Outdoor Solarstrom Insel für Sensormessung

[Mario H. (portuer)]

Hallo,

ich benötige zur Messung unterschiedlicher Umweltmessungen mehrere 
stromautonome Inseln, die die Elektronik mit Strom versorgen. Die 
Messsysteme beinhalten handelsübliche Arduino Mikrocontroller u. 
GSM-Module, die in sehr kurzen Spitzen bis zu 2A (5V) benötigen. Um 
Bewölkung vorzubeugen, sollten ein bisschen Reserven sein.

Ich hatte ursprünglich an Outdoor Solarzellen-Matten mit USB-Anschluss 
gedacht, die wiederum einen Akkupack aufladen. Allerdings scheint die 
Ladeelektronik der Fertigkomponenten nicht ideal zu sein, da der 
Ladestrom nach einer Wolkenphase nicht mehr automatisch erhöht wird, 
sobald die Sonne wieder scheint.

Günstig soll das Ganze natürlich auch sein u. halbwegs vor 
Umwelteinflüssen geschützt sein.

Hat jemand einen guten Tipp für mich?
Vielen Dank,
Mario

[Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)]

Sowas würde ich möglichst robust bauen, mit einem Solarmodul wie es die 
Baugröße erlaubt, schon mit so 20-30W großzügig dimensioniert damit es 
auch an diesigen Tagen etwas Strom liefert. Damit mit einem einfachen 
Laderegler einen Akku mit 12V (Blei) oder 10,8V (Lithium) laden und von 
dort aus mit einem Schaltregler auf 5V/3A runter.

[Mario H. (portuer)]

Hallo Ben,

danke für deine sehr rasche Rückmeldung!
Klingt gut, welche Komponenten würdest du empfehlen?

Ich sehe auf der Autobahn immer wieder so Nottelefone mit kleiner 
Photovoltaik-Anlage an einem kleinen Masten, in verzinktem Stahl 
eingebettet. Gibt es soetwas auch als fertiges Produkt? Das könnte unter 
Umständen bereits genug Platz für die Elektronik bieten...

Danke sehr!

[Julian B. (julinho)]

Bevor du das Solarsystem dimensionierst, must du den täglichen Verbrauch 
genau kennen.
Dann musst du dein System für den schlechtesten Monat(Dezember)auslegen, 
im Sommer funktioniert es sowieso.
Den Akku würde ich so auslegen, dass er dein System eine Woche ohne 
Sonne versorgen kann.

[Worstie F. (worstcase_ffm)]

Ich hatte seinerzeit mal einen 300L Wasserkanister auf dem Balkon 
untergebracht, aus dem einmal nach Sonnenuntergang meine Geranien 
bewässert wurden.

- 10W 12V Solarmodul - 25€
https://www.amazon.de/Offgridtec-Solarmodul-Solarpanel-Photovoltaikmodul-3-01-001265/dp/B007HAZY8Y/

- Solar-Laderegler 10A 12V/24V - 10€
https://www.amazon.de/10a-12V-Solarmodul-Laderegler-Anself/dp/B007VLMRP2/

- 12V Blei-Akku - 15€
https://www.conrad.de/de/bleiakku-12-v-12-ah-conrad-energy-ce12v12ah-250165-blei-vlies-agm-b-x-h-x-t-97-x-52-x-48-mm-flachstecker-48-mm-w-250165.html

Den Arduino hatte ich als Sparversion im Einsatz (nur einen ATMega328 
und 7805 Voltage regulator plus Kleinzeugs). Dazu ein kleines 5V-Relais, 
welches die 12V-Pumpe triggerte.

Dann war der uC natürlich im Dauerschlaf, wachte alle halbe Stunde auf 
um Sonneneinstrahlung und Temperatur zu messen und nach Sonnenuntergang 
in Abhängigkeit der Messwerte für eine bestimmte Zeit die Pumpe 
anzusteuern. Das sah ich als notwendig an, um mit 300L Wasser für 4 
Wochen hinzukommen.
Den größten Verbrauch hatte natürlich die Pumpe (1.5A max), aber die 
lief pro Tag nur 2-3 Minuten.

Der Akku ging max. auf ca. 70% runter und war spätestens um 13:00 Uhr 
immer wieder voll. Auch bei Bewölkung.

