Da der BeeObserver mit der USB-Spannung 5V betrieben wird, bieten sich für die Stromversorgung Komponenten aus dem Autozubehör an:
Seit 1997 betreibe ich PV-Anlagen von 0.5 bis 3000 Wpeak. Inzwischen ist ein kleiner Teststand entstanden:
Frage: was wollen wir für den Beeobserver nehmen. Ich würde es näher untersuchen.
Da für Imker die autarke Stromversorgung am einfachsten mit Teilen aus dem Autozubehörhandel zu verwirklichen ist ( alter Auto-Akku, KFZ-Zigarettenanzünder Adapter und USB KFZ Autoladegerät ), möchte ich zuerst die Solar-Ladung von 12 V Bleiakkus untersuchen. Ausserdem ist diese Technologie weit verbreitet und hat sich seit Jahrzehnten bewährt.
Die Komponenten:
:) yeah. ina219 hab ich hier auch auf der liste. mit arduino hab ich die schon auf esp8266 benutzt.
haben deine laderegler gemeinsame masse oder gemeinsam positive? letzteres ist schaltungstechnisch ‘einfacher’ und daher verbreitet bei besonders guenstigen reglern. macht leider das messen etwas komplizierter. (ggf optokoppler oder andre schaltungstricks)
bin schon gespannt auf deine graphen
Neben den theoretischen Werten aus dem Datenblatt ein paar empirische:
Mit dem Mulitmeter messe ich beim Hochfahren, Messen und Daten verschicken Werte zwischen 80 mA und über 200 mA. Die >200 mA sind peaks vermutlich beim Versenden über WLAN, daneben gibt es längere Phasen mit um die 180 mA, wenige auch mit 80 mA. Alles sehr mit Vorsicht zu genießen, da mit einem trägen Multimeter gemessen. Ich denke, wenn wir im MIttel 200 mA für die aktive Phase veranschlagen, sind wir auf der konservativen Seite und das könnte passen. Bei 3,3 V wäre das ein Verbrauch von 0,6 W, mit 4 V LiPo-Spannung gerechnet wären es 0,8 W, bei 6 V Solarzelle wären es 1,2 W.
Wenn wir im deep sleep mit 4 V LiPo und 0,05 mA rechnen wären das 0.0002 W, vernachlässigbar in Relation zu den großen Zahlen oben.
Wenn wir genauso lange schlafen wie wir messen (“messen” bedeutet hier System hochfahren, messen, Daten wegschicken, aktuell ca. 40 Sekunden, das ist sehr lange), wären wir bei einer Leistung von 0,4 W. Wenn wir 10x so lange schlafen wie messen, wären wir bei knapp 7 Minuten deep sleep und 0,08 W.
Wie hoch muss die Leistung der Solarzell (nehmen wir 6 V an) sein, wenn wir davon ausgehen, dass sie an einem Vormittag (4 Stunden) die komplette Energie auflädt, die das System an einem Tag verbraucht?
Die Solarzelle müsste etwa die 6fachen Menge an Energie liefern (4 Stunden laden vs. 24 h Verbrauch), das wären zwischen 2,4 W und 0,5 W bei idealer Solarzelle und Ladung. die Realität ist davon aber weit entfernt:
D.h. wir können hier vielleicht nochmal x3 nehmen?! Das wären 7 W bzw. 1,5 W die wir für die Solarzelle bräuchten?
So weit ein paar Überlegungen, bitte bei groben Schnitzern gerne korrigieren!!
Es ist messtechnisch nicht ganz einfach, bei kleinen Strömen bzw. Leistungen korrekt zu messen. Ein einfaches USB-Messgerät zeigt zwar Spannung, Strom, Leistung, Ah und Wh und mehr an, auch evtl. mehrere Nachkommastellen. Aber es verbraucht auch selber eine Leistung von 0.5 bis 1 W, ein FiPy oder kleiner Solarlader spielt in der gleichen Liga.Wie schon unser Prof. sagte: wer misst, misst Mist
Auch deshalb teste ich meinen Messaufbau zuerst mit grösseren Leistungen und 12V-Akku und 20W-Solarmodul. Da fällt die Leistung für das Messen nicht so sehr ins Gewicht.
Das nächste Problem ist, dass zur Strom/Leistungsmessung ein Widerstand (Shunt) in die Masseleitung (-) gelegt wird, dessen Spannungsabfall von wenigen mV zur Strommessung dient.
