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howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:12_solarradiation [2024/10/29 09:33] – Michael Schlenstedt | howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:12_solarradiation [2025/01/02 21:07] (aktuell) – Michael Schlenstedt | ||
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Die Solarstrahlung ([[https:// | Die Solarstrahlung ([[https:// | ||
- | == Pyranometer == | + | === Pyranometer |
Professionelle Wetterstationen nutzen ausschließlich sogenannte **Pyranometer** zur Messung der Solarstrahlung (Globalstrahlung). Bei diesen Geräten wird vereinfacht gesagt über entsprechende Thermoelemente die Temperaturdifferenz zwischen einem schwarzen Körper und der Umgebung gemessen. Der schwarze Körper absorbiert dabei die auf ihn treffende Wärmestrahlung. Über die Temperaturdifferenz kann die erfasste Strahlung ermittelt werden. Vorteil dieser Messmethode ist, dass über das gesamte Sonnenspektrum eine nahezu flache Messcharakteristik herrscht. Damit sind diese Messgeräte extrem genau und unabhängig vom zum Messzeitpunkt vorliegenden Sonnenspektrum. Nachteil für Privatanwender ist jedoch, dass die Messgeräte sehr teuer sind(( | Professionelle Wetterstationen nutzen ausschließlich sogenannte **Pyranometer** zur Messung der Solarstrahlung (Globalstrahlung). Bei diesen Geräten wird vereinfacht gesagt über entsprechende Thermoelemente die Temperaturdifferenz zwischen einem schwarzen Körper und der Umgebung gemessen. Der schwarze Körper absorbiert dabei die auf ihn treffende Wärmestrahlung. Über die Temperaturdifferenz kann die erfasste Strahlung ermittelt werden. Vorteil dieser Messmethode ist, dass über das gesamte Sonnenspektrum eine nahezu flache Messcharakteristik herrscht. Damit sind diese Messgeräte extrem genau und unabhängig vom zum Messzeitpunkt vorliegenden Sonnenspektrum. Nachteil für Privatanwender ist jedoch, dass die Messgeräte sehr teuer sind(( | ||
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)). | )). | ||
- | == Photovoltaischen Strahlungsmesser == | + | === Photovoltaischen Strahlungsmesser |
Photovoltaischen Strahlungsmesser oder Silizium-Strahlungssensoren nutzen meist eine Solarzelle, um die auf sie auftreffende Strahlung zu ermitteln. Man macht sich hier zu Nutze, dass der gemessene Kurzschlussstrom der Solarzelle direkt proportional zur eintreffenden Strahlung ist. | Photovoltaischen Strahlungsmesser oder Silizium-Strahlungssensoren nutzen meist eine Solarzelle, um die auf sie auftreffende Strahlung zu ermitteln. Man macht sich hier zu Nutze, dass der gemessene Kurzschlussstrom der Solarzelle direkt proportional zur eintreffenden Strahlung ist. | ||
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)). Siehe dazu auch im Kapitel [[# | )). Siehe dazu auch im Kapitel [[# | ||
- | == Lichtempfindliche Photodiode == | + | === Lichtempfindliche Photodiode |
Die einfachste Methode zur (indirekten) Messung der Strahlung ist die Verwendung einer lichtempfindlichen Photodiode. Eine Photodiode misst nicht die eigentliche Strahlung (daher indirekte Messung) sondern die Helligkeit des auf sie auftreffenden Lichts. Als Messgröße der Helligkeit wird meist " | Die einfachste Methode zur (indirekten) Messung der Strahlung ist die Verwendung einer lichtempfindlichen Photodiode. Eine Photodiode misst nicht die eigentliche Strahlung (daher indirekte Messung) sondern die Helligkeit des auf sie auftreffenden Lichts. Als Messgröße der Helligkeit wird meist " | ||
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{{howtos_knowledge_base: | {{howtos_knowledge_base: | ||
