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:
Bildquelle: 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.
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/r² sehr einfach überprüfen. Hierfür wird das Pyranometer im Abstand r zu einer Glühbirne postiert und die Strahlungsintensität I in Abhängigkeit von r bestimmt. Kennt man die Leistung der Glühbirne (z.B. 100 W), so kann man die erhaltene Intensitätswerte sogar mit der Theorie vergleichen.
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:
