Test für solarbetriebenen Knoten

habe vor, in den nächsten Monaten einen solarbetriebenen Knoten im Garten aufzubauen und in den kommenden, lichtschwachen Monaten zu testen. Konzept und die meisten Hardwareteile habe ich schon beisammen.
Projekt:
Hardware/Material
Geräte und Gehäuse
Openwrtrouter (GL-AR300M), Last-Widerstände zum Simulieren mehrer Geräte usw.
Solarpanel und Akkus
Hardware zum Monitieren der Akkuspannung (habe ich heute gelöst: Arduino nano liefert alle 10 Sekunden Meßwert über die USB-Leitung an den GL-AR300M, der kann dann mittels Shell script auslesen und mitloggen.)
Wenn der Zusammenbau fertig ist werde ich das dokumentieren, vielleicht braucht man ja außerhalb der dicht verbauten Gelände mal sowas …

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So, im Prinzip funktioniert das Ganze einmal:
30W Solarpanel, 14Ah 12V Akku, Gl.InetAR300 als Openwrt Router, 2. Gerät (wahrscheinlich lite beam) kommt in 2 oder 3 Wochen dazu, wenn das Setup stabil funktioniert. Vielleicht baue ich noch eine rrd-Datenbank für instant-Visualisierung dazu
Kann im Moment Akkuspannung (mittels Spannungsteiler) und Temperatur (mit Dallas DS1822) monitieren, leider hatte ich für die Strommessung nur ein ACS712 für 20A in der Bastelkiste, der kommt mit den geringen mA nicht zurecht (rechnerisch ca. 100 - 200 mA). Mit Excel schaut die Sache dann so aus:

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Könntest Du bitte, um ein wenig Neugier zu stillen, einfach Fotos vom Aufbau reinstellen? Ist egal wie es ausschaut.
Habe gerade den SunMax SolarPoint entdeckt, scheint aber noch nicht ganz ausgereift zu sein: Underwhelming-Sunmax-Solarpoint Idee finde ich aber super, alles in einem Gerät, aber die Akkus sollte man wohl nicht am Dach aufstellen, somit ist evtl. ein davon getrennter Laderegler eine bessere Idee.

Bin leider gerade nicht vor Ort, wenn ich zurück bin kann ich das machen. Das Teil scheint ein Outdoor-Laderegler mit POE zu sein, geht wahrscheinlich billiger, und die Akkus muß man ja auch wo wetterfest unterbringen. Bei mir ist alles in einer Kunststoffbox, wird aber ziemlich warm drinnen.
Habe aber inzwischen rrd installiert, damit man den Verlauf besser sieht:

Online Display Akku voltage

Bilder von der Montage, mal sehen, wie sich das Ganze im Winter verhält
[Daten: Solarpanel 30W, Akku 12V/34Ah, Verbrauch für 2 Geräte GL.Inet-AR300N + CPE 210 ca. 200mA bei 12V,
Messensoren an Arduino Nano über USB-port des AR300N: Ampere ACS 712 5A, Spannung galvanisch über Spannungsteiler, Temperatur DS1822 ]

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mit den passenden parametern wird das sicher funktionieren, glaube ich ganz sicher!

wenn sowas wie hier möglich ist, wird ein mobiler autarker node doch sicher locker möglich sein?




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Aus den bisherigen Erfahrungen scheint ein Device (also eines, welches normal mit einem 24V/0.2A Netzteil ausgeliefert wird, z.B Lite Beam) mit 12V durchschnittlich 1,2W zu brauchen. Dazu als minimum 15W Solarpanel und Akku 12V/14 Ah. Das sollte 5 Tage Autarkie geben, mit einem 30W Panel sollte sogar bei bewölktem Himmel die Ladung halten (man kann mit 5% der Leistung bei bedecktem Himmel rechnen, in dem Fall 1.5W). Leider hat mein Test mit einem 8.- MPPT Solarlader nicht funktioniert - hätte stabile 5V für den AR300M gebraucht … mein LM7805 hatte irgenwie ein Problem
Hab einen 2.Testaufbau mit einem 10W Panel gemacht, geht schon ganz fix wenn man die Setups schon hat …

