Kort antwoord: een solarmeter is gebouwd om zonlicht te meten en gebruikt een siliciumfotodiode waarvan de gevoeligheid sterk oploopt richting infrarood. Richt je hem op een rood-en-infraroodpaneel, dan leest hij ongeveer twee keer te hoog. De fout is bovendien niet lineair, waardoor je met zo’n meter ook geen twee panelen eerlijk met elkaar kunt vergelijken. Het populaire “100 mW/cm²” op een solarmeter komt in werkelijkheid neer op ongeveer 49 mW/cm².
De solarmeter is het meest gebruikte instrument in deze branche en tegelijk het minst geschikte. Het is één van de meetproblemen uit het overzichtsartikel waarom irradiantiegetallen van rood licht therapie lampen niet kloppen.
Waar een solarmeter voor gemaakt is
Een solarmeter, ook wel pyranometer genoemd, is ontworpen voor één taak: de hoeveelheid zonlicht meten. Zonne-installateurs gebruiken hem om instraling op een dak te bepalen, kwekers om te kijken hoeveel licht hun gewas krijgt. Hij kost twintig tot vijftig euro en leest af in W/m².
Twee eigenschappen maken dat hij voor rood licht therapie aantrekkelijk lijkt. De specificatie vermeldt een bereik van 400 tot 1100 nm, wat het bereik van rood en nabij-infrarood licht omvat. En W/m² is met één decimaalverschuiving om te rekenen naar mW/cm², precies de eenheid die in klinische studies wordt gebruikt. Op papier lijkt het dus te kloppen.
De kalibratie is echter gemaakt voor breedbandig zonlicht. Dat is een fundamenteel andere lichtsoort dan de twee smalle pieken die een ledpaneel uitzendt.
De natuurkunde: de gevoeligheidscurve van de siliciumfotodiode
Vrijwel alle solarmeters gebruiken dezelfde sensor: een siliciumfotodiode. Zo’n diode zet licht om in stroom, maar niet voor elke golflengte even efficiënt. De respons is laag in het blauw, loopt geleidelijk op door het zichtbare gebied heen, en piekt rond 980 nm in het nabij-infrarood. Daarna valt hij snel terug.
Dat betekent dat dezelfde hoeveelheid lichtenergie een heel verschillende uitlezing geeft, afhankelijk van de kleur. Licht van 850 nm levert ongeveer een twee keer zo sterk signaal als licht van 500 nm.
Bij zonlicht is dat geen probleem, want de fabrikant kalibreert de meter op de bekende, brede spectrale samenstelling van de zon: de over- en ondergevoeligheid middelen tegen elkaar weg. Een ledpaneel zendt geen breed spectrum uit, maar twee smalle pieken die precies in het gebied liggen waar de diode het gevoeligst is. De middeling die de kalibratie veronderstelt, vindt niet plaats. Wat overblijft is pure overschatting.
Een laservermogensmeter gebruikt vaak exact dezelfde diodetechniek, maar dan mét een correctiefactor per golflengte, of met een instelling waarin je de golflengte invoert. Een solarmeter biedt zo’n correctie niet, wat op zichzelf al aangeeft dat het instrument nooit voor dit doel bedoeld was.
De cijfers uit een gecontroleerd experiment
Fabrikant GembaRed heeft dit niet bij theorie gelaten. Ze kochten een nieuwe Tenmars TM-206 (een van de goedkoopste en meest gebruikte solarmeters in deze branche) en stuurden die naar een geaccrediteerd fotometrisch laboratorium. Daar is de meter naast een professionele spectroradiometer gelegd, onder identieke afstanden en omstandigheden, over een reeks intensiteiten.
De uitkomst, in één zin: de solarmeter leest ongeveer twee keer te hoog, en de fout is niet lineair.
Het meest sprekende voorbeeld is het ronde getal dat overal in deze markt opduikt. Een aflezing van 1000 W/m² op de solarmeter is 100 mW/cm², precies de waarde die talloze merken op hun productpagina zetten. Gecorrigeerd naar de laboratoriummeting blijft daar ongeveer 48,8 mW/cm² van over.
Ook het bovenste bereik van het instrument is veelzeggend. De Tenmars TM-206 kan maximaal 199,9 mW/cm² aangeven, wat na correctie neerkomt op ongeveer 92 mW/cm². Wie met deze meter een waarde boven de 100 mW/cm² claimt, claimt dus een getal dat het instrument in werkelijkheid nooit kan onderbouwen.
Waarom de fout niet lineair is
Was de afwijking een vaste factor, dan zou je hem simpelweg kunnen wegdelen en zouden onderlinge vergelijkingen nog kloppen. Dat is niet het geval: de best passende correctie bleek een polynoom, geen rechte lijn. De verhouding tussen aflezing en werkelijkheid verandert dus met de hoogte van de meting.
Dat heeft een vervelend gevolg. Twee panelen die je met dezelfde solarmeter meet, zijn ook onderling niet betrouwbaar te vergelijken. Uitspraken in de trant van “twee keer zo sterk als merk X”, gebaseerd op solarmetingen, kunnen volledig voortkomen uit die kromming en niets zeggen over de werkelijke verhouding.
Rood, infrarood en een hardnekkig misverstand
Omdat de gevoeligheid met de golflengte meebeweegt, is er niet één correctie maar zijn er drie nodig: voor rood alleen, voor infrarood alleen, en voor de mengeling die de meeste panelen uitzenden. In het experiment gedroegen die zich precies zoals de curve voorspelt: rood-alleen wijkt het minst af, infrarood-alleen het meest, en de mengeling zit ertussenin.
