scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

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Gyvate
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scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#1

Beitrag von Gyvate »

Es kommt immer wieder vor, dass sich (wahrscheinlich nicht nur) bei den Ecowitt-Aussensensoren plötzliche und ungewöhnlich hohe Spitzenwerte der gemessenen Sonnenstrahlung einschleichen.

Wenn das am frühen Morgen oder nach einem Regenschauer vorkommt, ist es auch leicht durch Wasser-/Tautropfen zu erklären. Allerdings kommt das bei mir (ab und zu, eher selten) auch während des Tages vor, ohne dass es vorher geregnet hat(te).

Ich bin jetzt auf ein interessantes Phänomen gestossen, das insbesondere im Photovoltaik-Umfeld bekannt ist, und das auch eine Erklärung für diese scheinbar falschen bzw. zu hohen Werte bietet. Und dabei aufzeigt, dass es sich tatsächlich um scheinbar falsche und nicht um tatsächlich falsche Werte handelt.

("scheinbar" heisst im Deutschen, dass etwas den Anschein hat, aber man genau weiss, dass es falsch bzw. nicht so ist, wie es aussieht - im Gegensatz zu "anscheinend". wo es nicht klar ist, wie es sich genau verhält. Dieses Wort wird allerdings von vielen falsch benutzt, nämlich anstelle von anscheinend, was aber tatsächlich falsch ist.)

Das genannte Phänomen, für das es keinen deutschen Begriff zu gegen scheint (habe jedenfalls keinen gefunden), heisst cloud-edge effect, also, wörtlich übersetzt Wolkenrand-(zonen-)Effekt.

Es kommt bei kleineren und nicht allzu dicken Wolken zu dem Effekt, dass die Ränder der Wolken, auf Grund der dreidimensionalen Wassertropfenverteilung - dort reichern sich nämlich dickere, grössere Wassertropfen an als in der Wolkenmitte - das Sonnenlicht stärker reflektieren und es dadurch beim Vorbeiziehen an bzw. in der Nähe der Sonne(nposition) zu einer kurzzeitigen (da die Wolken sich ja bewegen) Verstärkung der Gesamtstrahlung führt.

Und, gestern beobachtet, die Bilder meiner WebCam zeigten genau zu diesem Zeitpunkt auch, dass viele kleine ("Schäfchen-?) Wolken vorbeizogen.

Dieser registrierte "Ausreisser" war also gar kein Ausreisser sondern ein die Realität widerspiegelnder Messwert.

(Im PV-Bereich werden wegen dieses Phänomens Regler entsprechend dimensioniert bzw. Sicherungen eingebaut, um das System nicht zu überlasten.)
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Tex
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#2

Beitrag von Tex »

Kann durchaus so sein - würde allerdings voraussetzen, daß tatsächlich ein "echter" Solarsensor eingebaut wurde, der ausschließlich die Solarstrahlung und nicht die Helligkeit mißt (Photozelle). Selbst bei der Davis ist das nicht der Fall (haben User hier mal dokumentiert, als sie das teil auseinandergebaut haben). In unseren Hobbystationen wird i.d.R. der Helligkeitswert in Solarstrahlung und UV-Wert umgerechnet.
Dann könnte man den Effekt auch beobachten, wenn es bei strahlendem Sonnenschein eine rel. dünne Schicht mit Schleierwolken vorhanden ist: ein strahlend blauer, absolut wolkenloser, Himmel ist nämlich weniger hell, als wenn durch dünne Schleierwolken die Sonne scheint. Dieses extrem helle wolkenweiß läßt nämlich eine Photozelle deutlich stärker ausschlagen.
EAE
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#3

Beitrag von EAE »

Phenomen hat was von einer Gravitationslinse, .....okay hinkt ein bißchen. Na, dann weiß ich wenigstens das alles okay ist. Hab auch schon öfters mit einen Fragezeichen auf der Stirn vorm Display gestanden. Dann war das beim alten ELV Helligkeitssensor S 2500 H auch zu beobachten, hab mal kurz in die alten Daten geschaut, schön, kann man das jetzt auch einordnen.

C.
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Gyvate
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#4

Beitrag von Gyvate »

@Tex
da wäre ich mir nicht so sicher - die "echten" Strahlungsmesser messen, soviel ich weiss, nur die direkte, senkrecht einfallende Sonnenstrahlung (sofern man nicht ein Zweifach-Pyranometer benutzt, was aber in der Praxis eher selten vorkommt), während der cloud-edge-effect als diffuse Komponenete der globalen Sonnenstrahlung auftritt. Ein üblicher Pyranometer sollte diesen Effekt gar nicht wahrnehmen bzw ihn ausfiltern. Und ob jetzt die photometrische Beleuchtungsstärke oder die radiometrische Bestrahlungsstärke genommen wird, ist qualitativ egal. Der Effekt tritt auch (wenn auch vielleicht nicht quantitativ vollständig aber qualitativ wahrnehmbar und messbar)bei nur einem schmalen betrachteten Frequenzbereich auf (vereinfachte Umrechnung Beleuchtungsstärke in Bestrahlungsstärke) und schlägt sich proportional in einem erhöhten "Zeigerauschlag" bei den photometrischen Sensoren in den semi-professionellen Wetterstationen nieder.

Die pyranometrische Bestimmung der Bestrahlungsstärke ist in der angewandten Photovoltaik nicht zielführend, da sie den cloud-edge Effekt "unterschlägt" und damit zu einer Unterdimensionierung der Solarpanel-Komponenten (Steuer- und Regelkomponenten) führen würde.
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Tex
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#5

Beitrag von Tex »

In den meisten WS wird eine simple Silizium-Photodiode verwendet mit einem kleinen Filterglas, was die Strahlung für Tagsehen optimiert (also viel IR-Strahlung, ähnlich einer Glühbirne). Der Blauanteil des Lichtes wird hier quasi ignoriert. Und genau bei einem leicht bewölktem Himmel, ist dieser Blauanteil deutlich erhöht, weshalb diese Teile (egal ob in einer WS oder in einem Belichtungsmesser für Fotografie verbaut) einen zu hohen Wert anzeigen. In der Fotografie werden dann die Bilder unterbelichtet. In der alten Analogfotografie (Filme - haha), waren dann die Schattenbereiche deutlich blau statt grau/schwarz.
Die WS-Photozelle dürfte kaum was mit der in einem Pyranometer verbauten Meß-Zelle gemein haben. Unsere Wetterstationen gibt es komplett für ca. 2-300 €, ein Pyranometer kostet rund das 10fache unserer ganzen Hobby-WS....
Wäre trotzdem mal gut zu wissen, was für eine Meßzelle verbaut wurde.
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Gyvate
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#6

Beitrag von Gyvate »

@Tex:
alles soweit richtig - aber darum ging es ja nicht. Sondern um die Erzeugung solcher ungewöhnlichen Spitzenwerte, gleichgültig wieviel die jetzt im Einzelfall nach unten verschoben werden müssen, um quantitativ genauer zu werden.
Verschoben werden müssen dann auch die anderen "normalen" Messwerte.

Natürlich ist in unseren Breiten bei Höhe nahe Null die direkte Solarstrahlung unter Bestbedingungen bei Sonnen-Azimut 60-65° nicht größer als 700 W/m2. Wird mit Wasserdampf, Staub, Sand u.v.a.m. weniger, mit zunehmender Höhe mehr.

Mit einem Pyranometer kann ich die direkte Solarstrahlung messen, aber eben im Regelfall nicht die Globalstrahlung.
Das Wissen um die Globalstrahlung hat aber einen wesentlich größeren praktischen Nutzen - die Kenntnis der direkten Solarstrahlung hingegen eher wenig bis gar nicht. Sie ist eher eine akademische Größe und von wenig direktem praktischem Nutzen.

Beispiele: ich muss bei einem Solarpanel den cloud-edge effect berücksichtigen (nicht bei einem kleinen SP zur direkten Sensorspeisung, aber bereits bei einem größeren "Balkonkraftwerk" und bei größeren Dachanlagen in jedem Fall). Ein Pyranometer misst ihn bautechnisch bedingt nicht - ist ja auch nicht dafür gebaut.

Ich kann am Strand (oder auf dem Balkon) unter einem Sonnenschirm oder einem seitlich offenen Dach mit einem Pyronometer quasi Null Strahlung messen, wegen des Diffus-Anteils in der Globalstrahlung sehr wohl einen tüchtigen Sonnenbrand bekommen.
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Re: scheinbare Ausreissermessungen bei Sonnenstrahlung - cloud edge effect

#7

Beitrag von Tex »

alles soweit richtig - aber darum ging es ja nicht. Sondern um die Erzeugung solcher ungewöhnlichen Spitzenwerte,...
Hab ich schon verstanden. Ich bezeifle nur, daß so ein "Schätzeisen" von Photodiode, darauf reagiert, worauf du abhebst. Ich vermute da eher einen anderen Effekt, den wir noch nicht gefunden haben. Ein kleiner Kratzer, oder Schlieren (Fertigungsfehler) im Abdeckungsglas des Sensor z.B. etc... Ähnlich dem Wassertropfen, der bei bestimmten Winkel/Sonneneinstrahlung dann sowas auslösen kann.
Kann aber trotzdem so sein, wie du vermutest - das muß man einfach beobachten.
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