Pyranometer
Ein Pyranometer dient der Messung der eintreffenden globalen Sonneneinstrahlung. Mit anderen Worten: Ein Pyranometer ist ein Sensor zum Messen der Strahlungsflussdichte der Sonne (in Watt pro Quadratmeter) mit einem Sichtfeld von 180 Grad.
none|250px| Abbildung: Bild eines Pyranometers. Deutlich sichtbar sind die Hauptkomponenten: Glasdom, Metallgehäuse, schwarzer Sensor, Wasserwage und Kabel. Dimensionen: Der Durchmesser des Glasdoms beträgt 20 mm.
Der Name Pyranometer stammt aus dem Griechischen, “pyr” bedeutet Feuer und “ano” bedeutet Himmel.
Pyranometer werden vielfach angewendet in der Meteorologie, Klimatologie, Bauphysik und bei Forschungen über Solarenergie. Sie werden gebraucht in Meteorologischen Stationen, meistens waagerecht montiert und neben Solarzellen, meistens parallel zur Fläche der Solarzelle angebracht. Pyranometer entsprechen dem ISO 9060-Standard, der auch anerkannt ist durch die WMO, der World Meteorological Organisation. Dieser Standard unterscheidet drei Klassen. Die beste Klasse wird (merkwürdigerweise) „secondary standard“ genannt, die zweitbeste „first class“ und die letzte „second class“.
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Meßprinzip
Pyranometer erfassen normalerweise die eintreffende Strahlung aus dem Hohlraum über dem Sensor. Diese Strahlung um den sichtbaren Wellenlängenbereich des Sonnenlichtspektrums wird Globalstrahlung genannt und besteht aus der direkten Sonneneinstrahlung (Direktstrahlung) und aus der diffusen Himmelsstrahlung (Diffusstrahlung). Gemessen wird meist der Strahlungseinfall auf eine horizontale Fläche. Das Pyranometer besteht aus einer Abdeckung, die es vor Umwelteinflüssen schützt und aus einer geschwärzten Thermosäule. Das Ausgabesignal ist mittels eines Kalibrierfaktors direkt proportional zur Bestrahlungsstärke, die in Watt pro Quadratmeter gemessen wird. Für eine Wärmeflussdichte- oder Irradiationsmessung ist das Richtungsverhalten propotional zum Kosinus vom Einfallswinkel; also maximalen Respons wenn die Strahlung senkrecht auf den Sensor fällt (senkrecht zur Fläche, Sonne im Zenit, 0 grad Einfallswinkel), null Respons bei einem Einfallswinkel von 90 grad und 0,5 bei 60 grad. Hieraus folgt, dass ein Pyranometer eine sogenannte „directional response“ oder „cosine response“ haben sollte, der nahe bei der idealen Kosinuskarakteristik liegt.
none|250px| Abbildung: Bild eines Pyranometers, hier sind die Hauptkomponenten sichtbar: Schaltplatine (1), Thermosäule (2), Glasdom (3), Metallgehäuse (4), Kabeldrüse (5), Signalkabel (6), Niveaustellschraube (7),O-Ring (Gummi) (8), Verschlusskappe (9), Anschlussblock für Kabel (10).
Bauarten
Pyranometer (standard)
Die Hauptcomponenten eines Pyranometer sind: 1. eine Thermosäule mit schwarzem coating. Dieser Sensor absorbiert alle Solarstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 50000 Nanometer. Der Response ist nahezu propotional zum Kosinus des Zenithwinkels. 2. Der Glasdom. Dieser Dom beschränkt den Spetralbereich auf 300 bis 2800 nm (der Bereich über 2800 nm wird weg gefiltert). Außerdem schützt der Glasdom die Thermosäule vor Konvektion.
Die schwarze Beschichtung der Thermosäule absorbiert die Solarstrahlung und setzt diese um in Wärme. Die Wärme fließt durch den Sensor in das Gehäuse des Pyrometers. Die Thermosäule gibt ein Voltsignal proportional zur Strahlung ab.
Ein Pyranometer ist ein passives Messgerät; es benötigt also keine externe Energiequälle.
Sternpyranometer
Albedometer oder Zweifach-Pyranometer
Ein Albedometer oder Zweifach-Pyranometer besteht im Grunde aus zwei zusammengeschalteten Sternpyranometern, wobei ein Pyranometer auf der Rückseite des nach oben gerichteten Pyranometers eingebaut ist. Der somit in der Horizontalen um 180° gedrehte Pyranometer dient zur Messung der reflektierten Sonnenstrahlung.
Siehe auch
Weblinks
- Meteo-Technology instrumentation site
- Ph. Schenk (engl.)
- Pyranometer bei Kipp & Zonen (engl.)
- Pyranometer bei Thies Clima
Kategorie:Messgerät
Kategorie:Sonne
Kategorie:Meteorologische Messgeräte