Zon Uren Teller.
In het verleden en op veel plaatsen wordt nog steeds de Campbell-Strokes Recorder gebruikt voor het registreren van het aantal zon-uren. (zie bovenstaande afbeelding)
Het instrument is uitgevonden door John Campbell in 1853 en later gewijzigd in 1879 door Sir George Gabriel Strokes. Vandaar de naam voor dit instrument.
Mijn bevindingen.
Vanaf eind mei 2021 heb ik een zon uren teller op mijn weerstation geïnstalleerd. Niet een Campbell-Strokes Recorder (ik zou er wel een willen hebben) maar een modernere elektronische versie. Ik was er al een tijdje naar aan het kijken en mijn oog was gevallen op de sensor van InstroMet. Eigenlijk is dit een heel aardige elektronische sensor voor een redelijke prijs. Deze sensor is te koop bij https://weerhuisje.nl
Een van de redenen dat ik uiteindelijk voor deze sensor heb gekozen was dat deze door de MeteoBridge Pro+ wordt ondersteund. Ik werk al weer bijna 2 jaar met de MeteoBridge wat zeer goed bevalt.
Zoals gezegd heb ik dus gekozen voor de InstroMet Zon uren sensor. Het systeem wat ik heb gekocht bestaat uit drie delen:
- De zon uren sensor. (verbeterde versie)
- De control box.
- De Sensor transmitter 6332OV van Davis.
Op de voorgrond staat de mast van de Zon Uren teller.
De zon uren sensor.
De sensor bevat als belangrijkste componenten 8 lichtgevoelige diodes die in een cirkel geplaats zijn rondom een schaduwpijler. (zie onderstaande foto)
De twee tegenover elkaar staande lichtgevoelige diodes werken als paar. Als er tussen de paren een bepaald onderling verschil in lichtintensiteit wordt gemeten dan zal deze situatie worden beschouwd als het schijnen van de zon. De sensor is in twee uitvoeringen te krijgen. De standaard uitvoering meet in een breed lichtspectrum waarin ook het IR licht vertegenwoordigt is. Om een betere nauwkeurigheid te krijgen is er ook een verbeterde versie van de sensor waarbij er gebruikt is gemaakt van IR gefilterde lichtgevoelige diodes. Het spectrum van deze diodes loopt van 330 - 720 nm. Met dit type diodes kan een nauwkeurigheid bereikt wordt van rond de 2%. Deze sensor meet geen intensiteit van het zonlicht in tegenstelling tot de solar sensor die ik ook op mijn weerstation heb. Volgens de WMO is een stralings intensiteit van 120W/m2 een maat voor de zonneschijn. Daarbij moet er dan wel een schaduw effect zijn want ook een bewolkte heldere hemel kan een stralingsniveau geven van meer dat 120W/m2. Met de zon uren sensor meet je of er werkelijk een schaduw effect is.
De sensor zit vervolgens op een beugel gemonteerd die op zijn beurt weer in een mast gezet kan worden. De complete sensor ziet er als volgt uit.
De Controller Box.
De sensor wordt aangesloten op een controller box. Op deze zelfde box wordt ook de AC/DC adapter aangesloten voor de voeding van de sensor en van de controller box. De controller box zet het signaal dat afkomstig is van de zon uren sensor om naar een signaal voor de Davis Transmitter module. In de controller box zitten o.a. ook twee leds. De rode led geeft aan of er voedingsspanning op de controller box staat en de gele led geeft aan of, volgens de waarneming van de sensor dat de zon schijnt, (Led aan) of dat er geen zonneschijn wordt waargenomen (Led uit) Jammer dat deze leds niet aan de buitenkant zichtbaar zijn. Zeker bij de installatie en de eerste testen is dat handig. Er is wel een simpele oplossing: gewoon de deksel er even afhalen.
De Davis Transmitter module 6332OV.
De Davis Transmitter module is een op zonne-energie gevoede zender die in het geval van de zon uren teller de gemeten data die uit de controller box komt draadloos verzend naar de MeteoBridge. De frequentie waarop dit gebeurd is 868 MHz. Op zich heeft deze module een aantal aansluitingen binnenin waarvan er maar 1 gebruikt worden door de zon uren sensor. In dit geval is dat de regensensor ingang. Buiten het zonnepaneel wat onder zonnige condities de module voedt heeft deze module ook een 3V litium batterij om deze taak over te nemen. De transmitter module kan op verschillende adressen uitzenden. In totaal kunnen er 7 modules in een systeem, waarbij gebruik gemaakt wordt van een ISS Wireless Weather station. Deze laatste heeft dan adres #1 en in mijn geval heeft de 6332OV het transmitter adres #2. (zie hierover verder op meer)
De Davis Transmitter zit verbonden met de controller box en zit bij mij in de zelfde mast als waarin ook de zon uren sensor hangt. Beide de zon uren sensor en de Davis Transmitter moeten op het zuiden gericht zijn zodat er langdurig zon valt op het zonnepaneeltje. Voor de zon uren sensor is dit nodig om geen schaduw te krijgen van de mast waarin hij hangt en voor de Davis Transmitter is het nodig om een optimale laadspanning te krijgen.
De opstelling op mijn schuur.
De zon uren sensor en de Davis Transmitter zitten zoals gezegd in een mast op mijn schuurdak. De controller box heb ik binnen in de schuur gemonteerd. De MeteoBridge staat bij mij binnen in huis. De afstand hemelsbreed tussen de MeteoBridge en de Davis Transmitter is eigenlijk maar een meter of vijf.
De instelling van de MeteoBridge.
Ik heb de MeteoBridge op de volgende manier ingesteld. Allereerst moet de Davis Transmitter 6332OV worden aangemeld bij de MeteoBridge. Dat wordt gedaan in het tab-blad 'Primary Station' Als je een Davis Vantage pro als weerstation met een ISS (Integrated Sensor Suite) gebruikt, dan zal deze ISS meestal als Transmitter #1 gedefinieerd staan. Door de knop 'Add Transmitter' in te drukken kan er een tweede Transmitter #2 worden geselecteerd. Definieer deze als 'Extern zonuren station' en druk als alles klaar is op de knop 'Bewaar' onder midden in het scherm.
De bovenstaande afbeelding geeft dan het eind resultaat weer van deze handeling.
Meetresultaten.
Met deze instellingen ben ik gaan testen. Maar al snel bleek dat er van de registratie niets klopte. De grafiek die ik gebruikte van de MeteoBridge stond op een interval van 1 uur. Bij een goed werkend systeem zou er per uur dan ook maximaal 1 uur zonneschijn moeten worden gemeten. In mijn geval had ik er uren bijzitten van we 50 uur zonneschijn. Absoluut onmogelijk dus. Er waren dus continue een hele reeks foute (valse) waarnemingspulsen. Opvallend was ook dat deze foute waarnemingen ook in de nacht doorgingen en ook als het bewolkt was.
Ik ben in contact getreden met de eigenaar van Weerhuisje.nl waar ik de zon uren teller had gekocht en dit probleem aan hem voorgelegd. De communicatie was uitstekend en samen zijn we naar een oplossing gaan zoeken.
Wat was uiteindelijk het probleem.
In een aantal stappen zijn we naar een oplossing gaan werken. In principe kon ik de apparatuur ook terugzenden maar ik had het één en ander al ingebouwd dus eerst maar onderzoeken welk deel van de opstelling het probleem gaf.
Als eerste heb ik de Davis ontvanger losgekoppeld van de Control box en deze situatie weer een dag laten draaien. Het bleek dat de foute waarnemingen er nog steeds waren. Zowel overdag als in de nacht. Vervolgens kreeg ik de suggestie van Albert (eigenaar van Weerhuisje.nl) om de ontvangst gevoeligheid van de MeteoBridge ontvangen wat ongevoeliger te zetten. Aanvankelijk stond deze op -90 dB maar omdat zowel de ISS en zeker ook de Davis Transmitter niet erg ver weg stonden van de MeteoBridge (~ 5m) was het niveau van met name de Davis Transmitter behoorlijk hoog. Dus ik heb de ontvangst gevoeligheid in de MeteoBridge op -80 dB gezet. Deze opstelling heb ik weer een dag en nacht laten draaien maar het resultaat was dat er nog steeds foute waarnemingen werden gedaan zowel overdag als ook in de nacht.
Omdat het probleem toch leek te zitten in de Davis Transmitter heb ik besloten om het transmitter adres van #2 zoals in de bovenstaande afbeelding is te zien, om te zetten naar transmitter adres #7.
Als je naar de specificatie van de Davis transmitter kijkt dan wordt er opgegeven dat de Wireless transmission frequency ligt tussen de 868.0 MHz en de 868.6 MHz. In deze band van 600 kHz zitten de 8 kanalen op regelmatige afstand die behoren bij transmissie adres #1 t/m adres #8. De onderlinge afstand is dan 75 kHz. Direct naast elkaar liggende kanalen zouden onder bepaalde condities (b.v. reflecties) elkaar best wel kunnen storen. Zeker omdat de signaalsterkte van beide zenders (ISS en Davis Transmitter) best wel hoog was op de ontvanger van de MeteoBridge. Dus ik heb besloten om het transmitter adres van de Davis om te zetten naar adres #7. Dat kan met de DIP-switches in de Davis transmitter worden gedaan. Vervolgens moet ook de sensor configuratie in de MeteoBridge worden aangepast. In de onderstaande afbeelding is de nieuwe configuratie te zien.
Met deze instellingen ben ik weer gaan meten gedurende een bepaalde tijd. Dit bleek dus de oplossing te zijn. Blijkbaar werd het signaal bij de oude instellingen van de Davis transmitter volledig verstoord. Met deze nieuwe instelling werkt het tot nu toe perfect. Zien hiervoor het onderstaande plaatje.
Ik heb een paar uur gemeten op een heldere zonnige dag dus vandaar de registratie 1 uur zon per uur. Nu eerst maar een heel etmaal meten om te zien of er in de nacht geen verstoringen meer zijn.
Zie hierboven het resultaat. Alles werkt nu naar behoren.
Bij dit probleem ben ik uitstekend geholpen door Weerhuisje.nl en daarvoor mijn complimenten.
MeteoBridge en Zon Uren Teller.
Zoals gezegd werk ik met de MeteoBridge voor het verzamelen en verwerken van de data van de sensoren. Nadat het probleem met de communicatie tussen de Davis Transmitter en de MeteoBridge was opgelost hield ik nog een klein probleempje over met de weergave van de zon uren op de MeteoBridge. Als het meetinterval van de grafiek op 1 uur weergave staat werkt alles prima. Stel je het meetinterval van de grafiek in op minuten weergave dan had je alleen een dun lijntje op de x-as. Dat komt omdat de y-as indeling van de grafiek nog steeds in uren weergave staat. Aangezien 1 puls van de zon uren teller 36 sec is en dat op een 1 uurs schaal een stapje wordt weergegeven als 0.01 uur is er dus eigenlijk niets te zien in de grafiek. Ik heb dit probleem aan Albert (eigenaar van weerhuisje) voorgelegd en hij is in contact getreden met de ontwerper van de MeteoBridge. Binnen een dag was hiervoor ook een oplossing en kan ik nu de data ook op een minuten schaal weergeven. Op een geheel zonnige dag heb je hier niet zo veel aan omdat het dan een brede balk is, maar als het wisselend bewolkt is dan krijg je een goed idee van de zonneschijn. Als je vervolgens in zoemt op de minuten schaal dan zie je met een zekere regelmaat waarden van 0.01 , 0.02 en 0.03 h Dat heeft te maken met de sample frequentie van de zon uren teller. Deze geeft data met een interval van 36 sec. Dat past nooit precies in de minuten weergave van de grafiek en geeft dan een wat springerig beeld. In principe is hiervoor geen oplossing vanwege het verschil van het sample interval. Het gevolg is dat er bij de weergave van een vol uur (de zon schijnt constant) er waarde in de grafiek staan van 1.01 h tot 1.04 h
De grafiek met een uren indeling.
De grafiek met een minuten indeling.
De grafiek met de minuten indeling en ingezoomd.
De locatie van de zonuren teller t.o.v. de bebouwing.
De locatie van mijn zon uren teller en ook van mijn globale stralingsmeter is niet ideaal. Helaas is dat niet anders. De enige oplossing zou zijn om beide sensoren op de schoorsteen van mijn huis te monteren. Maar dat geeft qua bedrading zoveel problemen dat ik dat maar niet ga doen en ik neem dan maar op de koop toe dat het niet ideaal is.
Eerst de globale straling. De dag van de opname was een geheel onbewolkte stralende dag. Deze condities zijn ideaal om te bepalen hoeveel zonuren ik heb gemeten. Omdat het onbewolkt was kan de waarde van 120 W/m2 worden gehanteerd voor de periode dat er over zonneschijn gesproken mag worden. Op het plaatje hieronder is te zien dat er aan het begin van de avond (19:30) schaduw gaat vallen op de globale stralingsmeter. Deze schaduw komt van het huis dat op ongeveer 10 meter afstand staat en daarachter op een meter of 25 hoge bomen van 10 meter of meer.
Ik heb de grafiek iets aangepast en daarin de verwachte max. aantal zonuren ingetekend als er geen verstoring zou zijn door de omgeving van mijn weerstation.
In de grafiek is met de blauwe lijn aangegeven wat het 120 W/m2 niveau is waarvan gesteld kan worden dat bij een onbewolkte hemel er spraken is van zonneschijn. Met de rode lijn aan de rechterkant van de grafiek heb ik aangegeven hoe de grafiek van de globale straling zou zijn als er geen obstakels in de omgeving waren. Daarna heb ik met de groene lijn aangegeven wat dan de maximale tijd is voor het registreren van zon uren. ik kom dan op ongeveer 13:30 uur zon. Deze waarde is specifiek voor een bepaalde datum. In dit geval 1 juni 2021.
Als ik naar de registratie van mijn zon uren teller kijk dan komt deze op die dag uit op 12,7 (12:42) zonuren. Door de verstoring van de zon uren teller door de omgeving ben ik ongeveer 45 minuten kwijt.
Het bovenstaande plaatje geeft de twee grafieken, Globale straling en zon uren in 1 plaatje.
Ontvangstgevoeligheid van de MeteoBridge.
Ik wil toch nog even terugkomen op de ontvangstgevoeligheid van de MeteoBridge. Standaard staat deze bij aflevering op -90 dB. In de bovenstaande beschrijving heb ik op een gegeven moment besloten om deze op -80 dB te zetten als experiment voor het beschreven probleem. Uiteindelijk bleek dat de kanaal keuze doorslaggevend was voor het aan de gang brengen van het systeem. In eerste instantie heb ik de instelling op -80 dB laten staan. Tijdens de metingen van de afgelopen dagen zag ik toch gaten in de ontvangen data. Ik ben eens gaan kijken in de MeteoBridge (dit apparaat kan echt heel veel) naar het ontvangstniveau van het signaal van de ISS. Deze blijkt toch behoorlijk te variëren. (zie het onderstaande plaatje)
Er zijn verschillende momenten dat het signaal niveau onder de -80 dB komt en er daardoor data wordt gemist. Uiteindelijk heb ik besloten om deze instelling weer terug te zetten naar de -90 dB. Dit heeft verder niet tot verstoringen geleidt.
Probleem met de elektrische verbinding van de sensor.
Eind februari 2022 kwam ik tot de ontdekking dat mijn zonurenteller geen data meer gaf. Eigenlijk kijk ik niet elke dag naar de data. Mijn weerstation werkt nagenoeg automatisch dus kijk ik alleen op zondag naar de data en dan upload ik nog een aantal grafieken handmatig. Uiteindelijk was de conclusie: geen data meer van mijn sensor. Dat gebeurde dus in de prachtige weken met veel zon aan het eind van februari.
Ik ben op zoek gegaan wat het probleem zou kunnen zijn. Eerst de verbinding van de zonuren controller naar de Davis transmitter getest. Deze verbinding bleek goed te zijn. Dus dan de verbinding van de zonuren controller naar de sensor. Wat ik wel zag was dan als ik de sensor loskoppel en weer aansluit dat het gele LEDje in de zonuren controller even aan gaat. Zowel bij het loshalen als weer het verbonden van de sensor. Ik kon mijn dat ook nog herinneren toen ik de sensor voor het eerst installeerde. Deze twee pulsjes kwamen ook via de Davis transmitter terecht in mij MeteoBridge. Dus die verbinding vanaf de sensor aansluiting was ook goed.
Het probleem moet dan in de verbinding naar de sensor zitten of in de sensor zelf. Ik ben ik de mast geklommen en heb de sensor losgemaakt. Wat direct opviel was dat er veel corrosie zat op het kroonsteentje. Via dit kroonsteentje is de eigenlijke sensor verbonden met de kabel naar de controller. Blijkbaar is er toch vocht onder de kap gekomen ondanks dat is de randen van de kap had afgekit.
De oxidatie zat met name tussen de zwarte en gele verbinding. Ik neem aan dat deze zwarte draad de 0V is. Zo te zien staat er op de gele draad een positief potentiaal omdat er een soort elektrolyse in het vocht heeft plaatsgevonden tussen zwart en geel. De oxidatie zat ook tegen de aansluiting één van de protectie diode en ik denk dat deze dan ook kapot was. De stromen gingen zo te zien de andere kant op lopen. Een zenerdiode is eigenlijk een hele slechte diode als deze in doorgang staan en kan dan kapot gaan. De drie verbindingsdraden, Rood Geel en Blauw hebben elk een zenerdiode met een zenerspanning van 7V5 naar aarde (Zwarte draad) Deze zenerdiodes dienen als protectie voor de sensor module.
Als proef heb ik even de zenerdiodes verwijderd en vervolgens de sensor weer aangesloten. Het leek weer te werken.
Bij het opnieuw monteren ben ik afgestapt van het gebruik van een kroonsteentje en heb ik een klein printje gemaakt waarop de diodes zitten en waaraan de draden zijn gesoldeerd. Dus geen schroefverbindingen meer.
Ik ben begonnen met het maken van een klein printje (van gaatjesprint) waarin ik eerst een 3-tal gaten heb geboord voor de bevestiging straks van het printje op de sensorvoet en voor de montage van de afdekkap.
Op de bovenzijde heb ik de drie zenerdiodes gemonteerd (middelste foto) en op dezelfde foto rechts zijn de 4 aansluitvlakjes te zien waarop straks de kabel, die vanaf de zonuren controller komt wordt afgemonteerd. De rechter foto laat de aansluitingen zien aan de onderkant. De volgende stap is het aansluiten van de sensor op het printje. De aansluitingen van de sensor zitten aan de onderkant. Vervolgens zijn de afstandsbussen waarmee het printje op de sensorvoet wordt gemonteerd aangebracht. Die zitten in de twee buitenste gaten van het printje. In het middelste gat komt het originele afstandsbusje dit ook in het kroonsteentje zat en waarop de kap wordt geschroefd.
De onderkant van het printje heb ik ingespoten met wat lak om de verbindingen te beschermen tegen vocht.
Vervolgens wordt het printje op de sensorvoet gemonteerd. In het midden is het afstandsbusje te zien waarop straks de kap wordt gemonteerd.
Nu kan de sensor weer in de mast geplaatst worden. Omdat de bedrading al in de mast zat moest ik de kabel van de zonuren controller bovenin de mast solderen. Nadat alles is aangesloten eerst even testen of de sensor weer werkt. Dat was het geval. Hierna heb ik de bovenkant van het printje ook ingespoten met wat blanke lak. Ook weer ter bescherming van eventuele vocht. Dan kan de kap erop gezet worden en heb ik de randen van de kap met kit afgesmeerd. Ook heb ik wat kit bovenop en rondom het schroefje van de kap gesmeerd. Dit ter voorkoming van vochtinvloeden.
De verbindingen zijn nu allemaal gesoldeerd en ik hoop dat er geen vocht meer onder het kapje komt waar de aansluitingen zitten. De zonuren teller werk weer. Nu eerst maar een paar dagen testen om te zien of alles blijft werken.
Zon uren vandaag.
Veel nuttige informatie over het aantal zonuren per jaar en de statistieken daaromheen zijn te vinden op de volgende weersite: Franks Weer.
Zonuren in Nederland – Franks Weer (frank62weer.com)