Meine Geranien wuchsen während der 4 Wochen Urlaub so stark, dass das 
Holzgeländer meines Balkons arg in Mitleidenschaft gezogen wurde.

Fazit: Das 10W Solarmodul und auch der Akku waren leicht 
überdimensioniert, was mir aber vorher nach meiner Überschlagsrechnung 
klar war.

Bin mir nicht sicher, ob man einen normalen Arduino komplett schlafen 
lassen kann. Da sind ja noch mehr Komponenten mit drauf. Den 
Stromverbrauch kannst Du aber aus den Specs rauslesen, Sensoren 
ebenfalls. Alles hochrechnen auf 24h. Solarmodul und Akku mit etwas 
Puffer auswählen.

[Boris O. (bohnsorg)]

Die Offgridtec-Module haben nur eine winzige Anschlussdose auf der 
Rückseite. Die Fläche ist allerdings groß genug, weitere kleine Kästchen 
draufzukleben. Den Akku würde ich dort nicht befestigen, da es ziemlich 
warm wird (>40°C). Straßenlaternen mit Solarladung haben den Akku und 
die Elektronik im Fußbereich unter der Erde. (Akkus mögen es auch nicht 
zu kalt.)

Ansonsten wie die Vorredner schrieben: Stromverbrauch der Sensoren 
errechnen, mal 14 Tage zu je 24h gibt die minimale Akkukapazität in mAh. 
Die sollte mit mind. 0,1C geladen werden, was 10% deiner Solarleistung 
entspricht. Ein 2Ah-Akku müsste folglich mit ca. 200mA geladen werden, 
was einer Modulleistung von 10-20W entspricht, von der nur 10% nutzbar 
sind. Das reicht dann für rd. 6mA Dauerstromaufnahme für 14 Tage (wobei 
ein 12V Akku bei 6mA schon 70mW leistet, was vielleicht einen 
Step-Down-Regler dazu bringt, bei 5V schon >10mA zu liefern).

Strom sparen geht dabei nicht sonderlich leicht von der Hand, aber TI 
hat dazu einen Blog-Artikel, einen Linearregler (mit Rückspeiseschutz) 
im Shutdown-Fall zu verwenden, der von einem Step-Down mit Enable 
übergangen werden kann, um größere Ströme zur Verfügung zu stellen – 
Standby-Fall und leistungsfähige Funk-Daten-Übertragung. Der Step Down 
liefert dann eine leicht höhere Ausgangsspannung, bspw. 3,4V, statt 3,3V 
des Linearreglers.

[Sebastian L. (sebastian_l72)]

Mario H. schrieb:
> Hallo,
>
> ich benötige zur Messung unterschiedlicher Umweltmessungen mehrere
> stromautonome Inseln, die die Elektronik mit Strom versorgen. ...
> Günstig soll das Ganze natürlich auch sein u. halbwegs vor
> Umwelteinflüssen geschützt sein.

Schau mal bei Campbell Scientific https://www.campbellsci.de/ nach wie 
die Engländer das machen.
Sauteuer, echte "Made in England" Qualität, guter Support. Aber wenn man 
einen Heli chartern muss um zum Datenlogger zu kommen, ist der Preis für 
den Logger weniger interessant.

[Mario H. (portuer)]

Vielen Dank für alle Antworten!

Ja, den benötigen Strombedarf muss ich noch ermitteln.

Wie halte ich am besten den Überblick über den Ladestand des Akkus? Kann 
man die Restkapazität irgendwo auslesen (zB. über den Laderegler)?

Danke u. beste Grüße!

[Mario H. (portuer)]

Steve B. schrieb:
> Der Akku ging max. auf ca. 70% runter und war spätestens um 13:00 Uhr
> immer wieder voll. Auch bei Bewölkung.

Woher weißt du diesen Wert? Danke

[Julian B. (julinho)]

Mario H. schrieb:
> Vielen Dank für alle Antworten!
>
> Ja, den benötigen Strombedarf muss ich noch ermitteln.
>
> Wie halte ich am besten den Überblick über den Ladestand des Akkus? Kann
> man die Restkapazität irgendwo auslesen (zB. über den Laderegler)?
>
> Danke u. beste Grüße!

Du kannst zum einen die Akkuspannung messen und daraus grob auf den 
Ladezustand schließen. Zweite Möglichkeit, du nimmst einen Laderegeler 
mit Datenausgang und liest den SOC aus.