Test 10W 1 Device

da hätt ich was ähnliches aus der LoraWan-Kiste…

letztes Update ist noch ausständig, war dann noch zwei mal oben dieses Jahr. mein weakest link scheint der selbstgebastelte Akku zu sein, hab schon einmal eine Lötstelle repariern müssen und inzwischen scheint mir schon wieder irgendwas nicht ganz koscher… :roll_eyes:

daten laufen bei mir via MQTT in eine influxdb

und inzwischen hängt auch eine Kamera drauf… :hugs:

cheerio.

Schaut sehr gut aus. Das Problem ist halt die Balance Solarmodul/Akku abzuschätzen. Im Sommer bin ich mit 15W durchgekommen, jetzt brauche ich schon 30-40W für ein Device (mit einem 34 Ah Akku). Den Akku viel grösser zu machen bringt nicht viel, weil er bei den spärlichen Sonnenstunden schnell aufgeladen werden sollte, auch wegen der Verhinderung der Alterung. Bastle gerade an einer Anzeige für mehrere Geräte: Solar Decice Status
Leider sind die geschätzten Werte (mit *) nicht so ganz zuverlässig, aber ausreichend.

Link zum aktuellen Server: https://78.41.112.198/status.html

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Hallo georg!

Nett die Geschichte.
Man könnte ein paar hypercaps statt dem akku nehmen, die laden super schnell auf und sollten auch die ladung lange genug halten. die kann man auch selber bauen…

mlg
michael

Hm, die Frage ist nur, ob es den Aufwand wert ist.
Der Aufwand für Steuerelektronik und sichere Installation ist dann doch größer.
Sieht so aus als wären im Moment Blei-Akkus drinnen, die sind da anspruchsloser :slight_smile:

Ja, sind einmal 14 und einmal 34 Ah/12V drinnen. Für den Winterbetrieb je 1 (nicht optimal ausgerichtbares) 130W/12V Solarpanel. im Sommer könnten 30 oder 50W Panels reichen. Die 12V/34Ah schafft gerade mal 5 -6 Tage, wobei tagsüber auch bei trübem Himmel die Ladung gehalten wird (rechnerisch etwa 7,5 Tage, nur leider nicht währen der Nacht). Hab inzwischen 3x Nachladen (mit kleineren Panels) müssen und einmal einfach gewartet bis der Laderegler nach 2 tagen wieder Energie angenommen hat. Seit 28.12.2019 hab ich die 130W Panels drauf.
Das mit Kondensatoren hab ich noch nicht durchgerechnet, krieg aber in den nächsten Woche ein paar 500F Kondensatoren zum experimentieren (das ist aber ein anderes Projekt :wink: ). Gibt auch welche mit 3000F und 2,8V, das wären (2 in Serie) 4200 A.s bei 5,6V , bei 4,5V Restspannung ist schon wieder aus, außer man hätte 3,3V Geräte.
Nachtrag: ergänzend könnte man auch auf Windenergie setzen (wie gerade heute in Wien), aber kleine Windräder sind nicht sehr effizient. Hab kaum was gefunden. Könnte mir sowas wie einen mastmontierbaren Savonius Rotor oder eine Kombination aus Savonius und Darrieus Rotor vorstellen. Rechnet sich aber nicht bei kleinen Anlagen.

mein 18650er-Paket auf 1600m hat den Winter scheinbar auch problemlos überlebt und seit sich die Sonne wieder etwas weniger lang hinter den Bergen versteckt schaut auch die Ladekurve wieder vernünftiger aus. Es gab ein paar Tage wo die Temperatur im Akku innerhalb von einer Stunde von -10 auf 20 Grad rauf is (und es heisst ja oft dass gefroren laden den sofortigen Tod für Li-Ion-Zellen bedeutet), bisher dürften sich aber noch keine bleibenden Schäden davon zeigen… :man_shrugging:

Problem ist halt, dass an trüben tagen wirklich wenig leistung kommt. dh man muss mit dem panel rauf oder dem speicher. das lustig an den kondensatoren ist halt, dass die wahnwitzig schnell geladen werden können, dh man kann den speicher im moment recht flink aufladen. beim entladen wäre ein spannungsregler notwendig, da kommt man uu auch mit niederer eingangsspannung aber mit höherem verlust weg.

alternative energiequellen wie wind wäre da natürlich auch was. generatoren gibts einige. wenn wasser in der nähe ist man braucht wenig durchfluss … es gibt wenig effiziente rohr turbinen die aus einer gefällstufe strom machen. da würde ich auf einen meter höhen diff aber eine peltonturbine fahren. habe mal eine für 1.6kw um 20eur bekommen. im winter natürlich weniger wasser ich hab mal für unser bächlein ausgerechnet, dass ich immer noch 100w bekommen müsste (24/7)…da kannste das rogr sogar mit 50w heizen :wink:

wenn man gegen erdwärme geht könnte man auch einen stirling motor oä mit dynamo verweden. Oder thermoeletrika. In Kanada gibt es heizungen mit thermoeletrika zur stromgewinnung. schon kommerziell weil dort ist nicht mit photovoltaik im winter…

Ich überlege mal ob man da ein praktikumsbeispiel für die studenten draus machen könnte mit regelungsansteuerung und spannugsregler und so.
klingt interessant :slight_smile:

ich bin gespannt was die LG370W NeonR bei streulicht machen. die sollen deutlich besser sein als die panasonic (ex sanyo) die ich kenne. dann kann ich ausrechnen wieviel man braucht um noch 20w zu bekommen…

mlg
-michael

Alle beweglichen Sachen müßen halt gewartet werden bzw. haben eine endliche Lebensdauer. Am standfestesten sind Photovoltaikzellen (25 jahre) und Thermoelemente (100 jahre oder so). Ach ja, Radionuklidgeneratoren sind auf ein 50 oder so Jahre ausgelegt, nur der Brennstoff ist nicht frei verfügbar.
Ich habe - rein theoretisch mal - an eine Kombination von Solarelementen mit auf der Hinterseite angebrachten Thermoelementen gedacht, das sollte es eigentlich geben, man findet aber kaum im Netz etwas darüber. Ich vermute der Aufwand. Mehr als 4% Wirkungsgrad vom Thermoelement und 1-2 % durch die Kühlung des Solarpanels denke ich sind nicht drinnen. Vielleicht sollte man mal 2 gleichartige, gleich ausgerichtete Solarpanels mit und ohne Thermoelementrückwand montieren und die generierte Energie aufsummieren.
ad Wasser: für Wasser mit geringem Gefälle hab ich mal den Einsatz eines ins Wasser „eingetauchten“ auf einem „Floß“ montierten Savonius Rotor gesehen. Hat viel Drehmoment, aber wenig Drehzahl, braucht ein Getriebe.

ad wasser: der ist recht net weil wirklich mit minifluss. https://www.youtube.com/watch?v=XjEgFlngZ04 ( da gibts auch links auf den umbau eines ventilators auf einen wind generator)

Wenn man ein paar höhenmeter hat (zb aus einem überlauf: wasser, absetzbecken, mittelrohr absetzfilter, (3stufig mechanische reinigung ähnlich kläranlage) dann durch ein rohr uu filterreinung durch mechnische schwallbeschickung. und auf eine pelton die übernimmt die kinetische energie von wassser am besten. gibt es mit durchfluss mechanisch oder elektrisch geregelt. regelung über nadelventil in der düse.

ad thermoelement: brauchste viele. wir sind im moment am forschen und haben bei nanokristallinem skutteruditen einen rekord im wirkungsgrad, die industrie würde das kaufen preis ziemlich egal wenn wir kilos machen können. zzt sind es mg is gramm :frowning: naja es wird.
lustige idee als reserve ist noch eine brennstoffzelle für den notfall. die gibts als labor mini version mit minidruckflasche. damit könnte man batterie heizen oder im notfall als notstrom geben.

