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Baubericht Arduino - Autarke Spannungsversorgung mit Solarzelle und LiPo-Akku

BAXL

Admin
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In diesem Bericht widme ich mich der autarken Spannungsversorgung für einen Arduino mit einer Solarzelle und einem LiPo-Akku.

Um einen Arduino zu betreiben benötigt man eine permanente Spannungsversorgung. Nicht immer ist eine Steckdose in Reichweite. Besonders beim Einsatz im Freien, z.B. für eine Wetterstation, aber auch bei anderen Projekten wie einer Pegelüberwachung für eine Wassertonne, Lüftersteuerung für eine Garage, oder der Messung von Temperaturen bei der Solarthermie. Eine Lösung stellt eine Batterie oder ein Akku dar. Batterien müssen rechtzeitig gewechselt werden und ziehen weitere Kosten und Wartung nach sich. Ein Akku muß regelmäßig geladen werden, sei es, indem man ihn regelmäßig per Netzteil nachlädt, oder aber, indem man den Akku per Solarzelle automatisch nachlädt.

Eine Solarzelle kann man also nicht nackt anschließen, weil der Arduino nur dann läuft, wenn genügend Lichteinstralung vorhanden ist, außerdem braucht es eine stabile Spannung.
Zu dem Zweck habe ich mir zwei Solarpanele mit 5V und 2,5W Leistung bestellt und heute sind noch Step Up Wandler eingetrudelt. Jetzt warte ich noch auf die Ladelektroniken für einen 1s LiPo-Akku.





Mein Plan ist es, die Solarzellen an den Step Up Wandler anzuschließen, um eine stabile 5V Spannungsquelle zu haben, deren Ausgang dann an den Eingang der Ladeplatine kommt.
Die Solarzellen liefern bis knapp 6V Leerlaufspannung bei Sonneneinstrahlung, dass konnte ich heute schon nachmessen.

Der Arduino soll dann über die Ladeplatine angeschlossen werden.

Tbc.
 

bugster_de

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Hi,

ich bin gespannt!

Für die Überwachung der Wassertemperatur an meinem Pool habe ich einen ESP8266 Dev-Board an eine sehr große Powerbank angeschlossen welche über eingebaute Solarzellen verfügt. Der ESP wacht einmal pro Stunde auf, misst die Wassertemperatur und meldet sie per MQTT an die Hausautomation. Danach legt er sich wieder schlafen und verbraucht dabei nur wenige µA. Die Powerbank hat glaube ich 21Ah (also großes Teil) und damit läuft das Setup den ganzen Sommer durch. Kosten ca. 35,- € und 5 Minuten Bauzeit.
Für den Anwendungsfall der Wassertemperatur geht das, da die sich ja nicht so schnell ändert und ergo einmal pro Stunde messen ausreicht. Bei einer anderen Anwendung wie z.B. Windgeschwindigkeit muß der Arduino / ESP permanent eingeschaltet sein und da ist dann die Solarzelle an der Powerbank zu klein; ergo bin ich gespannt wie sich dein Setup bewährt.
 

BAXL

Admin
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So eine Powerbank mit Solar habe ich auch noch da liegen. Das Laden mit den eingebauten Solarzellen ist eher suboptimal. Es geht mir im Wesentlichen um das „mal sehen was und wie es geht“ und um das Bauen selbst. :)
 

bernd-das-brot

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Ich denke, das mit dem Spannungswandler an Solarzellen kannst du knicken. Die Solarzellen liefern die 2,5W nur bei voller Sonneneinstrahlung, dann ist genügend Spannung vorhanden um auf den Spannungswandler verzichten zu können. Der Spannungswandler wird also dann gebraucht, wenn die Ausleuchtung nicht perfekt ist und ausgerechnet dann, wenn am Spannungswandler eingangsseitig mehr Strom benötigt wird, als am Ausgang abgerufen werden, liefern die Solarzellen nicht den vollen Strom, ich denke nicht, daß das sauber funktioniert. Ich würde eher auf eine Nachführung setzen oder die Solarzelle Massiv vergrößern. Eine einfach Nachführung ist sogar ohne Elektronik, einfach mit zwei kleinen, antiparallel geschalteten Solarzellen und einem Getriebemotor realisierbar.
 

BAXL

Admin
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Dass die vollen 2,5W immer geliefert werden, damit rechne ich auch nicht, entsprechend kleiner ist die Spannung an den Zellen, darum der Step Up Wandler. Ist auch der erste Versuch. Sollten die Zellen nicht reichen ist mit neuen Panelen sicher Luft nach oben. Bei dem LiPo bin ich noch nicht schlüssig wie groß der werden soll. Der Nano konsumiert schon 25mA zuzügl. Zusatzsensoren. Ich überlege den Nano zwischendurch schlafen zu legen und nur ca. alle 8 s zu messen.
 

daybyter

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Ich weiss nicht, ob der Nano so gut geeignet ist für Low Power. Meine erste Idee wäre stm8L bzw stm32L gewesen.

Meine Lösung für arme Leute sieht hier so aus, dass ich einen stm32 blue pill genommen hab, die Power Led entfernt hab, und den 3,3v Spannungsregler ausgelötet hab.
 

daybyter

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Da siehst wie weit ich gekommen bin:


Wichtig ist noch, den Multiplikator vom stm32 runter zu drehen. Ich glaub, er läuft da mit 8 MHz, wenn er wach ist.

Durch die 3,3 v Technik kannst das Board halt direkt mit einer 3v Knopfzelle betreiben. Evtl gehen auch 2 NiCD Zellen. Dafür bräuchtest Du keine Ladekontrolle.
 

BAXL

Admin
Mitarbeiter
Hallo Daybyter, der Fokus liegt in diesem Projekt nicht auf Lowpower, obgleich das bei einem mögliche Mess-und Steuereinsatz eine positive Auswirkung auf die Auslegung der Versorgungskomponenten hätte. Trotzdem ist das ein sehr interessantes Board, welches ich sicher mal ausprobieren werde. Im Moment spiele ich kreativ mit Lösungsansätzen und habe noch keinen konkreten Einsatz geplant. Aktuell ist der Weg das Ziel. :)

Weitere Anregungen und Gedanken sind also ausdrücklich willkommen, selbst sie in diesem Projekt nicht unmittelbar berücksichtigt werden, so sind die für mich durchaus Inspirationen.
 
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