Daaruit volgt een correctie op een claim die je regelmatig tegenkomt: dat infraroodleds een hogere intensiteit zouden leveren dan rode leds. Dat is grotendeels een meetartefact. De infraroodleds zitten hoger op de gevoeligheidscurve van de sensor, dus de meter geeft een hoger getal, niet omdat er meer licht is, maar omdat de sensor er gevoeliger voor is.
Wat het laboratorium er zelf van vond
Het lab dat de vergelijking uitvoerde, kwam ongevraagd tot dezelfde conclusie: de verschillen met hun eigen spectroradiometer waren aanzienlijk, en de geteste meters zijn volgens hen wel bruikbaar voor zonne-instraling, maar niet geschikt voor rood en zeker niet voor nabij-infrarood.
Dat oordeel staat niet op zichzelf. Er bestaan wel degelijk normen voor lichtmeting, opgesteld door instituten als NIST en IES, en geaccrediteerde laboratoria werken daarmee. Het probleem is niet dat de meetkunde ontbreekt, maar dat deze branche haar niet toepast.
Een aardige toets: het aantal gepubliceerde fotobiomodulatiestudies dat de dosis heeft bepaald met een solarmeter of een PAR-meter is nul. Geen onderzoeker gebruikt deze instrumenten. Dat maakt het bruikbaar als snelle test om te beoordelen hoe technisch onderlegd een “expert” werkelijk is.
Zelfs de aflezing zelf gaat vaak mis
Naast het principiële probleem zijn er bedieningsfouten die het getal verder vertekenen.
- De verkeerde eenheid. Deze meters kunnen ook in BTU per vierkante voet per uur aflezen. Staat de meter niet op W/m², dan is het getal onvergelijkbaar met alles wat je verder tegenkomt.
- Het meetbereik. Bij hoge intensiteiten loopt de meter tegen zijn plafond aan, of moet de decimaalweergave worden uitgezet om überhaupt hogere waarden te kunnen tonen.
- Drift zonder herkalibratie. Professionele meetapparatuur wordt elke één tot twee jaar opnieuw gekalibreerd. Bij solarmeters gebeurt dat niet; oudere exemplaren blijken systematisch iets lager te meten dan nieuwe. Twee mensen met hetzelfde model kunnen dus verschillende uitkomsten krijgen.
- Strooilicht. De sensor ziet niet alleen het paneel maar ook wat er van muren en plafond terugkaatst. Een laboratorium meet in een omgeving waarin dat is uitgesloten.
Hoe je een solarmeter tóch zinvol gebruikt
De meter is niet waardeloos. Hij is alleen ongeschikt voor het doel waarvoor hij wordt ingezet: het publiceren van absolute getallen die vergelijkbaar zouden zijn met laboratoriummetingen. Er zijn drie manieren waarop hij wel nut heeft.
- Met een correctie die is afgeleid uit labmetingen. Correleer één specifiek metermodel aan een professionele meting over een reeks intensiteiten, en je hebt een correctiekromme die de aflezing dicht bij de werkelijkheid brengt. Die kromme geldt dan wel alleen voor dat model, bij die golflengtes.
- Als grove vuistregel: deel door twee. Weinig elegant, maar dichter bij de waarheid dan de aflezing zelf. Dit geldt ook voor advertentiecijfers waarvan je vermoedt dat ze met een solarmeter tot stand kwamen.
- Als vergelijking met zichzelf over de tijd. Meet op een vaste afstand, leg de uitkomst vast als nulmeting en herhaal elk halfjaar met dezelfde meter. De absolute waarde klopt niet, maar het verloop wel. Zakt de waarde fors, dan degraderen de leds. Het kalibratieprobleem valt hier tegen zichzelf weg.
Er is nog een praktische toepassing: vraag een merk om een foto van zijn meting, mét het modelnummer van de gebruikte meter en de afstand. Publiceren ze solarmetingen, dan kun je die zelf terugrekenen. Je hoeft er niet eens een meter voor te kopen.
Wat dit betekent voor de getallen die circuleren
Het verhaal dat je meer dan 100 mW/cm² nodig zou hebben om effect te hebben, is jarenlang herhaald door merken en door partijen die aan hun verkoop verdienen. Als de werkelijke intensiteit van vrijwel al die apparaten rond de helft van het geadverteerde getal ligt, dan halen die apparaten die drempel dus zelf niet, terwijl gebruikers er wel resultaat mee melden.
Aan de andere kant van de schaal is er een veiligheidsargument. In klinisch onderzoek naar lichttherapie op het hele lichaam is nooit met meer dan ongeveer 50 mW/cm² op mensen gewerkt. Een merk dat adverteert met de hoogste intensiteit op de markt, adverteert daarmee impliciet met een waarde waarvoor geen onderzoek naar veiligheid of effectiviteit bestaat.
Beide kanten wijzen dezelfde richting op: een hoger getal is geen kwaliteitskenmerk, en een getal zonder herkomst is geen getal.
Verder lezen
- Waarom irradiantiegetallen van rood licht therapie lampen niet kloppen — het volledige overzicht van de meetproblemen, inclusief het ontbreken van een gouden standaard
Wetenschappelijke bronnen
- Hadis e.a., The dark art of light measurement: accurate radiometry for low-level light therapy, Lasers in Medical Science — waarschuwt expliciet tegen het gebruik van siliciumfotodiodemeters voor deze toepassing
- Normen voor lichtmeting: NIST en IES
