Pyranometer-Praxis im Mai 2026 — Globalstrahlung messen

Im aktuellen Heft 8 widmen wir uns einem Mess-Instrument, das in jeder ernsthaften Amateur-Wetterstation eigentlich zur Grundausstattung gehören sollte, aber in der Praxis immer noch zu selten zu sehen ist — das Pyranometer. Wer die Strahlungsbilanz seines Standortes verstehen will, wer Solar-Daten mit ECMWF- oder GFS-Strahlungsfeldern abgleichen möchte, oder wer einfach die Frage beantworten will, wie viel Watt pro Quadratmeter heute Mittag tatsächlich auf den Garten getroffen sind — der kommt um ein Pyranometer nicht herum.

Was ein Pyranometer misst

Ein Pyranometer misst die Globalstrahlung, also die Summe aus direkter Sonnenstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung auf eine horizontale Fläche. Die Einheit ist W/m². Der WMO-relevante Spektralbereich liegt zwischen 285 und 2800 nm und deckt damit den größten Teil des für die Energie-Bilanz relevanten kurzwelligen Spektrums ab — vom nahen UV über das sichtbare Licht bis weit ins nahe Infrarot.

Wichtig ist die Abgrenzung: ein Pyranometer misst nicht die langwellige terrestrische Ausstrahlung (das macht ein Pyrgeometer), und es misst auch nicht die direkte Sonnenstrahlung allein (dafür braucht es ein Pyrheliometer mit Nachführung). Die Globalstrahlung als horizontale Größe ist aber die Größe, die in nahezu alle meteorologischen Bilanz-Rechnungen eingeht.

Das Mess-Prinzip — Thermosäule unter Glaskuppel

Der Sensor besteht im Kern aus einer schwarz beschichteten Thermosäule, die unter einer doppelten Glaskuppel sitzt. Die einfallende Strahlung erwärmt die schwarze Empfänger-Fläche, während die Glaskuppel als Strahlungsschutz und Spektral-Filter dient. Eine Referenz-Thermosäule unter dem Gehäuse misst die Innentemperatur, und aus der Temperaturdifferenz wird die einfallende Strahlung über den Seebeck-Effekt als Thermospannung im Mikrovolt-Bereich abgeleitet.

Die doppelte Kuppel ist meteorologisch zwingend. Eine Einzelkuppel würde durch Wind unterschiedlich gekühlt und die Mess-Werte würden mit der Windgeschwindigkeit driften. Die innere Kuppel sitzt thermisch abgekoppelt von der äußeren, was den Wind-Effekt auf unter 5 W/m² bei 10 m/s reduziert.

Geräte-Klassen — CMP3 für Amateure, CMP21 als Sekundär-Standard

Im Kipp & Zonen-Sortiment ist das CMP3 der etablierte Amateur- und semi-professionelle Standard. Die Empfindlichkeit liegt bei etwa 5-20 µV/(W/m²), die Mess-Unsicherheit nach Hersteller-Angabe bei weniger als 10 W/m² in der täglichen Strahlungsbilanz. Der Sensor ist nach ISO 9060 als „Second Class Pyranometer” klassifiziert, was für die meisten Anwendungen — Vergleich mit Modell-Daten, Trend-Analyse, Solar-Anlagen-Monitoring — vollkommen ausreichend ist.

Das CMP21 sitzt eine Klasse darüber, ist als ISO 9060 „Secondary Standard” klassifiziert und entspricht den WMO-Anforderungen für die professionelle Strahlungs-Mess-Reihe. Mess-Unsicherheit unter 3 % im Tages-Total. Preislich liegt es etwa beim Fünffachen des CMP3 — für die Heim-Wetterstation Overkill, für Forschungs-Projekte aber das Mindest-Niveau.

Kalibrierung — alle zwei Jahre rezertifizieren

Die Empfindlichkeit der Thermosäule driftet über die Zeit. Die UV-Strahlung trübt die Glaskuppel, die schwarze Beschichtung degradiert langsam, und die elektrische Verschaltung kann unter wechselnder Temperatur ihre Charakteristik verändern. Die WMO empfiehlt deshalb eine Kalibrierung alle zwei Jahre gegen einen zertifizierten Sekundär-Standard.

In der Praxis läuft das so ab: Das Gerät wird an ein Kalibrier-Labor (in Deutschland beispielsweise an die DWD-Strahlungs-Eichstelle in Lindenberg) geschickt. Dort wird der Sensor parallel zu einem CMP21 als Referenz über mindestens 50 sonnige Stunden betrieben, und aus der Korrelation der beiden Mess-Reihen wird ein neuer Kalibrier-Faktor abgeleitet. Kostenpunkt etwa 200-300 Euro, Dauer 4-6 Wochen.

