Lichtsensor für Wetterstation

Moin zusammen.
Ich hab meine Unterlagen mit Ideen einer Wetterstation wiedergefunden.
Dabei stand auch ein Lichtsensor auf der Liste, mit dem ich Sonnenaufgang, Sonnenuntergang und relative Helligkeit erfassen wollte. Das erste was mir einfiel war ein einfacher lichtabhängiger Widerstand. Jetzt ist nur die Frage:
Was ist, wenn eine künstliche Lichtquelle (Strassenlaterne) in der Nähe ist? Gibt es irgendein Spektrum, was es im Sonnenlicht gibt, aber nicht in künstlichem Licht, auf das ein Sensor reagieren könnte? Vielleicht UV? Und was nehm ich für einen Sensor?
Oder gibt es eine Möglichkeit einen Sensor gegen künstliches Licht abzuschirmen? Das Aufstellen an nem Ort fern von künstlichem Licht ist sicher das einfachste, aber nicht machbar.

Und Punkt 2:
Ich möchte die relative Helligkeit erfassen, dh der Sensor muss sowohl den leichten Unterschied zwischen Nacht und Dämmerung erkennen, als auch noch den Tageshöchstwert erfassen.

Mir fällt grad ein, dass auch eine Solarzelle als Sensor in Frage kommt. Auslesbar mit einem AD-Wandler. Dann könnte man sogar die eingestrahlte Energie pro m² hochrechnen.

Also, was meint ihr?

Hallo the_Ghost666!

Deine Idee mit der Solarzelle finde ich sehr gut, weil somit könnte die Wetterstation mit Energie versorgt werden.

Mit dem künstlichen Licht habe ich ein paar Ideen (realisierbar?):

Wenn ein künstliches Licht eigeschaltet wird, dann wird sich die Helligkeit sprunghaft erhöhen, was beim Sonnenlicht nicht vorkommt. Um Mitternacht oder bei minimaler Helligkeit werde ich den Wert mit dem "Sprung" vergleichen und um den Wert alles runter korriegieren. Problematish ist noch mit dem Mondlicht.

Man könnte auch ein Foto-Widerstand in ein Rohr Stecken, das sich immer an das Maximum (die Sonne) richtet. Das ist wieder beim Sonnen Auf- und Untergang problematisch.

Wenn das Nullwert nicht wichtig ist kann mann immer das Minimum als Null nehmen.

MfG

Das mit den Solarzellen ist eigentlich nicht als Energieversorgung gedacht, weil einfach die Fläche dafür zu groß werden würde und das wird wieder teuer. Andererseits müsste ich dann alle paar Tage den Bleigelakku aufladen, da wohl ein Netzanschluss nicht in Frage kommt. Ich habe überlegt anzufragen, ob das Ding aufs Dach des Studentenwohnheims kommen könnte.
Das mit dem Mondlicht fänd ich nicht schlimm, sogar ganz interessant.
Und die Daten wollte ich entweder auf eine MMC Karte speichern, oder direkt per CAN-BUS oder 433Mhz Funk übertragen.

Ich fürchte bei dem Lichtspiel kommt man ohne Testreihe nicht aus. Ich denke dazu erstmal ein Solarmodul von ca. 25cm² zu besorgen.

Ich habe gerade mal geschaut, bei Conrad, Reichelt und Lemo-Solar. Schon die kleinen sind nicht gerade billig, bei reichelt gibts Solar-Gartenlampen die man schlachten könnte.
Mh hier gibts immer diese 0,5 volt zellen oder 3, 6 und 12V. was sollte man da nehmen, damit man die mit einem AD-Wandler ordentlich auslesen kann? 3V?
dann nehm ich mir dazu die 5V Vcc als obere grenze, masse als untere und verschenke halt 2V, aber das ist wohl auch ok.

Ist bei Dunkelheit was zu beachten? Die Solarzellen funktionieren bei Dunkelheit ja wie Dioden und ziehen Strom, statt ihn zu erzeugen.

PS:
Deine Idee mit dem sprunghaften Anstieg. Wenn man sich die Strassenlaternen ansieht, das sind Queckssilber-Dampflampen oder so, die gehen wie bei nem Beamer langsam an und erreichen erst nach so 10min ihre volle Helligkeit. Und genau so einen Übergang hätte man auch bei miesem Wetter, zb eine dicke schwarze Regenwolke zieht über die Station hinweg, es wird kurz dunkel und dann wieder hell. und natürlich auch bei einer sonnenfinsternis, wobei die nächste in deutschland wohl erst 2080 sein soll.
dann müsste man den zeitpunkt ,wann sich die lampen anschalten notieren oder erfragen. falls man den übergang nicht gut genug sieht.

Ich habe beim Pollin eine Solarzelle 293x144mm zu 29,95€ gefunden. Sie hat Nennspannung 16,8V, Nennstrom 0,125A (Nennleistung 2,13W). Vielleicht reicht das für die Wetterstation ?

Eventuell als Messzelle könnte man ein paar Solarbatterien von Taschenrechnern nehmen ? Sie haben bei 4 Elementen ca. 1,5V.

MfG

Oh klar, pollin hab ich ganz vergessen. Ja, das Ding ist gut, und wenn die 2W nicht reichen, kann ja auch noch ein weiteres Pannel parallel dran. Dan braucht man noch nen Bleiakku als Puffer und n Laderegler dafür. Bleiakkus sind zwar nicht sonderlich anspruchsvoll, aber dennoch. vielleicht gibt elektor n selbstbauregler her. Allerdings weiß ich nicht, wie ich "gleichzeitig" die lichtmenge messen kann. da ist wohl wirklich so ne kleine zelle besser geeignet. Taschenrechner ist mir zu klein, aber so eine Lampe zu schlachten sollte gehen. die werden wohl auch mit 3V arbeiten, um die akkus zu laden. Hohe Ströme brauchen wir ja nicht zum lichtmessen.

tja... knapp 125mA.. ich habe eine menge sensoren die da dran sollen, +die Funkübertragung...

Ich bin kein Spezialist für Sollarzellen, aber habe ich noch nicht gehört, dass sie in Dunkelheit Stromm ziehen. Man kann sie zwar als Dioden, aber dann in Sperrichtung polarisiert, also praktisch nicht leitend, betrachten.

Ich habe mir selber Sonenbatterie in einen Taschenrechner eigebaut, und sie ladet mir Mikroakkus sogar beim Tagesslicht.

MfG

Man braucht eigentlich kein Regler, höchstens ein paar Dioden (4), die die Spannung von 16,8 aus der Solarzelle auf 13,8 reduzieren. Die Solarzelle hat angegebenen Kurzschlussstrom 0,165A kann also kein Bleiakku töten.

Man kann Strom sparen, wenn man die Sensoren und Funksender nur dann mit Spannung versorgt, wenn sie wirklich was nutzbares tun.

MfG

mh ist noch die frage, ob diese 0,165A minus dem was die schaltung zieht über die selbstentladung des akkus steigt, sonst verlängert das ding nur die einsatzdauer des akkus.. das gerät läuft ja 24h am tag und nachts scheint nunmal keine sonne. also muss die ganze energie,die in 24h verloren geht in den 8-14h tageslicht wieder reingeholt werden.

als messintervall dachte ich an etwa 10min. das sind dann 144 Messungen pro tag, bei etwa mhhh 5sek messdauer. das gilt nur für die feuchtigkeits-, temperatur- und drucksensoren. Windmesser (richtung und geschwindigkeit) per Reedrelais, der lichtsensor und der Regensensor müssen immernoch laufen, einschließlich des prozessors, die funkübertragung könnte man dann auf ein signal warten lassen, dh man spart schonmal sendeleistung ein. aber lauschen muss er immernoch, es sei denn, man vereinbart eine feste übertragungszeit, was ich nciht so toll fände. achja, ne RealtimeClock muss dazu. aber die verbrauchen nicht viel. und wenn ich die daten auf einer MMC karte zwischenspeicher, verbrauht die auch noch etwas, aber nur beim schreiben.

So wie ich schon gesagt habe, bin ich kein Spezialist für Solaranlagen, aber logish denkend, muss man wissen wieviel % der Zeit und mit welchem Strom das Akku entladen wird und wieviel % der Zeit die Sollarzelle sie aufladen kann. Das sollte sich aber aufgrund der Strommessung und Statistik berechnen lassen. Oder man kauft einfach gleich zwei grosse Akkus (z.B. mit 100Ah) und wechselt sie immer rechtzeitig. Das ist die technisch einfachste und sicherste Lösung. :)

Wenn ich mir noch erinnern kann eine 45Ah Autobatterie kostet um 30€.

MfG

Hallo Ghost,

für die Messung der Lichtstärke muss man den Strom messen, den die Zelle erzeugt, nicht die Spannung.

Die Idee deine Schaltung aus einem kleinen Solarpanel zu versorgen, finde ich gut.

Straßenlampen und Mond dürften praktisch kaum Strom erzeugen und sind auf jeden Fall im Vergleich zur Sonne, selbst bei bedecktem Wetter kein Problem.

Bleiakkus lädt man mit konstant 13,8V (für 12V akkus), dann stellt sich der Rest von selbst ein.

Du kannst hierzu z.B. das Modul über eine Schottky-Diode an den Akku anschließen. Damit die Spannung bei geladenem Akku nicht über 13,8V steigt, baust du parallel zum Akku eine 13,8V Zener-Diode mittels Transistor(en), Z-Diode etc.. oder auch OP-Amp.. nach, oder einfach aus Z.Dioden, Dioden etc..(Leistung beachten)
Diese Schaltung muss den überschüssigen Strom verbraten können, also zur Sicherheit die max. Leistung des Solarmoduls.

Wenn man nun den Strom aus der Solarzelle mittels eines Shunts + OP (oder besser Stromsensor von Maxim oder Linear Technology) misst, hat man immer den gesamten Strom, welcher proportional zum Lichteinfall ist. Sobald das Solarmodul nicht mehr die 13,8V (oder zumindest die Akkuspannung von ca. 12V) liefern kann, geht der Strom auf "0". Wahrscheinlich ist das auch bei Straßenlaternen oder Vollmond der Fall.

Wenn du auch dieses Licht messen willst, musst du ggf. noch einen Widerstand einbauen (parallel zum Solarmodul, vor der Diode). Sodass auch ein Strom fließt, wenn die Spannung unter die Akkuspannung geht.

Die Idee, eine billige Gartenlampe zu nehmen, hatte ich auch schon. Bin dabei mir damit ein paar Sensoren zu bauen. Am leibsten würde ich sie untereinanerder vernetzen, und natürlich mit meinem PC..

Gruß Sigo

Danke für den Hinweis.

Zum vernetzen drängt sich der CAN oder LIN Bus ja nahezu auf.
Hab auch erst drüber nachgedacht, aber ich werde es zentral betreiben und über Funk mit einem Rechner verbinden.
Die einzelnen Sensoren hängen dann am I2C oder ihren eigenen seriellen pins bzw AD-Wandler, der in meinen PIC18ern integriert ist.
Es gibt bei Maxim-IC eine nette "Bauanleitung" für eine Wetterstation, alles mit Sensoren usw über One-Wire-Bus aufgebaut. Temperatur, Windrichtung und geschwindigkeit. Nette Ideengrube für sowas.

Ach noch eine Frage zum Strom-messen. Du meinst also, ich kann das Solarmodul sowohl zum ermitteln des Lichteinfalls/ Leistung pro m² als auch zur stromversorgung nehmen, ohne dass mein ergebnis verfälscht würde?
Und zum Strom-messen selbst, ich leg doch einfach einen Shunt parallel zur zelle und messe den Spannungsabfall über diesem Shunt, der einen bekannten Widerstand hat, richtig? und dann I=U/R. Aber wenn ich dann ne schaltung dran habe, würde die nicht je nach dem, was sie gerade tut den strom ändern?

Betrachten wir zunächst die Last am Solarmodul:

Wenn du

die Elektronik,
den Akku
und eine Spannungsbegrenzung in Form einer genauen Leistungs-Z-Diode mit 13,8V zusammen parallel schalterst,
fällt immer eine Spannung von ca. 12,5V (Akku nicht ganz voll) bis 13,8V (Akku voll) ab. Egal, wer den Strom zieht.

Man kann ruhig eine Z-Dioden (o. Nachbildung) parallel schalten, da ja das Solarmodul sowieso nur einen begrenzten Strom liefern kann.

Ein Teil des Stroms lädt den Akku, ein Teil versorgt die Schaltung und der Rest wird durch die Z-Diode abgeleitet und verbraten.
Da wir von 2W max. 5W Leistung sprechen, ist das ja kein Problem.

Wenn du mit dem µController die Spannung am Solarmodul (da sie nicht ganz konstant ist) und den Strom misst, hast du die Leistung über einem Lastwiderstand (den die og. Schaltung darstellt).

Da die Module für 12V Akku-Ladung ausgelegt sind, dürfte die Messung recht gut beim optimalen Arbeitspunkt liegen und so kann man die eingestrahlte Leistung ermitteln. Nur bei ganz kleinen Einstrahlungen, bei denen das Modul nicht mal auf Spannungen über 12V kommt, fließt natürlich kein Strom, da die Akkuspannung nicht überschritten wird.

Das kann man entweder als dunkel interpretieren, oder du schaltest noch einen Widerstand über das Solarmodul, sodass ein kleiner Strom fließen kann. (Zwischen Solarmodul mit parallelem Widerstand und dem Rest der Schaltung ist wie gesagt eine Schottky-Diode damit der Akku nicht über den Widerstand entladen wird.

Hallo!

Ich denke, dass man mit einer Solarzelle nicht gleichzeitig eine Lichstärke messen und ein Akku aufladen kann.

MfG

Zitat:

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Zitat von the_Ghost666

Und zum Strom-messen selbst, ich leg doch einfach einen Shunt parallel zur zelle und messe den Spannungsabfall über diesem Shunt, der einen bekannten Widerstand hat, richtig? und dann I=U/R. Aber wenn ich dann ne schaltung dran habe, würde die nicht je nach dem, was sie gerade tut den strom ändern?

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Zur Strommessung schaltest du einen kleinen Widerstand in Leitung des Solarmoduls zur Schaltung mit Akku, meist in die Masseleitung. Dieser wird so dimensioniert, dass beim max. Strom z.B. 100mV abfallen. Das wird dann verstärkt und mit dem AD-Wandler gemessen. Damit hast du den Strom. Zu diesem Zweck gibt es aber wie gesagt auch tolle ICs, die meist in der +-Leitung messen und dann nur z.B. 30mV Spannungsabfall haben, den Verstärker gleich integriert und dir so gleich 0..5V oder so ausgeben..sehr praktisch und störsicher..

Zitat:

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Zitat von PICture

Hallo!

Ich denke, dass man mit einer Solarzelle nicht gleichzeitig eine Lichstärke messen und ein Akku aufladen kann.

MfG

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Man kann schon, aber mit einer kleinen Minizelle oder Fotodiode kann man es auch und evtl. etwas einfacher. Aber man kann es auch wie beschrieben machen. Kommt auf die geforderte Genauigkeit an.

Hallo sigo!

Natürlich! Ich bevorzüge aber die einfachste Lösungen, die ich persönlich als die Besten finde.

MfG

mh da muss ich mal drüber nachdenken, was passender wäre, ich denke nämlich, dass ich erst die sensoren bastel und dann erst die stromversorgung, dann kann ich mich mit einer 5€ solarzelle nicht so sehr verkaufen.
Ich werde dem ding wohl auch ein 5V schaltnetzteil spendieren, damit die LM2940 oder 7805 nicht so viel leistung verbraten.

Hast du noch einen Tip für ein IC von Maxim? ich habe gestern ma drübergeblättert in der Current Sensor ecke. aber bin nicht wirklich weit gekommen, es sind 27stück, die sich alle irgendwie unterscheiden.
ich werd das ding dann als sample von maxim beziehen.

ich überlege gerade noch was zu dem sensor:
Ich werde nicht die Energie übrig haben, um die zellen dem licht nachzuführen. Dh ich kann nicht über den ganzen tag das licht im rechten winkel also mit größter absorbtionsrate aufnehmen.. was mach ich denn dann? einfach horizontal montieren und damit leben, dass morgens und abends die werte geringer sind?

Zitat:

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Zitat von the_Ghost666

Hast du noch einen Tip für ein IC von Maxim? ich habe gestern ma drübergeblättert in der Current Sensor ecke. aber bin nicht wirklich weit gekommen, es sind 27stück, die sich alle irgendwie unterscheiden.
ich werd das ding dann als sample von maxim beziehen.

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Ich hab auch keinen konkreten Typ. Suche dir einfach 2-3 passende Teile aus und lass sie als Muster kommen. Leider brauchen die ja immer ein paar Tage.

Ich denke, ich würde es selbst auch so machen, dass ich erstmal ne kleine Solarzelle als Sensor nehmen würde, ist einfacher und billiger. Und ich würde auch einen Schaltregler nehmen.

Sigo

ich werd erstmal schauen, dass ich meine momentan halbfertigen projekte abarbeite, und mich dann stückweise an die sensoren der wetterstation setzen. nicht alles auf einmal. die größte hürde ist noch die Funkverbindung, weil die module 2x 50€ kosten. + Sensoren und Solarzellen und Akku werden da schon an die 200€ beisammen kommen, und ob es sich dann noch lohnt, oder ob eine vergleichbare ELV Wetterstation nicht billiger wäre, weiß ich nicht.

Ich hab mich mal bei Maxim umgesehen, es gibt genau 2 Current/Voltage converter, MAX4006 und 4008. Die sind aber für Photodioden vorgesehen sind demnach auf 20mA gedrosselt, also völlig ungeeignet, da ich schon etwas mehr als 50mA erwarte, bei den großen Pannels sogar um die 100

Aus Wikipedia: "Als Sonnenaufgang bezeichnet man sowohl das Überschreiten des Horizonts durch die Sonne als auch den Zeitpunkt dieses Ereignisses.
Als Sonnenuntergang bezeichnet man das scheinbare Verschwinden der Sonne unter dem Horizont, bzw. den Zeitpunkt dieses täglichen Phänomens"

Sonnenauf- und untergang sind also nicht über die Helligkeit definiert.

Zitat:

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Zitat von Hiµck

...Als Sonnenuntergang bezeichnet man das scheinbare Verschwinden der Sonne unter dem Horizont, bzw. den Zeitpunkt dieses täglichen Phänomens" ...

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Erschwerend kommt hinzu, dass in den wenigsten Fällen der Horizont die Linie ist, an der die Sonne auch nur scheinbar verschwindet, wenn man die Definition von Horizont heranzieht und berücksichtigt, dass immer mehr Menschen in städtischen Bereichen leben.

Zur Veranschaulichung das Bild:

“Helsinki - Sunset“

wobei das fast klingt wie ein Auszug aus einem Wörterbuch Finnisch - Englisch.
Manfred

Bild hier   Bild hier   Bild hier  

Da sich im Beobachtungszeitraum die Erde doch recht gleichmäßig dreht, könntest du ja den Zeitpunkt Auf- und Abgang ja auch aus einem Kalender/Uhrzeit und geogr. Breite ableiten.

na dann ist ableiten garnicht mehr nötig, dann kann ich die werte einfach so aus nem kalender rausziehen. aber dennoch will ich ja die relative helligkeit über den tag anzeigen