uważny obserwator zauważy, że podczas  dnia ze zmiennym zachmurzeniem promieniowanie maksymalne (peak) jest większe niż podczas dnia bezchmurnego. Dlaczego?
Dlatego ponieważ, w dzień bezchmurny udział promieniowania rozproszonego jest minimalny. Jest praktycznie tylko bezpośrednie.
W dzień ze zmiennym zachmurzeniem dochodzi dodatkowo duży udział promieniowania rozproszonego, który zwiększa wskazania.  Dlatego miedzy innymi termometry stojące w cieniu budynku podczas np. dnia z zachmurzeniem piętra wysokiego skutecznie zawyżają temperaturę nawet o 5C (cień nie pomaga). Czym większy udział promieniowania rozproszonego tym większe przekłamanie ujrzymy na naszym termometrze nawet gdy stoi w cieniu budynku czy drzewa. Dlatego tak ważne są odpowiednie osłony na czujniki, które także od dołu są zabudowane. Osłony które nie są zabudowane od dołu są niewiele warte.  To tak na marginesie.

[kriu]

Witam po przerwie
Znalazłem coś takiego w Internecie: http://www.mrsoft.fi/ohj01en.htm
Generalnie strona poświęcona pomiarom różnych wielkości związanych z pogodą.
Bardzo ciekawy jest darmowy program do pomiarów za pomocą czujników 1-wire.
Te czujniki to wspaniała sprawa. Mam taki układ podłączony do portu szeregowego z 5 czujnikami temperatury DALLAS DS18B20 (na Allegro po ok. 3,5zł). Adapter jest dziecinnie prosty: http://www.mrsoft.fi/adapteri.htm Ja mam go zrobionego na "pajączka" ze zwykłych diodek Zenera.
Dołącza się je do 2-żyłowego przewodu - wszystkie równolegle w odległości nawet do 30m!!!! Program generuje automatycznie stronę www z tabelą i wykresami (wystarczy je dołączyć).
Co ciekawe na podanej stronie opisane są pomiary innych wielkości takich jak ciśnienie, wilgotność i uwaga nasłonecznienia. Wszystko za pomocą technologii 1-wire: http://www.mrsoft.fi/uvindex.htm
Inna ciekawa stronka z fajnymi układami to: http://www.hobby-boards.com/catalog/product_info.php?cPath=22&products_id=1567

Poczytajcie (niestety po fińsku) i poklikajcie po stronkach.

Pozdrawiam

[kriu]

Zacząłem robić miernik natężenia promieniowania słonecznego na bazie magistrali 1-Wire.
Wstępny opis zamieściłem na stronie forum prywatnego:
http://forum.tomkii.net/thread-410.html
Są tam również zdjęcia wykonania (zamontowania) panelu fotowoltaicznego i wykonania samego układu do pomiaru. Zapraszam na forum do poczytania: http://forum.tomkii.net/thread-410.html
Tak to na razie mierzy. Do ok. 12:00 padało a potem było słońce na przemian z chmurami: