In der heutigen rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie fungieren Sensoren aller Art als „Helden im Hintergrund“, die unauffällig wichtige Daten für den Betrieb zahlreicher Bereiche liefern. Solarstrahlungssensoren spielen dabei mit ihren präzisen Messfähigkeiten für Sonnenstrahlung in vielen Branchen eine unverzichtbare Rolle.
Solarstrahlungssensoren sind im Wesentlichen Präzisionsinstrumente zur Messung von Sonnenstrahlung und Solarenergie. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die empfangene Sonnenstrahlung möglichst verlustfrei in andere, leicht messbare Energieformen wie Wärme und Elektrizität umzuwandeln. Dieser Transformationsprozess, eine Art subtiler Energiezauber, ermöglicht es uns, die Geheimnisse der Sonnenstrahlung zu ergründen.
Aus technischer Sicht zeigt der Solarstrahlungssensor hervorragende Leistungen. Die gängige Sensorgröße beträgt 100 mm Durchmesser und 100 mm Höhe. Sein Messbereich ist mit 0–2500 W/m² sehr groß. Die Empfindlichkeit liegt bei 7–14 μV/(W·m⁻²), der Innenwiderstand bei ca. 350 Ω. Die Ansprechzeit ist mit ≤ 30 Sekunden (99 %) äußerst kurz, sodass Änderungen der Sonneneinstrahlung erfasst werden können. Stabilität und nichtlinearer Fehler liegen bei ± 2 %, die Genauigkeit bei 2 %. Die Kosinusantwort beträgt ≤ ± 7 % bei einem Sonnenhöhenwinkel von 10°. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -20 °C und +70 °C. Das Ausgangssignal kann 0–25 mV betragen (mit dem Strommessumformer dl-2 sind auch Standardsignale von 4–20 mA möglich). Diese hervorragenden Leistungsparameter ermöglichen es dem Solarstrahlungssensor, die Messaufgabe in der komplexen und veränderlichen Umgebung stabil und genau auszuführen.
Die Hauptantriebskraft der atmosphärischen Zirkulation, einem lebenswichtigen Naturphänomen der Erde, ist die Sonnenstrahlung. Diese erreicht die Erdoberfläche auf zwei Wegen: als direkte Sonnenstrahlung, die die Atmosphäre ungehindert durchdringt, und als gestreute Sonnenstrahlung, die von der Oberfläche gestreut oder reflektiert wird. Studien zufolge werden etwa 50 % der kurzwelligen Sonnenstrahlung von der Oberfläche absorbiert und in thermische Infrarotstrahlung umgewandelt. Die Messung der direkten Sonnenstrahlung ist eine der wichtigsten Aufgaben von Sonnenstrahlungssensoren. Durch präzise Messungen der Sonnenstrahlung gewinnen wir Einblicke in die Quellen und die Verteilung der Energie der Erde und schaffen so eine solide Datengrundlage für Forschung und Anwendungen in vielen Bereichen.
In der Praxis finden Solarstrahlungssensoren in vielen Bereichen breite Anwendung. Im Bereich der Solarenergienutzung sind sie ein wichtiges Instrument zur Bewertung des Potenzials von Solarenergieressourcen und zur Optimierung von Design und Betrieb von Solaranlagen. Mithilfe der von Solarstrahlungssensoren gelieferten Daten können Ingenieure die Sonneneinstrahlungsintensität in verschiedenen Regionen und zu verschiedenen Tageszeiten präzise bestimmen. Dies ermöglicht eine rationale Planung von Standort und Layout von Solarkraftwerken und trägt zur Verbesserung der Effizienz und Stabilität der Solarstromerzeugung bei. Beispielsweise werden in einigen großen Photovoltaik-Kraftwerken hochpräzise Solarstrahlungssensoren installiert, die Änderungen der Sonneneinstrahlung in Echtzeit überwachen und Winkel und Betriebszustand der Photovoltaikmodule zeitnah anpassen, um die Solarenergieausbeute zu maximieren und die Stromerzeugungseffizienz zu steigern.
Die Meteorologie ist untrennbar mit Sonneneinstrahlungssensoren verbunden. Durch die Analyse von Sonneneinstrahlungsdaten können Meteorologen Wetteränderungen präziser vorhersagen und Klimatrends untersuchen. Als wichtige Energiequelle des Erdklimasystems hat die Sonneneinstrahlung einen tiefgreifenden Einfluss auf Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und andere meteorologische Parameter. Die kontinuierlichen und präzisen Daten von Sonneneinstrahlungssensoren helfen Wissenschaftlern, meteorologische Prozesse besser zu verstehen und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Wettervorhersagen zu verbessern. Beispielsweise sind Sonneneinstrahlungsdaten in numerischen Wettervorhersagemodellen ein wichtiger Eingangsparameter, und ihre Genauigkeit hängt direkt mit der Genauigkeit der Modellsimulation der Wetterentwicklung zusammen.