- | == Vergleich der Messprinzipien == | + | === Vergleich der Messprinzipien |
- | Wie oben schon erwähnt ist die Messung mittels Pyranometer die genaueste Ermittlung der Globsalstrahlung. Die s%%pektrale Empfindlichkeit eines Pyranometers (2) zeigt über den gesamten Bereich des Sonnenspektrums (1) eine nahezu flache | + | Wie oben schon erwähnt ist die Messung mittels Pyranometer die genaueste Ermittlung der Globsalstrahlung. Die s%%pektrale Empfindlichkeit eines Pyranometers (2) zeigt über den gesamten Bereich des Sonnenspektrums (1) eine nahezu flache |
%%Auf Grund der hohen Kosten für ein Pyranometer kommen in privaten Wetterstationen dennoch häufig %%photovoltaischen Strahlungsmesser oder sogar nur Photodioden zum EInsatz. | %%Auf Grund der hohen Kosten für ein Pyranometer kommen in privaten Wetterstationen dennoch häufig %%photovoltaischen Strahlungsmesser oder sogar nur Photodioden zum EInsatz. | ||
{{: | {{: | ||
+ | |||
+ | Abbildung: (c) [[https:// | ||
===== Einkaufsliste ===== | ===== Einkaufsliste ===== | ||
- | ^ Komponente ^ Preis ^ Bezugsquelle (Beispiel) ^ | + | ^ Komponente |
+ | | INA219 Stromsensor mit Breakoutboard | ||
| Solarzelle 60x60mm, 1V, 500 mA (CNC60x60-1) | | Solarzelle 60x60mm, 1V, 500 mA (CNC60x60-1) | ||
| Gehäuse, wasserdicht, | | Gehäuse, wasserdicht, | ||
- | | 4x Kabeldurchführung M12x1, | + | | 4x Kabeldurchführung M12x1, |
| Rohrschelle 25-28 mm / 3/4" + M8x10mm Senkkopf | | Rohrschelle 25-28 mm / 3/4" + M8x10mm Senkkopf | ||
+ | | Silica Gel Beutel | ||
| Buchsenleiste 1-polig, RM 2, | | Buchsenleiste 1-polig, RM 2, | ||
- | | Streifenraster-Platine | + | | Streifenraster-Platine |
- | | **GESAMT** | + | | **GESAMT** |
===== Sensorauswahl ===== | ===== Sensorauswahl ===== | ||
+ | |||
+ | Wir bauen einen photovoltaischen Strahlungsmesser. Dazu benötigen wir eine entsprechend geeignete Solarzelle - wir nutzen eine Zelle mit der **Bezeichnung CNC60x60-1**. Zur Messung der Kurzschlussspannung benötigen wir zudem ein Modul zur Messung der Stromstärke, | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Abbildungen: | ||
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+ | === Solarzelle === | ||
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+ | Bei der Solarzelle muss man auf 3 Dinge achten: | ||
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+ | - Größe - eine zu kleine Sensorfläche erzeugt zur Messung eine zu geringe Stromstärke. | ||
+ | - Spannung - je kleiner die Spannung, desto besser. Mehr als 26V kann der INA219 nicht messen. | ||
+ | - Stromstärke - je größer die Kurzschlussspannung ist, desto besser (hochauflösender) ist das Messergebnis. | ||
+ | |||
+ | Zusätzlich benötigt man zwingend die Angabe zum Kurzschlussstrom (Isc). Dieser wird immer unter Normbedingungen von 1000 W/m² bestimmt. Somit ist dieser Wert unsere Kalibrierung des Moduls! Ohne Angabe ist eine Messung nicht möglich! Das war bei der Recherche nach einer geeigneten Solarzelle auch der schwierigste Teil! Häufig fehlt diese Angabe in den Shops. | ||
+ | |||
+ | Wir verwenden eine 60x60mm große Solarzelle des Onlineshops Kaifa Co. Ltd. (ich vermute, dass das nur der Händler ist, der Hersteller der Zelle ist mir nicht bekannt). Die genaue Bezeichnung ist **CNC60x60-1**. | ||
+ | |||
+ | **Technische Daten:** | ||
+ | |||
+ | * Name: CNC60x60-1 | ||
+ | * Size: 60x60mm | ||
+ | * Peak voltage: 1V | ||
+ | * Open circuit voltage: 1.2V | ||
+ | * Peak current: 500 mA | ||
+ | * Short circuit current (mA): 558 mA | ||
+ | |||
+ | === Stromsensor INA219 === | ||
+ | |||
+ | **Technische Daten:** | ||
+ | |||
