Krijg nou watt

Stralingsmeting van de Q Short Total en de Q Short Diffuse met twee pyranometers.

Lees onder de statusmeldingen en de grafiek een beschrijving van het project.

Statusmeldingen:

Pyranometer 108-1 sol0rad functioneert naar behoren
Pyranometer 108-2 sol2rad functioneert naar behoren

Lopend 24-uurbeeld

De grafiek toont de ruwe uitvoer van beide pyranometers van de afgelopen 24 uur in een resolutie van een minuut. Uit de verhouding tussen beide curves kunnen conclusies worden getrokken over het gedrag van de zon en verschillende wolken die in de lucht hangen.

Meetcampagne Krijg nou Watt

De zon heeft een zeker vermogen, de zonneconstante geheten. Aan de bovenkant van de atmosfeer bedraagt deze loodrecht op de zon altijd tussen 1367 en 1372 watt per vierkante meter, waarbij de precieze waarde afhankelijk is van de zonnecyclus van ongeveer elf jaar. Maar de zon staat in Nederland nooit recht boven ons hoofd. Schuin invallende zon heeft minder kracht (denk maar aan de winter) en ook zit er een hele atmosfeer tussen die er op verschillende manieren licht vanaf snoept door het te absorberen en te verstrooien – de reden waarom de hemel blauw is.

Licht wordt gemeten met stralingssensors die pyranometers worden genoemd. Zie de pagina over instrumentarium en opstelling voor achtergrondinfo. Weerstation Holsloot heeft twee pyranometers: eentje voor de totale straling en een andere die voorzien is van een zonnekap waardoor deze alleen het verstrooide licht van de hemelkoepel waarneemt, zonder de rechtstreeks invallende zon.

  

Wanneer we de hoek van de zon ten opzichte van de grond kennen en de atmosfeer opvatten als een brandschone luchtkolom, kunnen we voor elk moment van de dag het astronomisch maximum bepalen. Dat is de maximale hoeveelheid zichtbaar licht die per vierkante meter het aardoppervlak kan bereiken. In de praktijk zien we dat de totale straling af en toe ruim boven het astronomisch maximum uit stijgt. Dat is geen meetfout: het effect is echt en dan is het dus daadwerkelijk lichter op de grond dan logisch lijkt. Het gebeurt hoofdzakelijk op dagen met grote dikke stapelwolken. De felwitte wolken werken als reflectors en kunnen soms wel een paar honderd watt extra licht naar de grond kaatsen. Zo belandt licht dat eigenlijk bedoeld was voor de plek waar de wolk een schaduw op het landschap werpt, grotendeels alsnog ergens anders op de grond en op die plek is dan tijdelijk extra veel licht aanwezig. Soms zelfs meer dan puur astronomisch mogelijk is. Dit verschijnsel is al geruime tijd bekend, maar pas de laatste jaren trekt het plotseling de aandacht omdat dit effect voor netbeheerders en constructeurs van grote zonneparken een reëel probleem is waar nog amper aan was gedacht bij de engineering en de loadberekeningen.

Met een pyranometer die de totale straling registreert (rechtstreeks zonlicht plus diffuus verstrooid licht van elders uit de hemel) zijn deze wolkenpieken te zien als stekels bovenop de curve. Een pyranometer waarbij de zonneschijf met een zonnekap is afgeschermd kan de zon zelf niet zien en registreert daardoor alleen de diffuse straling van de hemelkoepel. Op deze sensor zijn de pieken van de grote witte wolken beter te identificeren omdat ze niet langer concurreren met de rechtstreekse zonnestraling zelf.

Door beide stralingsreeksen naast elkaar te leggen ontstaat een beter beeld van de absolute grootte van het effect van grote wolken als reflectors. Met getallen is dit beter te kwantificeren en te onderzoeken. De meetlocatie van Weerstation Holsloot leent zich uitstekend voor deze meting omdat er tot op aanzienlijke afstand geen gebouwen of andere objecten in de weg staan. Het idee voor het experiment is ontstaan naar aanleiding van een kwestie die in 2017 op de meteovakgroep in Wageningen voorbij kwam en waarbij hetzelfde werd geconstateerd. O.a. ook in Wageningen wordt er onderzoek naar gedaan.

De data van de twee pyranometers (beide instrumenten genereren elke minuut een meting) belandt in een database. Voor vlot inzicht worden de metingen als lopend 24 uur ook getoond in de grafiek. Voor wie vlot iets wil natrekken op zicht is dat handig.

Voor meer informatie over het experiment kan met contact opnemen via het formulier op deze pagina.

Onderzoeksvragen:

1: Is met twee pyranometers voor Q short total en Q short diffuse beter inzicht te verkrijgen in de netto bijdrage van grote stapelwolken aan situaties waarbij het astronomisch maximum wordt overschreden?

2: Is een pyranometer voor de Q short total (in plaats van een uitsluitend Q short beam pyranometer) voldoende als een laagdrempeliger oplossing om i.c.m. een pyranometer voor Q short diffuse toch hetzelfde te bereiken?

3. Zijn de bevindingen en verhoudingen te kwantificeren in een verband dat zich houdt aan een eenvoudige formule (al dan niet via een taylorbenadering), zodat er een bandbreedte-indicatie kan ontstaan?

Tijdsplan

– De campagne is gestart op 10 juli 2020 en na een korte kalibratiefase loopt de meting en het project nu permanent.
– Het project heeft geen einddatum. Pyranometer 108-2 sol2rad diffuse is permanent in dienst achter zijn zonnekap en de datareeks (en daarmee de te trekken conclusies) kent geen opleverdatum. Er komt met de dag steeds meer data beschikbaar om in te schatgraven.

Resultaten

Er volgt geen wetenschappelijk paper, maar als de resultaten de moeite waard zijn volgt misschien wel een artikel in de Weerspiegel (verenigingsblad van de Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie) of een andersoortige toepassing (al dan niet in een grotere onderzoekscontext). De groeiende dataset is als opendata inclusief metadata op aanvraag beschikbaar voor iedereen die ermee wil stoeien.