Was ist ein Pyranometer?
Ein Pyranometer ist ein Instrument, mit dem die Kraft der Wärme und des Lichts der Sonne gemessen werden kann. Die Sonnenstrahlung wird hauptsächlich im meteorologischen Bereich verwendet und mit einem Pyranometer auf einer ebenen Fläche identifiziert. Das gesamte Frequenzspektrum der von der Sonne projizierten und auf der Erdoberfläche empfangenen elektromagnetischen Strahlung trifft auf Sensoren im Gerät, die die Dichte der Schwankungen im Vollfeld von 180 Grad um das Instrument messen.
Ein Sonnenpyranometer misst die Anzahl der Photonen, kleine Lichteinheiten, die im Laufe der Zeit entweder auf ein chemisches oder physikalisches Gerät im Instrument einwirken. Gewöhnlich ist dies am leichtesten zur Identifizierung der Wellenlängen des ultravioletten und des sichtbaren Lichts des Spektrums nützlich. Pyranometer werden in der Regel nicht mit Strom versorgt, da die einzelnen Komponenten des Systems entweder direkt auf die Sonneneinstrahlung reagieren oder von dieser beeinflusst werden.
Die meisten chemikalienbasierten Pyranometer verwenden eine Lösung aus photoreaktiven und wärmeempfindlichen Chemikalien, mit denen der Gesamtpegel der elektromagnetischen Strahlung gemessen werden kann. Die Chemikalie selbst erfordert einen Prozess, durch den die Strahlung von absorbiertem Licht identifiziert werden kann. Dies ist als Quantenausbeute bekannt und ruft aufgrund des Lichtmangels eine Reaktion hervor, wodurch jede Chemikalie im Pyranometer nützlich wird. Die häufigsten Beispiele für in diesen Instrumenten verwendete Chemikalien sind Kaliumferrioxalat, Monochloressigsäure und Malachitgrün-Leukocyanid.
Physikalische Pyranometertypen umfassen Bolometer, Thermosäulen und Fotodioden. Bolometer verwenden eine dünne Metallschicht, die an einem Kühlkörper angebracht ist, der eine konstante Temperatur aufrechterhält, sodass das Gerät die Sonneneinstrahlung erkennen kann. Thermopiles wandeln Wärme durch gekoppelte Geräte in Reihe in Elektrizität um und messen die Ausgangsspannung, um die Strahlung zu bestimmen. Fotodioden verwenden eine ähnliche Technik, um Licht in Strom oder Spannung umzuwandeln und eine Messung zu ermöglichen.
Der Grad der möglichen Messung in einem Pyranometer variiert je nach Sonnenstand. Ideale Bedingungen werden dadurch geschaffen, dass sich die Sonne direkt über dem Himmel befindet. Bestimmte Messungen können jedoch aus verschiedenen Winkeln durchgeführt werden, solange die Strahlenbelastung ermittelt wird. Wenn sich die Sonne in einem Winkel von 90 Grad zum Instrument befindet, kann keine Messung durchgeführt werden. Normale Oberflächenstrahlung, verursacht durch einen Winkel der Sonne zwischen 0,5 und 60 Grad, kann proportional gemessen werden. Wenn die Sonne jedoch ihren Zenit direkt über dem Gerät erreicht, ist die Messung absolut genau.
Die meisten Pyranometer sind mit einer Glaskuppel ausgestattet, um die richtigen Richtungsmerkmale zu gewährleisten. Dies begrenzt die Reaktion auf 300 bis 2.800 Nanometer, die idealen Messparameter. Es hat auch sekundäre Zwecke bei der Erhaltung des vollen 180-Grad-Feldes und der Bereitstellung einer Sicherheitsabschirmung.