+ | * Strommesswiderstand: | ||
+ | * Zielspannung: | ||
+ | * Strommessung: | ||
+ | * Auflösung: 0,8 mA | ||
+ | * Abmessungen: | ||
+ | |||
+ | **Datenblatt: | ||
+ | |||
+ | [[https:// | ||
===== Gehäuse ===== | ===== Gehäuse ===== | ||
- | ===== Zusammenbau ===== | + | Das Gehäuse des Strahlungssensors dient neben der Aufnahme der Solarzelle zusätzlich auch noch als " |
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Zum Anschluss aller Kabel verwenden wir eine Lochrasterplatine, | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | ===== Zusammenbau | ||
+ | |||
+ | Das Gehäuse benötigt insgesamt 6 Bohrungen: 4x Kabeldurchführung (12 mm) sowie eine Bohrung mittig am Boden (10mm) zur Befestigung der Rohrschelle. Im Deckel noch eine kleine Bohrung zur Durchführung des Kabels der Solarzelle. 3 der Kabeldurchführungen kommen auf die eine lange Seite, eine Kabeldurchführung kommt auf die gegenüberliegende lange Seite. **Kabel 5** (siehe [[howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Als erstes wird die Rohrschelle auf der Rückseite mit einer M8x10mm Linsenkopfschraube befestigt. Dazu eine Unterlegscheibe und eine Gegenmutter. Darauf habe ich die Rohrschelle geschraubt. Eine Abdichtung gegen Feuchtigkeit ist hier auf jeden Fall notwendig! Ich habe von außen und innen Bitumendichtstoff verwendet. Anschließend wird der 3D-Druckdapater eingesetzt und dieser mit zwei M3x10mm Schrauben am Gehäuse befestigt. %%Nun die Kabeldurchführungen einschrauben - auch hier ist eine Abdichtung notwendig! Ich habe die Kabeldurchführungen mit Epoxy-2K-Kleber eingeklebt.%% | ||
+ | |||
+ | Die Solarzelle wird mit Epoxid-2K-Kleber auf den Deckel des Gehäuses geklebt. Zunächst lötet man auf die Rückseite der Solarzelle an den entsprechenden Pads zwei flexible Kabel an (ggf. Löthonig verwenden). Dadurch liegt die Zelle aber nicht mehr plan auf - den Höhenunterschied gleichen wir mit Epoxid-Kleber aus. Von Außen modelliert man ebenfalls mit Epoxid-2K-Kleber eine Ablaufkante an, sodass Wasser gut ablaufen kann. In den Deckel bohrt man nun ein kleines Loch, so dass die Kabel gerade so durchgehen. Nun ein " | ||
+ | |||
+ | In das Gehäuse kommen noch 1-2 Silika Gel Beutel zur Entfeuchtung, | ||
+ | |||
+ | Achtung! Auf den Fotos ist noch Montagekleber zu sehen - dieser i__st nicht geeignet__ (weder wasserfest noch UV-beständig!). | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | ===== Zusammenbau Sensoren ===== | ||
+ | |||
+ | Ihr benötigt: | ||
+ | |||
+ | * Streifenrasterplatine, | ||
+ | * 2x PCB Schraubklemmen RM 2.54mm: 2-polig | ||
+ | * 4x PCB Schraubklemmen RM 2.54mm: 3-polig | ||
+ | * 2x PCB Schraubklemmen RM 2.54mm: 4-polig | ||
+ | * Kabel orange (flexibel) zum Anschluss der Solarzelle | ||
+ | * Kabel schwarz (flexibel) zum Anschluss der Solarzelle | ||
+ | |||
+ | Die Platine wird ausschließlich genutzt, um alle Kabel der Sensoren auf dem oberen Ast des Haltesystems anzuschließen und weiter zu verteilen. In den 3D-Druck-Adapter passt genau eine Platine mit 16x15 Löchern (41x39mm). Der Kabelanschluss auf der Platine wird mittels Schraubklemmen realisiert. | ||
+ | |||
+ | Die fertige Platine sieht dann wie folgt aus - der genaue Anschluss der Kabel wird unten beschrieben. | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | ===== Anschluss ===== | ||
+ | |||
+ | Die Solarzelle wird an dem Stromsensor INA219 angeschlossen, | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Auf der Wetterstation wird die Solarzelle über **Kabel 5** (siehe Kapitel [[howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
+ | |||
+ | **Kabelbelegung Kabel 5 von Raspberry: | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 5** an der linken 4er Klemmleiste: | ||
+ | |||
+ | - 12V - Grün/ | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 5** an der linken 6er Klemmleiste: | ||
+ | |||
+ | - GND - Blau | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 5** an der mittleren 4er Klemmleiste: | ||
+ | |||
+ | - 3.3V - Rot | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 5** an der rechten 3er Klemmleiste - von links nach rechts: | ||
+ | |||
+ | - Gelb | ||
+ | - Braun/ | ||
+ | - Braun | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 5** an der rechten 2er Klemmleiste - von links nach rechts: | ||
+ | |||
+ | - Gelb/ | ||
+ | - Grün | ||
+ | |||
+ | **Kabelbelegung Kabel 6 zum digitalen Regensensor** | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 6** an der linken 4er Klemmleiste (12V): | ||
+ | |||
+ | - Braun | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 6** an der linken 6er Klemmleiste (GND): | ||
+ | |||
+ | - Schwarz | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 6** an der rechten 3er Klemmleiste links: | ||
+ | |||
+ | - Grün | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 6** an der linken 6er Klemmleiste (GND): | ||
+ | |||
+ | - Weiß | ||
+ | |||
+ | **Kabelbelegung Kabel 7 zum Windrichtungssensor: | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 7** an der linken 4er Klemmleiste (12V): | ||
+ | |||
+ | - Braun | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 7** an der linken 6er Klemmleiste (GND): | ||
+ | |||
+ | - Schwarz | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 7** an der rechten 3er Klemmleiste rechts: | ||
+ | |||
+ | - Blau | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 7** an der linken 6er Klemmleiste (GND): | ||
+ | |||
+ | - Gelb | ||
+ | |||
+ | **Kabelbelegung Kabel 8 zum Windgeschwindigkeitssensor: | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 8** an der linken 4er Klemmleiste (12V): | ||
+ | |||
+ | - Braun | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 8** an der linken 6er Klemmleiste (GND): | ||
+ | |||
+ | - Schwarz | ||
+ | |||
+ | Anschluss **Kabel 8** an der rechten 3er Klemmleiste rechts: | ||
+ | |||
+ | - Blau | ||
+ | |||
+ | // | ||
+ | |||
+ | **Anschluss Solarzelle: | ||
+ | |||
+ | Der Plus-Pol der Solarzelle wird an die rechte 2er Klemme (links) angeschlossen. der Minus-Pol der Solarzelle wird an die rechte 2er Klemme (rechts) angeschlossen. | ||
+ | |||
+ | ===== Software ESP32 (ESPEasy) ===== | ||
+ | |||
+ | Der Sensor wird über das Device '' | ||
+ | |||
+ | == Task Settings: == | ||
+ | |||
+ | * Name: '' | ||
+ | * Enabled: '' | ||
+ | * I2C Address: '' | ||
+ | * Measure range: '' | ||
+ | * Measurement Type: '' | ||
+ | * Send to Controller 1 (MQTT): '' | ||
+ | * Intervall: '' | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | == Values #1: == | ||
+ | |||
+ | * Name: '' | ||
+ | * Formula: '' | ||
+ | * Decimals: '' | ||
+ | |||
+ | {{howtos_knowledge_base: | ||
+ | |||
+ | ===== Software Raspberry (Multi-IO Plugin) ===== | ||
+ | |||
+ | Der Sensor wird über ein Sensormodul '' | ||
+ | |||
+ | == Sensor Modul: == | ||
+ | |||
+ | * Name: '' | ||
+ | * i2c Bus No.: '' | ||
+ | * Chip Address: '' | ||
+ | * Shunt Ohms: '' | ||
+ | * Max. Amps: '' | ||
+ | * Voltage Range: '' | ||
+ | * Gain: '' | ||
+ | |||
+ | {{: | ||
- | ===== Montage und Anschluss ===== | + | == Sensor Input: Solarstrahlung |
- | ===== Software ===== | + | * Name: '' |
+ | * Type: '' | ||
+ | * Polling Intervall: '' | ||
- | ===== LoxoneConfig ===== | + | {{: |