Geregelt wird mit einem Schalter oder nichtlinearen Widerstand auch in der Masseleitung.
Beim Auto schaltet man in der +12V-Leitung und misst mit highside-ICs wie INA219. Diese Technik ist aber bei den (billigen) China-Reglern noch nicht angekommen.
Ich arbeite daran, dennoch gut messen zu können. Mein vorläufiger Messaufbau:
Ich habe die Schaltung mit dem SolarChargeController Sunix CMTD-A2410 und 3 Panelmeter PZEM-031 aufgebaut. Zum Laden habe ich ein Labornetzteil 30V/3A , als Akku ein Autoakku 12V/34Ah und als Last verschiedene LEDs und Halogen-Lampen mit Schalter.
Zum Laden schaltet der Controller den Schalter S11 mit Pulsweitenmodulation und regelt so die Ladung. Wie genau die Anzeige ( V, A, W, Wh ) von Panelmeter 1 ( VM1 und AM1 ) ist, werde ich nicht überprüfen können, das gibt meine Messtechnik nicht her.
Das Panelmeter 2 zum Akku zeigt nur eine Stromrichtung an, ich habe mich für das Entladen entschieden.
Beim Entladen schliesst Schalter S12 im Controller und Panelmeter 3 misst die Leistung in der Lampe.
Beim Messen spielt die Verkabelung eine grosse Rolle, da die Innenwiderstände der Kabel, Stecker, Buchsen und Shunt alle im MilliOhm-Bereich liegen und nur wenige mV abfallen. Z.B. gibt es vom Akku zur Last nur einen Spannungsabfall von 40 mV über 2 shunts, 6 Schraubklemmen und 4 Kabel.
Es ist zwar einfach, die Spannung am Akku und an der Last über Tage zu messen, aber Strom, Leistung und Energie zu messen, wird nicht so einfach sein.
Gerade habe ich noch folgende, auf den ersten Blick, interessante Kombi gefunden:
Waveshare Solar Panel (6V 5W)
https://eckstein-shop.de/Waveshare-Solar-Panel-6V-5W
Das Solarpanel kommt mir mit 6 V und 5 W für 11 EUR fast zu günstig vor, ist gerade auch nicht lieferbar. [edit] Das Panel passt zwar vom Stecker nicht (Hohlstecker vs. JST 2 mm) zu unseren Platinen, sollte mit 6V auch mit unserem CN3065 Solar-Lader laufen. Dazu wird ein
Waveshare Solar Power Management Module, for 6V-24V Solar Panel
https://eckstein-shop.de/Waveshare-Solar-Power-Management-Module-for-6V-24V-Solar-Panel
angeboten. Der u.a. einen CN3791 fürs solar panel charging verbaut hat. Könnte das was taugen?
Geregelter Ausgang von 5 V und nur 1 A könnte bei peaks für WLAN und LTE kritisch werden. Wie viel das Ding im Ruhemodus braucht weiß ich auch nicht. Lohnt es sich das testweise mal zu bestellen wenn das Solarpanel wieder lieferbar ist?
[edit] Bei berrybase.de (früher sertronics) in Berlin ist das Solar-Panel auf Lager, habs mal bestellt.
auf @caro’s Wunsch habe ich den Stromverbrauch des FiPy gemessen:
Hardware: BOB-HAT-V5 mit FiPy, ExpansionBoard und OLED-Display
Sensoren: 5 x DS18B20, BME280 und HX711 mit 1 kg-Wägezelle
Stromversorgung: USB-Buchse Notebook mit 2 x USB-Meter
Software: hiverize/FiPy von Vincent mit diversen Änderungen für Messwertbereinigung und OLED-Display
Beim Booten habe ich max. 1 W beobachtet, das rechte “Oszilloskop” verbraucht 130 mW
Das Bild zeigt den FiPy beim Auslesen des HX711 ( grüne LED ). Beim Messen und Senden liegt der Verbrauch bei ca. 800 mW, beim Warten bei ca. 720 mW
.
Mega, danke @didilamken!
Wenn wir also annehmen, der Verbrauch liegt bei 0,8W (genau wie Clemens es ja oben auch abgeschätzt hatte), können wir die Spitzen über die im Wartemodus erzeugte und in den Akku gespeiste Energie abfangen.
Zusätzlich zu Clemens Wunsch, die Zelle an einem Vormittag laden zu können, würde ich mit wünschen, dass das System auch im Winter funktioniert. Das bedeutet einen zusätzlichen Faktor 4 für die veränderte Air Load (gegenüber der Normbedinung). Wie man da zusätzlich noch das wunderbare Grau des norddeutschen Tiefland-Novembers mit reinrechnet, weiß ich nicht…nochmal x2?
Also mind 0,8W * 4 * 4 = 12,8 W ?
@didilamken das war aber jetzt immer noch ohne deep sleep und mit OLED, das ist doch nicht das normale setting, das wir ausrollen wollen. Was braucht z.B. das OLED, das könnten wir wegrechnen.
Was das nur OLED-Display verbraucht, konnte ich bislang noch nicht messen. Die USB-Messer zeigen zwar 4 Nachkommastellen an, aber das ist nur Show. Ich werde heute abend weitermachen.
Für den langfristigen Verbrauch würde ich mit 1 W kalkulieren, da ist man auf der sicheren Seite.
Da braucht man für Dauerbetrieb 24 Wh am Tag. Mein 20W Solarmodul hat gestern ca. 70 Wh geerntet. Ob das im Winter auch noch reicht, will ich in der nächsten Zeit untersuchen.
das sind ja krasse Unterschiede! Ich dachte, jetzt im Sommer macht ein 20W-Modul an einem “normalen” Bremer Tag mit wenigen Schauern schon so 200Wh…
Heute waren es nur 52 Wh !!!
Noch ein interessantes Szenario, das @didilamken im Zusammenhang mit der Spannungsmessung bei LiPos gefunden hat:
Da das Gerät im Freien verwendet werden sollte und ohne Stromnetz auskommen musste, wurden zwei externe Batterien (Powerbanks) mit 1000 mAh und 10.000 mAh eingesetzt. Die kleinere Powerbank, die dauerhaft mit der Stromversorgung des ESP32 verbunden war, wurde dabei von der größeren aufgeladen, die fast täglich ausgetauscht wurde. Dadurch arbeitete das System kontinuierlich.
Habe mir beide Komponenten genauer angeschaut. Das Solarlademodul verbraucht durch diverse, nicht abschaltbar LEDs ohne einen Verbraucher schon 2,3 mA!! Da muss schon viel Strom reinkommen, damit die Energiebilanz an Ende positiv ist, wir werden es testen!
Der Gesamtaufbau des Testsystem mit einer Bosche H30, 6 DS18B20 und einem BME280. Die Elektronik in der wasserdichten Spelsberg-Box. Als LiPo ist der 2000 mA/h LiPo angeschlossen, den wir bisher im BOB-Projekt verwenden.
Die LEDs der Ladeplatine:
Hat in der Nacht was, wenn jemand davorsteht und es anschaut, leider verbraucht es in den 99,8% der restlichen Zeit unnötigerweise auch Strom, mehrere LEDs für den Ladezustand des LiPos und diverse Status-LEDs! :-(
Leider taugt das o.g. Waveshare Solar Power Management Module nicht für unsere Zwecke. Es liefert nicht die Spannung des LiPos aus, was für uns völlig reichend wäre, sondern wandelt die 3,x bis 4,2 V des LiPos in eine 5 V-Spannung.
Ein voll geladener 2000 mAh-LiPo liefert nur 4 (!) Stunden Energie, trotz Unterstützung der 5 W-Solarzelle! Danach schlägt die Schutzschaltung der Platine zu und trennt die Stromversorgung bei einer LiPo-Spannung von 3,0 V. Hier ein Graph der 5 V, die beim FiPy ankommen und dort wieder auf 3,3 V heruntergeregelt werden. Also auch energetisch Quatsch, da wir die 5 V ja gar nicht benötigen.
Nächster Versuch ebenfalls mit der Platine oben, als Spannungsquelle für die Platine aber nicht der 5 V-Ausgang, sondern der LiPo direkt.
Leider werden in den Datenblättern die theoretischen Spitzenwerte und nur selten die realen Dauerwerte angegeben. Eine 5 Wpeak-Solarzelle liefert bei uns vermutlich nie 5 W, wir leben ja nicht in der Sahara. Und ein 2000 mAh-LiPo enthält auch nur theoretisch 2000 mAh * 3,7 V = 7400 mWh. Mein FiPy verbraucht etwa 1 W. Theoretisch könnte er über 7 Stunden am Akku laufen, praktisch sind es aber nur 4.