Wer das nicht jedes zweite Jahr machen möchte, kann sich behelfen, indem er zwei CMP3 nebeneinander betreibt und die beiden Mess-Reihen alle paar Monate gegeneinander prüft. Driftet eines der Geräte um mehr als 5 % ab, wird das auffällige Gerät rezertifiziert. Das verlängert das Kalibrier-Intervall auf 4-5 Jahre.

Mai-2026-Datenreihe von der Heim-Wetterstation

Wir betreiben am Redaktions-Standort eine CMP3-Installation auf einem freistehenden 3-m-Mast, kombiniert mit einer Davis Vantage Pro2 für die Standard-Wetterparameter. Die Mai-Datenreihe zeigt das erwartete Bild der mittel-europäischen Spät-Frühjahrs-Strahlung.

An wolkenlosen Tagen lagen die Mittags-Werte zwischen 850 und 980 W/m² bei einem Sonnenstand von 60° (Mittagshöhe Mitte Mai in 50° N). Das deckt sich gut mit der theoretischen Klar-Himmel-Globalstrahlung von etwa 1.000 W/m² bei AM 1.15. Die Differenz erklärt sich durch Aerosol-Trübung und den Wasserdampf-Gehalt der Atmosphäre.

Bei 7/8-Bedeckung mit Stratocumulus fielen die Werte auf 380-420 W/m² Mittag. Bei vollständiger Bedeckung mit dichten Nimbostratus während der Regen-Phase des 14. Mai sank die Globalstrahlung kurzzeitig auf unter 90 W/m² — typisch für eine durchziehende Front mit starker Niederschlags-Aktivität.

Tages-Totals lagen zwischen 18 MJ/m² (klare Strahlungs-Tage) und 4,2 MJ/m² (durchgehend bedeckt). Das Monats-Total wird voraussichtlich bei rund 460-480 MJ/m² landen, was leicht unter dem Mai-Mittel der vergangenen zehn Jahre liegt — ein Ergebnis der überdurchschnittlich zahlreichen Konvektions-Tage in der zweiten Mai-Hälfte.

Datenformat — CSV mit 1-Minute-Mittelwerten

Wir empfehlen die Aufzeichnung mit 1-Sekunden-Sampling und Mittelung auf 1-Minute-Werte. Das gibt eine handhabbare Daten-Menge (1.440 Werte pro Tag), erfasst aber Wolken-Schatten-Episoden mit ausreichender Auflösung. Bei kürzerer Mittelung (10 s) wird die Datei groß, bei längerer (5 min) gehen schnelle Wolken-Wechsel verloren.

Format-Schema:

timestamp_iso,ghi_w_m2,sensor_temp_c,quality_flag
2026-05-15T12:00:00+02:00,912.4,28.3,OK
2026-05-15T12:01:00+02:00,908.7,28.4,OK

Das Quality-Flag dient zur späteren Filterung — typische Flags sind OK, SHADOW (Mast wirft Schatten in den Sensor, meist um Sonnenuntergang), RAIN (Wassertropfen auf der Kuppel), MAINTENANCE.

Submission an das DWD-Bürger-Wetter-Netzwerk

Das DWD-Bürger-Wetter-Netzwerk akzeptiert seit 2024 auch Strahlungs-Daten von Hobby-Stationen, sofern das Gerät dokumentiert ist und das Kalibrier-Datum innerhalb der vergangenen drei Jahre liegt. Die Submission erfolgt täglich automatisiert per HTTPS-POST an den DWD-Endpoint, das Daten-Format ist eine Erweiterung des bestehenden CSV-Schemas. Aktuell sind nach Aussage des DWD rund 280 Hobby-Strahlungs-Stationen im Netzwerk aktiv — vor zwei Jahren waren es noch unter 50.

Die so eingespeisten Daten fließen in die Validierung der DWD-eigenen Strahlungs-Felder ein, die wiederum für die Solar-Energie-Branche und für die landwirtschaftliche Beratung relevant sind. Es ist also kein reines Hobby-Spielzeug — die Heim-Werte werden tatsächlich genutzt.

Für Heft 9 nehmen wir uns das Albedo-Konzept und die Strahlungs-Bilanz unterschiedlicher Boden-Oberflächen vor. Wer schon jetzt parallele Mess-Reihen aufsetzen möchte: ein zweites CMP3 nach unten gerichtet, montiert auf 1,5 m Höhe, ergibt die Reflex-Strahlung — und damit das Albedo des Bodens als direkten Messwert.