Solarbetrieb der BOB-Platine, verschiedene Möglichkeiten

MKO · July 24, 2019, 9:51pm

Ich fang hier mal an. Ich benutze derzeit. recht große selektierte SPR90 Solarmodule mit 100Wpeak aus dem Camping bzw. Wohnmobilbereich

die ich mit einen PWM Ladegerät mit USB Anschluß betreibe.

Als Akku kommt eine 12V 28Ah AGM Blei GEL Batterie von SunPower zum Einsatz.

Für den “Feld”-Einsatz habe ich auch noch einen Steca PR 2020 IP65 Laderegler liegen, bei dem ich einen 2A DC-DC Stepdown Regler zwischenschalten möchte.

Eigentlich viel zu viel Power, aber da soll später noch eine Webcam und evtl. zusätzliche Waagen und Spielzeug dran.
wenn man 30 W Module nimmt könnte man sie gleich anstatt der Metalldeckel benutzen. aber ich hatte die 100W nun mal schon liegen.

Da ich die Spannung des Akkus am Board nicht direkt messen kann, muss ich noch einen Externen Spannungsteiler hinzufügen, daher würde ich mir in zukünftigen Board-Designs eine Option wünschen den Spannungsteiler vom Vin zu Trennen und mit einem Kabel verbinden zu können.

clemens · July 25, 2019, 10:38am

@didilamken, du hattest netterweise hier schon mal angefangen den theoretischen / rechnerischen Energiebedarf für den FiPy abzuschätzen:

Du hattest für die Phasen ohne Sensorauswertung diesen Verbauch veranschlagt (das war schon eine Zeit her mit Software ohne deep sleep?).

Wir bauchen also verschiedene Parameter, um den Verbrauch für uns zu berechnen:

Verbrauch bei Last, d.h. Sensorauslesen und vor allem Daten per WLAN / LTE wegschicken
Verbrauch im deep sleep-Modus
Zeiten für beides

Im Fipy datasheet werden diese Werte für unsere stromintensivsten tasks genannt:

LTE Transmit - 173 mA
WiFi client - 137 mA

Dazu kommt der Verbrauch der Sensoren.

Im deep sleep haben wir mit Andreas’ Firmware das gemessen: MKO 320 μA und ich mit einer späteren Version 50 μA.

Der Messzyklus dauert ca. 30-40 Sekunden, deep sleep entsprechend der restlichen Zeit zwischen den Mess-Intervallen.

didilamken · July 24, 2019, 9:59pm

Da der BeeObserver mit der USB-Spannung 5V betrieben wird, bieten sich für die Stromversorgung Komponenten aus dem Autozubehör an:

Es gibt die KFZ-Zigarettenanzünder Adapter und USB KFZ Autoladegerät für wenig Geld. Der Akku kann mit einem normalen Ladegerät oder mit Solar geladen werden.

didilamken · July 24, 2019, 10:16pm

Seit 1997 betreibe ich PV-Anlagen von 0.5 bis 3000 Wpeak. Inzwischen ist ein kleiner Teststand entstanden:

oben: Netzeinspeisung bis 500 W ( Guerilla-PV , Balkonkraftwerk )
mitte:verschiedene Kleinstanlagen mit LiPo-Akku
unten: 12V-Regler für Blei-Akku bis 250 W und Wechselrichter

Frage: was wollen wir für den Beeobserver nehmen. Ich würde es näher untersuchen.

didilamken · July 25, 2019, 10:13pm

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:

Akku: ich nehme einen 12V 34 Ah Bleiakku. Obwohl er seit 2 Jahren unbenutzt ist, hatte er immer noch 12.1V und betreibt den FiPy seit einer Woche. Zwei Motorrad-Akkus mit 7,5Ah haben in der Zeit die Spannung verloren. Ob ich sie revitalisieren kann, ist fraglich.
Solarmodule:

BOB10-9.jpg4370×2406 1.62 MB

Das mittlere hat 12V / 20Wp und ist mit einem stabilen Alurahmen versehen
Das rechte mit der gleichen Leistung ist flexibel und leicht.
Regler: ich habe mir 3 MPP-Regler aus China besorgt. Obwohl die Gehäuse sehr ähnlich sind, unterscheiden sie sich innerlich sehr.

BOB10-10.jpg5184×3200 1.72 MB

BOB10-11.jpg4754×3078 1.6 MB

BOB10-12.jpg4307×3041 1.69 MB
Messungen: ich möchte Spannung und Strom vom Solar-Modul, Akku und Last mit einem INA219 messen.

roh · July 25, 2019, 10:28pm

:) 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

Andreas · July 28, 2019, 12:27am

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Andreas · July 26, 2019, 11:12am

2 posts were merged into an existing topic: HX711 mit ESPeasy

clemens · July 30, 2019, 11:01am

Neben den theoretischen Werten aus dem Datenblatt ein paar empirische:

Grobe Abschätzung des Verbrauchs

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.

Abschätzung Größe Solarzelle

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!!

didilamken · July 30, 2019, 10:12pm

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.

clemens · August 6, 2019, 4:50pm

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?

%20beim%20E

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.

didilamken · August 7, 2019, 5:25pm

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
.

caro · August 8, 2019, 9:11am

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 ?

clemens · August 8, 2019, 9:36am

@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.

didilamken · August 8, 2019, 10:06am

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.

caro · August 8, 2019, 11:14am

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…

didilamken · August 8, 2019, 4:35pm

Heute waren es nur 52 Wh !!!

clemens · August 10, 2019, 11:29am

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.

didilamken · September 3, 2019, 10:14pm

Um das Regelverhalten des SolarChargeController Sunix CMTD-A2410 zu untersuchen, messe ich in den 3 Ein/Ausgängen jeweils Spannung, Strom, Leistung und Energie mit 4 x Panelmeter PZEM-031.
Der Aufbau wurde umfangreich:

Eine Last kann stufenweise mit verschiedenen LED- bzw. Halogenlampen von 1 W bis 70 W eingeschaltet werden.
Um die Messwerte nicht nur ablesen, sondern auch aufzeichnen zu können, habe ich 12 Messleitungen an eine Lüsterklemme geführt.

Zum Messen und Aufzeichnen benutze ich 4 x ADS1115, ein I2C-ADWandler mit 4 Kanälen und 16 bit Auflösung. So kann ich 8 mal 0 … 3,3 V und 8 mal 0 … 40 V messen, alles mit einer Auflösung von 1 mV.

Angesteuert werden die ADW mit einem Python-Programm auf einem PiTop CEED mit einem RaspberryPi 3+

clemens · September 13, 2019, 7:29am

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! :-(