Schaltplan zur Solaranlage

Da ich mehrmals schon darum gebeten wurde, einen Schaltplan zu zeichnen hab ich mich mal eben an Inkscape rangesetzt und “sowas wie einen Schaltplan” gezeichnet. Elektriker bitte weg gucken, ich weiß das ist bei weiten nicht perfekt aber ich denke es zeigt gut genug auf, was womit verbunden ist. Denkt bitte daran, dort wo viel Strom fließt auch einen entsprechenden Kabelquerschnitt zu nehmen, sonst bruzzelt euch das ganze ganz schnell wieder weg 😉 Meine 6mm² vom Regler zur Batterie sind bestimmt ein wenig übertrieben, aber je höher der Querschnitt desto weniger Kabelverluste man gewinnt also hier auch noch ein klein wenig Energie 😉 Viel Spaß beim nachbauen

Strom- und Spannungsmessung an einer Solaranlage mit LoRaWAN Übertragung

Hallo zusammen

Da mir bisschen vorgeworfen wurde, ich dokumentier zu wenig (jaja ihr habt ja recht…), hab ich mir jetzt mal vorgenommen zumindest diesen Teil mal hier ein wenig zu dokumentieren. Es geht darum das ich eine autarkes Richtfunkrelais betreibe, mit Solarstrom, eine Pufferbatterie sowie einen Solarregler. Da durch Solarstrom der Strom bekanntlich begrenzt ist, sind die 2 Litebeams einfach mit einen Ethernetkoppler zusammen gesteckt, es gibt keinen Switch o.ä. um etwas per Ethernet anzuschließen das Messwerte überträgt, hätte alles eh viel zu viel Strom verbraucht.

Die grundlegende Idee ist eigentlich ganz einfach. Ich hatte noch eine hand voll von den lora32u4 Controllern daheim rumfliegen, als Spannungsmessung machen wir einfach einen Spannungsteiler um die bis zu 15V Batteriespannung auf 3,3V zu bekommen, sowie einen ACS725 für bis zu +-30A. Wer seine Solaranlage kleiner auslegt kann zu gunsten einer besser Auflösung auch einen kleineren nehmen (gibt es wohl noch mit +-20A und +-10A), achtet dabei aber auf 3,3V Betriebsspannung die für den LoRa32u4 Controller zwingend nötig ist.

Vom Spannungsteiler weiß ich die Werte schon gar nicht mehr so genau, waren irgendwas um die 10kOhm zu 3kOhm oder so (der kleinere Wert waren sogar nochmal 2 Widerstände in Reihe da ich sonst nichts passendes gefunden habe). Am Ende ergab dann eine Messung das 17,6V über dem Spannungsteiler exakt 3,3V an einen Widerstand ausmacht. Für uns ein recht optimaler Wert da die Akkuspannung hoffentlich nie über 17,6V geht (dann würde der Analogeingang des Controllers mit >3,3V belastet werden was er vermutlich nicht überlebt, Angsthasen können hier noch eine “Sicherheits-Z-Diode” einbauen die ab 3,3V kurz schließt) und wir auch nicht ewig weit drüber sind so das wir nicht zuviel Auflösung verlieren.

Da wir nur 12V an der Batterie haben, der LoRa32u4 aber 5V über USB benötigt, habe ich noch einen kleinen StepDown Wandler davor geschaltet der direkt an der Batterie mit dran hängt und am Ausgang stabil bisschen über 5V liefert.

Die restliche Verkabelung ist recht leicht:

Der Spannungsteiler hängt mit einer Seite am + der Batterie, mit der anderen Seite am – und dort wo gegen – maximal 3,3V anliegen ist er mit dem A0 Pin des LoRa32u4 verbunden

Der ACS725 bekommt 3,3V und Masse vom LoRa32u4 und der Out Ausgang hängt am A1 Pin des LoRa32u4. Da Strom immer in Reihe gemessen wird, muss er mit den dicken Kabeln sowohl an der Batterie als auch am Solarcontroller angeschlossen werden.

Fertig ist der Verkabelung, das war der leichte Teil. Das Programm ist dann schon etwas komplexer vorallem weil ich diese LMIC immer noch nicht so genau angeguckt habe und meine C Kenntnisse nunja “vorhanden” *hust* sind. Mittlerweile hab ich das Ding aber soweit verstanden das ich es zumindest benutzen kann. Mein Code ist hier zu finden und darf gerne angeguckt und kopiert (haha, das meiste ist eh ausm example :P) werden, denkt daran eure NWKSKEY, APPSKEY und DEVADDR anzupassen.

Wie man in Zeile 129 sieht, hab ich einfach ein 60 Sekunden delay drinnen, jegliches PowerDown hat leider nicht so funktioniert wie ich wollte also muss es halt so gehen, soviel Strom wird das kleine Ding schon nicht aus meiner 120Ah Batterie raus saugen 😉

Übrigens als “Trennzeichen” und “Endzeichen” für den String der übertragen wird, verwende ich einfach ein “a”. Warscheinlich gibts auch da 1000 schlauere Wege aber ich und C und programmieren und hachja…. Es tut auch so 😉

So jetzt landen unsere Daten schon im TTN. Wie verarbeite ich die nun weiter? Tja da sowohl MQTT als auch der ganze andere neumodische Mist nicht wirklich meinst ist, bin ich recht froh, dass das TTN eine http Integration anbietet. Es werden damit also einfach die Daten an meinen Server geschickt wo es ein kleines PHP Script entgegen nimmt und in eine Datenbank weg speichert.

Das PHP Script hab ich ebenfalls mal auf Github geladen und könnt ihr euch hier angucken. Wie ihr seht, sind auch da noch 100 Debugausgaben drinnen und schön ist das ganze auch nicht gerade 😉 Aber ihr kennt mich ja “es funkioniert” 🙂

Paar kleine Erklärungen noch dazu:

Zeile 6 ist sehr wichtig, ich hab bis heute nicht ganz verstanden was sie tut aber ohne der gings nicht. Daran bin ich ewig verzweifelt. Also wer mal HTTP Integration vom TheThingsNetwork verwendet und die Daten per PHP Abfragen will: Zeile 6 da oben!

Danach wird einfach bissle das json zerlegt, die Daten die ich will rausgeholt (auch nur von einem GW, falls ein 2. die Daten auch empfängt werfe ich das unter den Tisch) und ab Zeile 37 der payload decodiert. Zuerst wird in 38 der String wieder nach dem “a” aufgetrennt, und danach aus den “Digits” des Controllers wieder Spannungswerte gemacht. Wer nachrechnet wird feststellen, das bei Zeile 39 die Multiplikation mit 17 evtl. etwas niedrig ist, da ich oben von ca. 17,6V gesprochen habe, wäre als Multiplikator eigentlich ~17,18 richtig (17,6/1024). Ist mir erst danach aufgefallen und vom Vergleich mit dem Victron 100/20 (der hat Bluetooth und man kann sich die Werte am Handy anzeigen lassen) kam das schon auf ca. 50-100mV hin (aber tatsächlich war mein Wert immer minimal geringer als der vom Victron). Da ich aber lieber bisschen weniger als mehr messe, werde ich das jetzt so lassen.

Beim Strom ist es im Prinzip das gleiche. Ich hab einen Messbereich von 60A (-30A bis +30A) somit entspricht also ein “Digit” ziemlich genau 58,59375mA (60000/1024). Da wir dann aber genau in der Mitte sind, ziehen wir die Hälfte ab (30000) und multiplizieren mit -1 um das Vorzeichen umzudrehen. Ich hab das Ding natürlich genau verkehrt herum eingebaut, sinnigerweise sollte er + Werte anzeigen wenn Strom in die Batterie fliest und – wenn Strom aus der Batterie entnommen wird.

Der Rest ist dann nur noch bisschen Datenbank geschiebe und in eine File wegschreiben damit ich direkter an die Daten ran komme. Schlussendlich wird der Wert dann hier angezeigt, sowie ein Diagramm mit jpgraph erstellt.

Fertig ist die Überwachung der Solaranlage.

Kürzester Tag des Jahres und ich bau ne Solaranlage…

Heute mal wieder ein kleiner Beitrag hier, weil ich jetzt doch mehrfach gefragt wurde was mir mein autarkes RF Relais mit Solaranlage und Batterie und kram alles gekostet hat.

Die Anlage ist deshalb nötig, weil ich von einer Seite des Dorfes nicht auf die andere Seite kam, weil das Dorf selbst im Weg ist. Also muss man einmal außen herum funken. Es gibt dort zwar ein Grundstück wo ich Sachen aufstellen kann, aber weit und breit keinen Strom.

Folgendes wurde nun verbaut:

  • Eine Gitterbox, die fällt unter “war eh da” und ich kann keinen Preis nennen
  • 3m und 1,7m (zusammensteckbar) 3 Punkt Traverse, die hab ich vor Ewigkeiten schon mal gekauft, ich kann es nicht mehr genau sagen waren um die 80€ oder so.
  • 2 LBE-5AC-23 diese hab ich in nen Shop vor einiger Zeit sehr günstig gefunden, 23€ das Stück macht als 46€ zusammen.
  • Einen Schaltschrank von Amazon für 32€
  • Bisschen Holzreste von Obi um die Gitterbox zu verkleiden 24€
  • Solarregler Victron SmartSolar MPPT Laderegler 100/20 12V 24V 20A für 165€
  • 120Ah 12V Batterie von ebay, ca. 120€ (Semi Traktionsbatterie, Nass-Batterie vermutlich bisschen zuviel gespart mal sehen wie lange sie hält)
  • 300W 24V Solarpanel von Ebay aus Italien, 130€ das Panel + 38€ Versand -> 168€
  • div. Kleinkram wie Kabel, Aderendhülsen, MC4, Ethernetverbinder usw. Stecker und Batterieklemmen, StepDown, geschätzt 80€
  • LoRaWAN Controller 13€ + ACS725 10€

Macht zusammen dann ca. 738€ rein für das Relais

Die Solarzelle hat 165x100cm und ist doch bisschen haarig zu transportieren:

Bin froh das sie nun ihr Ziel erreicht hat 😉

Ansonsten ist der Aufbau heute fertig und der Kram läuft, hier noch ein paar Bilder: