Das Wetterstationen Forum

Hi!

Hier ein Entwurf fuer einen geplanten WIKI-Beitrag zum Thema Lichtsensor in Ecowitt-Stationen.
Vielleicht habt ihr eigene Ideen dazu oder wisst gar, wie es tatsaechlich ablaeuft? Dann gerne korrigieren!
Die grundsätzliche Frage ist natürlich auch, ob ein derart unbewiesener Text überhaupt ins WIKI sollte.

Danke, Oliver

Lichtsensoren

Ecowitt hat aktuell (Februar 2023) in den Kombisensoren WH65/WS69, WS68, WS80 und WS90 einen Umgebungslichtsensor (LTR390) verbaut.
Ein dedizierter Einzelsensor für Licht oder gar UV hat Ecowitt derzeit leider nicht im Programm.

Bei dem Umgebungslichtsensor handelt es sich tatsächlich um einen Lichtsensor und keinen Solarstrahlungssensor - Solarstrahlung wie auch UVI werden geschätzt bzw. errechnet.
Das, was die Sensoren messen, ist also das Licht (in einer nicht bekannten Wellenlänge) in Lux.
Durch eine Umrechnung (Division durch 126,7) erfolgt die Ausgabe als Solarstrahlung in W/m².
Daraus wird dann auch der UVI hergeleitet (offenbar durch Division durch 100 mit Ausgabe als Integer).

Interessant ist, dass lt. Web-Auftritt bzw. Manuals die Spezifikationen der einzelnen Sensoren unterschiedlich sind:

WS69: 0 bis 200Klux bei einer Genauigkeit von ±25% und einer Auflösung von 0.1Klux https://www.ecowitt.com/shop/goodsDetail/102
WS68: 0 bis 120kLux bei einer Genauigkeit von ±15% https://www.ecowitt.com/shop/goodsDetail/43
WS80: 0 bis 300Klux bei einer Genauigkeit von ±15% und einer Auflösung von 10Lux https://www.ecowitt.com/shop/goodsDetail/46
WS90: 0 bis 200Klux bei einer Genauigkeit von ±15% und einer Auflösung von 0.1Klux https://www.ecowitt.com/shop/goodsDetail/249

Lt. Aussage von Ecowitt steckt in allen Geräten der gleiche Sensor. Verantwortlich für die Unterschiede ist eine Folie ("fusion film"), die zur Erweiterung der Reichweite verwendet wird.

Berechnung
Achtung! Das ist bisher nicht mehr als eine Vermutung - eine Bestätigung dazu fehlt also noch!

Der Sensor misst ein Umgebungslicht von 56000 Lux und meldet diesen Wert an die Konsole.
Die Konsole dividiert diesen Wert durch 126,7 und gibt als Solarstrahlungswert 442 aus.
Der errechnete Solarstrahlungswert 442 wird daraufhin durch 100 geteilt, womit sich als UVI eine 4 ergibt. (Hier ist nicht klar, ob gerundet wird oder die Nachkommastellen abgeschnitten werden.)
Ist ein UV Gain in der Konsole eingestellt, erfolgt vor Ausgabe (und Weiterverarbeitung - etwa Versand an die Wetterdienste) der errechnete Wert mit dem UV Gain multipliziert und als Integer angezeigt/ausgegeben.
Die allgemeine Empfehlung der Nutzer lautet, als UVI Gain ein 0.7 zu nehmen - somit würde in diesem Beispiel die 4 mit 0,7 multipliziert, was einen UVI von 2 ergibt (auch hier ist nicht klar, ob gerundet oder abgeschnitten wird).

Es gibt im Kalibriermenü der Konsolen auch einen Irradiance Gain. Da ist mir noch nicht ganz klar, ob dieser Faktor bereits beim Lux-Wert angewendet wird (vermutlich) oder der Solarstrahlungswert "behandelt" wird.
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Zunächst gibt es keinen direkten Zusammenhang zwischen der Beleuchtungsstärke in Lux (lx) und der Strahlungsleistung in W/m².
Wenn man aus dem Lux-Wert die Watt-Angabe errechnen will, wird es etwas trickreich, da zwischen den beiden Angaben zunächst kein direkter Zusammenhang besteht. Lux ist die Einheit für die Beleuchtungsstärke, welche auf einer beleuchteten Fläche auftrifft. Watt ist die Einheit für eine Leistung.

1 Lux (lx) entspricht einem Lichtstrom von 1 Lumen pro Quadratmeter. Eine Angabe in Lux ist also immer nur dann hilfreich, wenn auch die Größe der beleuchteten Fläche bekannt ist.

Im Zusammenhang mit dem Lux-Wert handelt es sich bei der Watt-Angabe nicht um die elektrische Leistung der Leuchte (z.B. einer Glühlampe), sondern um die Strahlungsleistung der Lichtquelle.

Für die Umrechnung zwischen Lux und Watt fehlt aber noch ein entscheidender Faktor. Dieser wird als Photometrisches Strahlungsäquivalent bezeichnet. Das Strahlungsäquivalent liegt bei einer Wellenlänge von 555 nm (Mittelpunkt des sichtbaren Lichtspektrums) bei 683 lm/W.

Wer die Herkunft des Faktors 126,7 verstehen will, muss wissen, dass dieser die Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt (das photometrische Strahlungsäquivalent), und dass das Wellenlängengemisch des Tageslichts ein photometrisches Strahlungsäquivalent von etwa 125 lm/W hat.

Der Wert 126,7 lm/W ist also durchaus nicht "willkürlich" gewählt, wenn sich auch hier und da Stimmen finden, die meinen, dass dieser Wert +/- aus der Luft gegriffen sei und gerne als angebliches Zeichen für die Unprofessionalität von Ecowitt in diesem Kontext herangezogen wird. Dem ist mitnichten so. Vermutlich haben sich diejenigen nicht hinreichend mit dem wissenschaftlichen Hintergrund auseinandergesetzt (bzw. mit der Komplexität der Thematik auseinandersetzen können).
Gemessen und umgerechnet wird hier die (photometrische) Beleuchtungsstärke und nicht die (radiometrische) Bestrahlungsstärke.
Details siehe Wikipedia.
https://de.wikipedia.org/wiki/Beleuchtungsst%C3%A4rke
https://de.wikipedia.org/wiki/Photometr ... 4quivalent

Hi!

Ich habe nun nach neuen Informationen von Ecowitt den 1. Beitrag leicht modifiziert.
Leider ging Ecowitt etwas unwillig auf meine Fragen ein. Zumindest aber wurde mir mitgeteilt, dass die verbauten Lichtsensoren in allen Geraeten identisch sind. Zur Messbereichserweiterung nutzt Ecowitt aber einen "fusion film", der fuer die Unterschiede verantwortlich ist:

The sensor for solar is all the same. However we have a fusion film used for extending the range.
That is why there are range of solar measurement difference.

Hat jemand eine Idee, was mit "fusion film" gemeint sein koennte? Und warum man den dann nicht in gleicher Weise in allen Sensoren verbaut?

Oliver

Das dürfte eine Beschichtung des Sensors darstellen um schräg einfallendes Licht optimal Richtung Sensor zu brechen und die Reflexionen zu verringen. Erhöhen dürfte dieser nicht die Maximalausbeute, er sollte aber die Ausbeute über den Einstrahlwinkelbereich glätten.
Das Frequenzspektrum dürfte eher nicht angepasst werden.
tom

Meine Erfahrung mit dem WS80 Licht/Sonne:
Den UVI konnte ich relativ gut nachbilden zur Referenzstation des BfS in Schauenburg (Kassel) indem ich diesen in der Konsole bei ca. 0.55 kalibriert habe.

Ganz schlecht arbeitet der Lichtsensor für die Sonneneinstrahlung am späten Nachmittag. Da liegt der Ws80 noch voll im Sonnenlicht und liefert gerade mal ~20-30 W/m². Ich denke das ist bauartbedingt durch die doch recht flache Rundung der Oberseite. Egal wie, nicht sehr schön. Für Morgens kann da wenig zu sagen, da ich da weit bis in den Vormittag Verschattung durch Bäume im Osten habe. Denke aber, das sollte Morgens ähnlich sein.

Kann das jemend bestätigen/ähnliche Erfahrung?
VG Lutz

Also bei mir liegen sowohl der WS80 als auch der WS90 gut im Rennen, d.h. i.d.R. immer schön unter der für den Breitengrad (theoretisch*) maximal möglichen Sonnenstrahlung. Wenn nach entsprechender Jahreszeit die Beschattung, die auch im Tagesprofil zwischen Oktober und April gut sichtbar ist, wegfällt, wird i.d. R. (bei klarem Himmel) die Maximalkurve ziemlich gut ausgefüllt.

Das deckt sich auch gut mit meinem Sonnenscheinminuten-Rekorder (Blake-Larsen Sun-Recorder), der wesentlich höher positioniert ist. Allerdings nicht mit der > 120 W/m² = Sonnenschein-Schätzeisenmethode.

Schlussfolgerung:
die Solarsensoren von WS80 und WS90 (es sind sowieso die Gleichen verbaut) liefern eigentlich passende Werte
der Soloarsensor des WS69 (auch gleicher Sensor) übrigens auch, nur jahrreszeitlich etwas später, da er nicht ganz so hoch wie WS80/WS90 montiert ist.

* cloud-edge und Wassertropfenreflexions-Effekte sind von der Kurve natürlich nicht berücksichtigt