Auch in der Landwirtschaft spielen Solarstrahlungssensoren eine wichtige Rolle. Wachstum und Entwicklung von Nutzpflanzen hängen eng mit der Sonneneinstrahlung zusammen; die richtige Lichtintensität und -dauer sind entscheidend für die Photosynthese und Nährstoffaufnahme. Agrarforscher und Landwirte können Solarstrahlungssensoren nutzen, um die Lichtverhältnisse auf dem Feld zu überwachen und je nach Lichtbedarf der verschiedenen Wachstumsstadien der Pflanzen entsprechende Anbau- und Managementmaßnahmen zu ergreifen. Dazu gehören beispielsweise eine angemessene Pflanzdichte und die Anpassung von Sonnenschutznetzen. Ziel ist es, ein gesundes Pflanzenwachstum zu fördern und Ertrag und Qualität der landwirtschaftlichen Produkte zu verbessern.
In der Forschung zur Alterung von Baumaterialien und zur Luftverschmutzung sind Solarstrahlungssensoren unverzichtbar. Bestandteile der Sonnenstrahlung, wie beispielsweise ultraviolette Strahlen, können den Alterungsprozess von Baumaterialien beschleunigen. Durch die Messung der Intensität und spektralen Verteilung der Sonnenstrahlung können Forscher die Beständigkeit verschiedener Baumaterialien unter Sonneneinstrahlung bewerten und eine wissenschaftliche Grundlage für die Auswahl und den Schutz von Baumaterialien schaffen. Darüber hinaus interagiert Sonnenstrahlung mit Schadstoffen in der Atmosphäre und beeinflusst so atmosphärische chemische Prozesse und die Luftqualität. Daten von Solarstrahlungssensoren helfen Wissenschaftlern, die Entstehungsmechanismen und Ausbreitungsgesetze der Luftverschmutzung zu untersuchen und die Entwicklung effektiver Maßnahmen zur Vermeidung und Bekämpfung von Luftverschmutzung zu unterstützen.
Am Beispiel der jüngsten Branchenentwicklung präsentierte die Firma Qiyun Zhongtian auf der 20. Internationalen Konferenz zur Nutzung von Solarenergie in China (Jinan) und der vierten Fachmesse für neue Energien und Energiespeicheranwendungen in China (Shandong), die vom 5. bis 7. März stattfanden, selbstentwickelte, hochpräzise Überwachungsgeräte für die Photovoltaik-Umgebung sowie intelligente Komplettlösungen. Das von dem Unternehmen vorgestellte integrierte System zur Überwachung der gesamten direkten Streustrahlung ermöglicht die gleichzeitige Messung von Gesamtstrahlung, direkter und gestreuter Strahlung mit einem einzigen Gerät. Die Messgenauigkeit entspricht dem Standard der Klasse A und stieß bei zahlreichen Vertretern von Energieunternehmen auf großes Interesse. Mehrere Unternehmen haben bereits Kooperationsabsichten geäußert. Dieser Fall verdeutlicht das innovative Anwendungs- und Marktpotenzial der Solarstrahlungssensorik in der Branche.
Betrachten wir das automatische System zur Überwachung der solaren Spektralstrahlung. Dieser intelligente Solarspektralbestrahlungsmesser findet Anwendung in der Solarenergie, der Atmosphärenforschung, der Landwirtschaft, der Umweltüberwachung und weiteren Bereichen. Er kombiniert einen Multispektralfilter mit einer Thermosäule und misst präzise die Strahlungsenergie in verschiedenen Spektralbereichen der Sonne sowie gleichzeitig die Gesamtstrahlung, die Streustrahlung und weitere Daten. Das System verfügt über zahlreiche fortschrittliche Funktionen wie Strahlungsdatenüberwachung, wissenschaftliche und technologische Datenerfassung, drahtlose Datenspeicherung, intelligente Datenverwaltung und -wartung, selbstkalibrierende Empfindlichkeit und globale Nachführung. Es bietet somit eine ideale Lösung für die langfristige Erfassung von Solarspektralenergie, Solarenergieressourcen und meteorologischen Parametern im Feld.
Als wichtiges Messinstrument leistet der Solarstrahlungssensor mit seiner präzisen Messgenauigkeit und seinen vielfältigen Anwendungsgebieten einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis der Sonne, zur Nutzung von Solarenergie und zur Erforschung von Umweltveränderungen auf der Erde. Angesichts des stetigen Fortschritts in Wissenschaft und Technik ist zu erwarten, dass Solarstrahlungssensoren in Zukunft in immer mehr Bereichen eine größere Rolle spielen und zur nachhaltigen Entwicklung der Gesellschaft beitragen werden. Wir dürfen gespannt sein, wie Solarstrahlungssensoren in Zukunft noch mehr faszinierende wissenschaftliche und technologische Erkenntnisse liefern und der Menschheit helfen werden, unbekannte Gebiete zu erforschen und ein besseres Leben zu gestalten.
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Veröffentlichungsdatum: 25. März 2025