System Overload

Welkom op de projectpagina van System Overload. Een campagne die draait om het observeren en beter begrijpen van situaties waarbij de netto straling af en toe legitiem het astronomisch maximum kan overschrijden.

Lees onder de statusmeldingen en de VVA-grafiek een gedetailleerde 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.

De data van de twee pyranometers (beide instrumenten genereren dagelijks elke minuut een meting, in totaal dus tweemaal 1440 waardes) belandt in een database, maar voor vlot inzicht worden de metingen (lopend 24 uur) ook op grafische wijze getoond in de bovenstaande grafiek. Voor wie even rap iets wil natrekken van eerder deze dag bijvoorbeeld.

Achtergrond bij het project- en experiment

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 snoept er op verschillende manieren licht vanaf door het te absorberen en te verstrooien – de reden waarom de hemel blauw is.

Licht wordt gemeten met stralingssensors die een 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 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 zogeheten astronomisch maximum bepalen. Dat is de maximale hoeveelheid zichtbaar licht die per vierkante meter het aardoppervlak kan bereiken.

In de praktijk zien we echter dat de sensordata van de pyranometer voor de totale straling af en toe boven het astronomisch maximum uit stijgt. Dit is geen meetfout: het effect is echt. Het gebeurt altijd op dagen met grote dikke stapelwolken. De felwitte stapelwolken werken als reflectors en kunnen soms wel tweehonderd 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. 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 er is lange tijd weinig aandacht voor geweest. Pas de laatste tijd wordt het belang ervan onderkend omdat het voor netbeheerders en constructeurs van grote zonneparken een reëel probleem is waar nog amper aan was gedacht.

Met een pyranometer die de totale straling registreert (rechtstreeks zonlicht en diffuus verstrooid licht) 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 herkennen omdat ze niet langer concurreren met de rechtstreekse zonnestraling zelf.

Het doel van de System Overload-campagne is het naast elkaar leggen van beide stralingsreeksen, om zo de absolute grootte van het effect van grote wolken als reflectors (een ‘system overload’ veroorzakend) beter te kunnen kwantificeren en te onderzoeken. De meetlocatie van Weerstation Holsloot leent zich hier goed voor 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. Ook in Wageningen wordt er onderzoek naar gedaan.

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 ‘system overload’-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 System Overload-campagne is gestart op 10 juli 2020 en na een korte kalibratiefase loopt de meting en het project daarna 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 gewoon alleen met de dag steeds meer data beschikbaar.

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.