Mein plan war den erwarteten ertrag der PV mittels vorhersagen von der zamg einzuschätzen ob wieder strom kommt und da schalten (auch diesel generator - böse böse).

Bei dem stirling motor wäre der vorteil, dass man mittels kupfer pipe in den boden geht (ca 1.5m+ ist gegenphasig so grob) und aussen es sehr kalt ist (uu wenn keine sonne) und genau da man die boden temperatur gegen die kühle umgebungsluft nutzt. Stirling geht zt am 5° delta T… Wie du sagst halt mechanisch und schwer zu steuern…

Da wäre es als erstes sinnvoll die batterie in einem tieferen topf zu fahren wo man stets 7°C+ hat.

Ach ja misthaufen wäre auch eine interessante energiequelle. die können recht hohe temperaturen bekommen. muss man halt austauschen beizeiten …

Und wie sind da nun Deine Erfahrungen nach einiger Zeit? Sind die Kondensatoren zu empfehlen? Wie siehts generell mit Solarbetrieb eines FF-Nodes aus? 2x 130W Panels mit 2x 90 Ah Akkus?
(z.B sowas da? https://www.amazon.de/AGM-Versorgungsbatterie-Solarbatterie-Wohnmobil-Batterie/dp/B00AX0UFX4)

Übrigens: Das schon gesehen? https://www.youtube.com/watch?v=oFKDFd-bSa8

Hast Du schon mal was davon gehört, den Rauchfang-Aufwind zu nutzen? Oder gar die Wärme mit Peltiers am|im Kamin von Stadthäusern?

Gruß
tsch.

Hi,
Leider bin ich noch nicht zu den Kondensatortests gekommen. Die Kondensatoren machen eigentlich nur Sinn wenn man starke Laständerungen abfangen und die Batterien schonen will (z.B. KFZ). Mit 2x130W kann man sicher 2 (wahrscheinlich sogar 3) Geräte (also 2 LiteBeam und ein kleiner Router) langfristig betreiben. Probleme mit kleineren (50W) Solarmodulen hatte ich im November/Dezember.
Stromverbrauch bei 12V hält sich in Grenzen, ca. 2.5W Dauerlast/Gerät. Versorgerbatterien kann man bis 50% SOC entladen, d.h. mit solchen Batterie kann man bei 72 Stunden Dunkelheit versorgen, + wahrscheinlich weitere 1-2 Tage nur durch das diffuse Tageslicht (gute Solarpanele geben 5-10% bei bewölktem Himmel, im obigen Fall kann man von 12W über 8 Stunden ausgehen).
Will man länger aushalten kann man 2 Batterien verwenden (größere Batterien können Gewichtsproblem beim Antransport mit sich bringen), alternativ Traktionsbatterien, die dürfen bis 20% entladen werden, sind aber teurer. AGM-Batterien könnte man parallel schalten (z.B. die 12V/17Ah) ist aber erheblicher Aufwand bei der Verkabelung und Wartung. Es gibt auch Hinweise, dass AGM nie die Standzeit einer Versorgerbatterie erreichen. MPPT Regler mit 3A hat sich bei mir nicht bewährt, habe dann PWM Regler genommen - preiswert und ausreichend. Gute MPPT Regler gibt es anscheinend nicht unter €100.- Wichtig wäre noch ein Lüfter am Batteriekasten, damit bei hohen Temperaturen gekühlt wird und sich ggf. kein Knallgas ansammeln kann.

Mein Ansatz im Freifeld wäre: senkrecht montierter Mast (Einschraubanker, 1" Rohre, 3-4m, Abspannung) + ca 30% montiertes Panel (12V, 2x130W besserer Wirkungsgrad bei tiefem Sonnenstand, weniger Schnee usw.) + Batteriekasten 12V mit thermostatisch gesteuertem Lüfter + Router. ggf. 2. Batteriekasten. Lange Versorgungsstrecken zur Antenne muß man bei 12V aber vermeiden, bei 8-9V am Gerät ist meistens Schluß.