Ein Pyranometer (von altgriechisch πῦρ pyr, deutsch ‚Feuer‘ und οὐρανός ouranós, deutsch ‚Himmel‘) dient der Messung der eintreffenden Sonneneinstrahlung. Mit anderen Worten: Ein Pyranometer ist ein Sensor zum Messen der Bestrahlungsstärke der Sonne (in Watt pro Quadratmeter).
Im Artikel Solarkonstante (https://stoppi-homemade-physics.de/solarkonstante/) habe ich bereits eine Methode beschrieben, wie man diese Bestrahlungsstärke experimentell bestimmen kann.
Zu diesem Projekt inspiriert wurde ich von einem kommerziellen Pyranomter aus dem dänischen Schulmittelhandel: https://www.frederiksen-scientific.dk/webshop/fysik/energi/sol/haandpyranometer-med-display
Die Basis meines Pyranometers bildet eine Solarzelle. Mein Modell besitzt folgende Daten: Nennleistung 0.4 W, Nennspannung 2V, Nennstrom 200 m.
Der Schaltplan ist auch extrem überschaubar. Man benötigt lediglich eine 9V-Batterie, ein 10 Ω Potentiometer und ein LCD-Voltmeter mit einer maximalen Eingangsspannung von 200 mV.
Quelle: www.neuhold-elektronik.at
Experimente
Kalibrierung des Pyranometers mittels Sonnenstrahlung. Die Solarkonstante, also die außerhalb der Erdatmosphäre von der Sonne ankommende Strahlungsintensität beträgt 1367 W/m². Auf der Erdoberfläche kommen dann an einem wolkenlosen Tag rund 1100 W/m² an (siehe https://stoppi-homemade-physics.de/solarkonstante/). Mit diesem Wert lässt sich dann das Pyranometer kalibrieren. Man hält das Gerät in die Sonne und verdreht das Potentiometer so lange, bis ein Wert von eben 1100 W/m² angezeigt wird.
Mit dem Pyranomter lässt sich auch das Abstandsgesetz mit I ≡ 1/d² sehr einfach überprüfen. Hierfür wird das Pyranometer im Abstand d zu einer Glühbirne postiert und die Strahlungsintensität I in Abhängigkeit von d bestimmt. Kennt man die Leistung der Glühbirne (z.B. 100 W), so kann man die erhaltenen, experimentellen Intensitätswerte sogar mit der Theorie vergleichen, denn nach dieser gilt für die Intensität: I(d) = P / 4 · π · d². Bei einer 100 W Glühbirne sollte also die Intensität z.B. im Abstand d = 0.2 m konkret 199 W/m² betragen.
Die grafische Auswertung erfolgt mit EXCEL. Dabei kann man die gemessene bzw. theoretische Strahlungsintensität einmal gegen den Abstand d und dann gegen 1/d² auftragen. Im letzteren Fall müsste sich eine ansteigende Gerade ergeben, was auch annähernd zu beobachten ist:
