Meteo-Systeem, Licht-Sensoren

LichtspectrumLicht is een belangrijk onderdeel van het weer voor welbevinden van mens en dier en voor de planten om ons heen:
wat wij met het oog zien is slechts een deel van wat Licht spectraal omvat.
De opvang door mens, dier en plant is verschillend en met verschillende uitwerking.

UV_effectenDe component UV vraagt speciaal aandacht vanwege mogelijk 'slechte' aspecten voor de mens van Zonkracht.

PV_applicatiePV-systemen gaan weer anders met het licht om dan mensen, dieren en planten.
PV-panelen hebben (bijv.) een spectrale respons zoals hiernaast aangegeven:
Het element-materiaal bepaalt daarbij waar de piekrespons ligt.
Bij een PV-systeem is extra complicatie dat o.a. door de regelfuncties van de MPPTs van het PV-systeem de signaalrapportages van de meeste PV-systemen niet representatief zijn voor de 'echte' Licht-/IR-waarden:
een PV-systeem is geen lichtmeetsysteem voor meteo!
Omgekeerd kunnen op meteo-manier gemeten Zonkracht-waarden wel redelijk dienen voor schatting van de potentiŽle PV-Productie:
Meten = Weten
Een bruikbaar overzicht van lokale meteo-info vraagt daarom ook lokaal Goed gemeten waarden van Zichtbaar Licht, UV en IR.

Op deze locatie missen totnutoe daarvoor zowel de PWSen als het PV-systeem de benodigde sensoren.
Behalve dat de sensoren ontbreken, is ook daarnaast plaatsing nog een probleem door allerlei obstakels die schaduwgeven afhankelijk van tijd en seizoen.
De consequentie is dat voor een redelijke dekking een netwerk van verspreide sensoren moet worden geplaatst met bijbehorende software die de meetwaarden oppakt en combineert:
data-bewerking algemeen door uit genormeerde metingen in diverse richtingen het maximum te bepalen.
Sommige PWSen (zoals van het merk Davis) hebben de optie van geÔntegreerde, nauwkeurige Licht&UV-sensoren, maar veel andere PWSen missen Kant-en-klare lichtsensoren ter aanvulling van de meteo- of domotica-segmenten, dus daarvoor is DHZ-ontwikkeling en -uitvoering vereist.
Behalve elektronica en software ook voor de behuizingen.
Al experimenterend is een bepaalde opbouw tot stand gekomen met meervoudige sensoren verspreid over de locatie.
De actuele status van de experimenten & invoering wordt beschreven op deze webpagina.
De beschrijving op deze pagina legt uit hoe een en ander samenhangt:

Bepaling van Lichtniveau's kan op vele manieren.

  1. Door Berekening maakt de Domotica-computer nu voor lichtwaarden als basis een schatting met gebruik van nominale informatie en van gemeten meteo-info, i.c.m. actuele wolkendek-informatie van de nabijgelegen vliegbasis Twenthe:
    een hybride benadering.
    Voor UV-info wordt daaruit een ruw benaderde waarde afgeleid.
  2. Een hulp-functie van de WsWin-software in de PWS-en genereert door omrekenen van meetwaarden quasi-meetwaarden voor zonnestraling:
    'vertaling' als benadering.
  3. Meting is beter, in ieder geval actueler en incl. verwerking van meer lokale omstandigheden
    Door zelfbouw zijn de PWSen en het Domotica-segment in de loop van de tijd uitgebreid met een aantal sensoren voor meting van licht.
    De uploads vanuit het Domotica-Systeem zijn hoogfrequenter dan die uit de PWS-servers met WsWin-software.BR> Daarom primair toepassing van Domoticz-info, met Berekening en WsWin als backup/support/referentie.

In deze configuratie zijn dit de ingangen voor meetwaarden:

Lichtmeting met omgebouwde T/H-meters

Nexus_Licht&Regen WS7000_Licht_aan_mast In iedere PWS is een ruwe, ongecalibreerde lichtmeting m.b.v. 1 omgebouwde thermo/hygro-sensor, waarvan de thermovoeler is vervangen door een lichtvoeler.
Voor het Nexus_PWS zijn dat 2 schuin-gekoppelde elementen in een glazen bol, zuidgericht met een zijdelingse offset per element van ca. 45 graden, zodat zijdelings een grote hoek wordt afgedekt, met een elevatie van ca. 45 graden, zodat de baan van de zon over de dag & seizoenen kan worden gevangen.
Voor het WS7000_PWS is het 1 element zuidgericht onder 45 graden elevatie in een 'huls' aan de sensorenmast.
Het Licht-niveau wordt door de elementen en de aangehangen T&H-meter in principe als schijnbare temperatuur gemeten, met in de WsWin-software een vertaling daaruit naar percentage voor Zon-helderheid en voor de webgrafieken.
Schema_LichtmeterBij veel T/H-meters is het temperatuur-sensor-element een NTC-weerstand van ca. 10kOhm:
- lage temperatuur = hoge weerstand
- hoge temperatuur = lage weerstand
Voor quasi-lichtmeting wordt die NTC-weerstand vervangen door LDR-weerstanden en/of door Foto-diodes (zoals het hier lokaal goed verkrijgbaar type BPW43) i.c.m. een voorschakelweerstand en een parallel-weerstand:
- weinig/geen licht = hoge weerstand
- veel licht = lage weerstand
Met de serie-weerstand(en) en de parallel-weerstand wordt het sensor-netwerk binnen het werkgebied gebracht zoals voordien met de NTC-weerstand:
(zelfs met software-naregelen) zo onnauwkeurig dat je dit geen ijking mag noemen, maarr hoogstens 'schaling-voor-indicatie'.
Een foto-diode heeft beter dynamisch gedrag dan een LDR, en is meer gericht op een specifiek deel van het lichtspectrum.
Nexus_Licht0 Nexus_Licht_Roze Nexus_Licht_Blauw Nevenstaande plaatjes tonen de geopende sensor met 2 LDR-elementen.
Zonder extra lichtdemping is onder invloed van omgevingslicht de weerstandsvariatie abrupt, met weinig nuance.
Daarom wordt een extra demping over de sensoren gezet:
  • voor de fotodiodes is een bekleding in de vorm van zwart of blauw isolatieband effectief en redelijk handig, maar door de vorm niet geschikt voor de LDRs
  • voor de LDRs werkt afdekken in de vorm van een deodorantrollerkap:
    • roze geeft (te) weinig demping
    • donkerblauw geeft zodanige demping dat lichtniveau-verschillen redelijk zichtbaar worden
    als externe bescherming van dit geheel dient een 'kogellamphouder'

Als software-naregelen heeft de software WsWin een functie waarbij de 'schijnbare' temperatuur van de T/H-sensor instelbaar wordt ingeschaald als een solar-waarde, uitgedrukt als temperatuur of als percentage.
Intern in WsWin kun je de vergelijkbare zonkracht uitlezen als W/m2: jammer genoeg nergens in een tabel of grafiek.

WsWin (evenals de vergelijkbare software Weatherdisplay) kent ook een alternatieve functie waarbij zonkracht indirect kan worden bepaald door vergelijking van een 'openlucht' thermometer en een nabijgeplaatste, identieke thermometer opgesloten in een omgekeerde glazen pot: zgn. 'solar-jar'-meting.
Zonnestraling zal (zeker als de bodem of meer van de pot is zwartgeverfd) de temperatuur in de glazen pot opjagen t.o.v. de 'openlucht' thermometer.
Het temperatuurverschil tussen de 2 thermometers is een maat voor de zonkracht.
T.o.v. de LDRs is deze 'solar-jar'-meting trager cq. nog onnauwkeuriger, omdat de opwarming cq afkoeling van de glazen pot sterk naijlt.

Top pagina Top rubriek Volgende rubriek


Lichtmeting met 'echte' licht-sensoren

In deze configuratie zijn bewust diverse opstellingen met specifieke lichtmeters:
  1. 'WS7000P-19' lichtmeter - Primaire sensor voor visueel licht
    WS7000_LichtsensorHet WS7000-PWS (meer specifiek het WS2500-PWS) kent een lichtmeter WS7000-19 voor zichtbaar licht.
    Die WS7000-19 is echter niet meer leverbaar.
    In de 'WS7000-vervanger' zit een compatibel segment voor lichtmeting, aka WS7000P-19.
    Dat licht-segment gebruikt een MAX44009-sensor die lichtniveau's tot 188kLux kan volgen.
    Opstelling van deze sensor met een paar bewuste keuzes:
    • de externe behuizing voor de sensor is zo helder & transparant mogelijk voor uitbuiten van zowel min. als max. meetbereik, gebruikmakend van de 22bit-resolutie van het meetsysteem.
    • GeÔnstalleerd hoog op een locatie achter in de tuin met redelijk vrij zicht naar oost, zuid en zenith.
    • de MAX44009-sensor als zenith-scanner opgesteld zodat horizontale orientatie en schaduwgevende obstakels bij de lichtmeting minder meespelen.
    MAX44009_sensor Deze WS7000P-19P heeft hoogste niveau & hoogste resolutie van alle lichtmeters op deze locatie:
    daarom referentie en primaire/1e-lijn sensor voor zichtbaar licht-meetwaarden.
    De WS7000-13 PC-Interfaces lezen helaas niet het communicatie-protocol van de WS7000P-19:
    Domoticz kan met het RFLink processor&communicatie-systeem wel direct meelezen.

  2. UVN800 - Primaire sensor voor UV
    UVN800_UVsensorDe UVN800 van Oregon Scientific is een kant&klaar product bedoeld voor meteo-functies, direct compatible met Domoticz en dus heel eenvoudig op die manier toe te passen voor bepaling van UVI.
    Hoewel niet wordt beschreven welke UV-component wordt gemeten,
    in principe de beste & primaire/1e-lijn UV-sensor van deze configuratie.
    Het exemplaar in onze configuratie heeft in de praktijk (door leeftijd?) echter een aantal onvoorspelbare manco's:
    daarom is ondersteuning door andere UV-sensors nodig met crosscheck van tendenzen en meetwaarden.
    Dat is de reden van toevoegen in de configuratie van een aantal extra UV-sensoren:
    beschrijving in de navolgende paragraven.
  3. 2*BH1750+1*LDR - Hulpsensor voor visueel licht
    ESP12F_AssemblyOp de zolder achter het raam met zuidelijk uitzicht op de tuin staat de initiŽle DHZ-test-opstelling met lichtmeting met 2* sensor BH1750 die zijn opgesteld met een zijdelingse offset van + 30 graden resp. 30 graden t.o.v. de zuidelijke kijkrichting.
    In principe daarmee een zijdelings bereik van bijna 180 graden, maar door de opstelling binnenshuis echter weer beperkt zichtveld naar buiten.
    De LDR op het ESP8266-PCB meet het omgevingslicht achter de opstelling als maat voor ongericht lichtniveau.
    Alle 3 sensoren geven numerieke waarden.
    De sensor BH1750 kan met een 16bits-ADC lichtwaarden meten tot ca. 65kLux:
    deze max. lichtwaarde blijkt te laag om zonder demping de hoogste praktische zonlichtwaarden te kunnen verwerken.
    De LDR dient als 2e licht-sensor, echter met nog beperkter meetbereik [ADC met 10bits => 1024 schaaldelen].
    Doel van deze opstelling is/was ervaring verzamelen door experimenteren, en daarna dienen als 'gapfiller'.
  4. 1*BH1750+2*TSL2561+1*ML8511 - Secondaire sensor voor visueel licht en UV
    Buiten geplaatst in een DHZ-sensorkop is dit de vervolg-configuratie met 4 sensoren waarvan 3 voor lichtmeting en 1 voor UV-meting, die allemaal numeriek waarden leveren:
    • BH1750DomesensorAls zenith-scanner & referentie bovenop de sensorkop 1*BH1750 onder een transparant koepeltje.
      Deze sensor heeft nagenoeg onbeperkte belichting over de dag, in dat opzicht vergelijkbaar met de WS7000P-19
      Door de plaatsing in de dome, wordt door de demping van de dome het lichtniveau op de sensor lager.
      Gevolg: tussen werkelijk lichtniveau en gemeten lichtniveau is een schaalfactor van toepassing.
      => het praktische meetbereik reikt hoger dan de 65kLux-grenswaarde genoemd voor de eerdergenoemde 'kale' sensor BH1750.
      Om van die 'ruimte' gebruik te maken vraagt calibratie (~ bepalen van de schaalfactor) en daarna correctie in de software.
    • TSL2561sensorVoor gerichte lichtmeting is onderin de sensorkop 2*TSL2561 opgesteld met een zijdelingse offset van + 30 graden resp. -30 graden t.o.v. de zuidelijke kijkrichting.
      Ter bescherming tegen de elementen staan deze sensoren opgesteld in een module achter een plastiek venster en achter een buitenvenster.
      Deze 2 sensoren type TSL2561 kunnen met een 16bits-ADC lichtwaarden meten tot ca. 100kLux.
      Door de demping van de vensters resulteert dat ook hier in een praktisch hoger meetbereik,
      met bijbehorende schaalfactor na calibratie-testen.
      De data van deze 2 afgeschermde TSL2561 sensoren wordt met de data van de BH1750-zenithscanner opgelijnd, want ze kijken immers alle 3 naar hetzelfde licht.
    • ML8511sensorVoor UV-meting kijkt parallel aan de 2*TSL2561 nog 1* sensor type ML8511.
      De ML8511 geeft een analoge spanning af evenredig met het niveau van UV-A & UV-B, volgens grafiek
      Deze sensor staat in een module achter een gaaslaag als directe sensor-afscherming en achter een buitenvenster:
      de 10bits-ADC van de ESP8266 in de sensorkop vangt het signaal van de ML8511 op.
      Door de demping van de vensters is ook hier een schaalfactor van toepassing tussen werkelijk UV-niveau en gemeten UV-niveau.
      De data uit de ML8511 wordt zo mogelijk opgelijnd met UV-data van KNMI/RIVM of een lokale, vergelijkbare, professionele databron.
    • De data van alle 4 sensoren gaat naar een ESP8266 die de data doorstuurt naar de Domoticz-computers voor verdere verwerking.
      Deze ESP8266 voert al de benodigde calibratie & oplijning uit, zodat in Domoticz direct met 'gewogen & gecorrigeeerde' data gewerkt kan worden.
    Mindere karakteristieken dan de WS7000P-19 resp. de UVN800, maar door het nagenoeg onbeperkte zicht naar boven en goed zicht naar de zuidelijke horizon is dit cluster de secondaire sensor voor visueel licht en UV.
  5. SI1145 - Tertiaire sensor voor visueel licht, IR en UV
    SI1145sensor”f in de sensorkop van de Nexus-Lichtmeter, ůf in een aparte transparante sensorkop komt een sensor SI1145, die als 'gapfiller' waarden zal bepalen voor zowel licht, IR als ook UVI.
    De sensor voor lichtniveau heeft een meetbereik tot ca. 128kLux, effectief gedempt door de behuizing.
    IR-waarden door een aparte sensor, echter ongedefinieerd beperkt door de behuizing.
    Waarden voor UVIndex worden rekenkundig afgeleid uit Licht en IR.
    Door de genoemde manier van generatie van de waarden is de SI1145 beperkt nuttig als sensor:
    enige IR-meter, waarvan door de gelijktijdige aanwezigheid van licht en UV de gelijkloop met de andere sensoren enigszins kan worden afgeleid.
    De gecombineerde SI1145-sensor is direct gekoppeld met de Domoticz-computer die ook alle andere licht & UV-info verzamelt en oplijnt.
    Deze Domoticz-computer zal de eind-normering uitvoeren van de SI1145-data t.o.v. andere sensordata.
  6. GUVA-S12D - Tertiaire sensor voor UV-A
    GUVAsensor GUVA_in_bol Als extra, lokale, low-grade UV-sensor is het analoge uitgangssignaal van een UVA-sensor GUVA-S12SD aangesloten op de ADC van een ESP8266-processor:
    vergelijkbaar met de ML8511-sensor, maar eenvoudiger, en dient als aanvulling, cq. opvulling met een andere locatie.
    Was eerste, experimentele UV-sensor voor feasability-onderzoek van UV-meting.
    Gaat verder als 'gapfiller'-sensor in de nabijheid van de 'Nexus-Lichtmeter', functioneel gecorreleerd daarmee.

    De Domoticz-computers correleren de diverse metingen voor Zichtbaar Licht, IR en UV en voeden daarmee de uploads naar de diverse displays, naar eigen databases en naar diverse aangesloten organisaties.
    Bij de signaalnormering en bij sensorkeuze geldt de rangorde zoals hierboven beschreven, met het oog op de effectieve resoluties & prestaties van de diverse sensoren.

    Top pagina start rubriek


    Sitemap/ Jumplist voor deze website, incl. links to english versions of pages

    startpagina
    Copyright © 2018-2019 T4S