Solaranlage für Raspberry Pi4 der 365Tag 24h laufen soll! Wer kann helfen.

[AkustikRalf]

Hallo, ich benötige Hilfe bei der Auslegung einer Solarversorgung für ein Messsystem welches 365Tage 24h laufen soll.
Ich habe ein Schallmesssystem gebaut, welches ich gerne mit Solarpanele, Laderegler und Pufferbatterie betreiben möchte. An der Stelle wo es stehen soll gibt es keine Stromnetzversorgung. Die Daten übermittelt der Pi mittels SIM Karte in eine Cloud.
Im Sommer lief das was ich gebaut habe eine 100W Solarzelle und eine 70 Ah Batterie soweit gut. Die 12V habe ich auf 5V mit einem Spannungsregler heruntergeregelt. Aber als die Regenwolken kamen, fiel die Stromversorgung aus. Jetzt möchte ich es neu auslegen, mehr Solarzellen, evtl einen anderen Laderegler und eine andere Batterie, da die Messanlage auch im Dezember und Januar durchlaufen soll.
Ich hoffe mir kann jemand schnell helfen.
Gruss
Ralf

 

[RIK]

Und wie hoch ist der Stromverbrauch des Messsystems?

 

[AkustikRalf]

Da der Raspberry maximal 15W zieht, gehe ich von 3A auf der 5V Seite aus. Der Spannungswandler wird auch noch etwas verbrauchen. Genaues kann ich jedoch erst Morgen sagen sagen, wenn ich es nachmessen gehe, was aus der Batterie gezogen wird. Alternativ kann man aber auch eine Reserve mit einkalkulieren. Ich schätze wenn man von 25W ausgeht, also 5A auf der 5V Seite könnte das passen.
Genau wie gesagt Morgen, wenn ich es nachmesse.
Gruss
Ralf Melzer

 

[eFuchsi]

Die 12V habe ich auf 5V mit einem Spannungsregler heruntergeregelt.

Der währe auch interessant, welcher das ist.
Längsspannungswandler haben da einen sehr hohen Verbrauch.

 

[AkustikRalf]

Moin,
ich fahre gleich zum Messsystem und werde die Messwerte heute Vormittag mitteilen. Die vom Spannungsregeler werde ich nur schwer messen können, da er im Leerlauf wohl nicht so viel verbrauchen wird und unter Last?! Wie soll man das messen, da er aber weder im Leerlauf, noch im Lastbetrieb nicht warm wird, sollte er nicht viel verbrauchen. Interessant ist wohl eher was auf der 12V Seite, also vor dem Spannungsregler, aus der Batterie gezogen wird.
Bis später.
Gruss
Ralf

Und schon einmal vielen Dank das ihr mir helfen wollt!!!

 

[eFuchsi]

Du könntest die Marke/Type des Spannungsreglers posten.

Wenn es ein Längsregler ist (z.B.: basierend auf 7805 oder ähnlichen) verbrät der z.B: bei 1A Last und 12V Eingangsspannung 7W in Wärme bei 5W Last.

 

[patois]

Im allgemeinen bin ich kein Freund von getakteten Spannungswandlern,
aber im vorliegenden Projekt, wo es um Ströme von bis zu 3 Amp gehen soll,
sehe ich den getakteten Spannungswandler als das richtige Mittel zum Zweck an !

 

[patois]

Gewiefte Bastler können die Schaltung des 7805 mit einem externen Transistor beschalten,
so dass auf diese Art und Weise der Strombereich auch auf 3 Amp erweitert werden könnte.

 

[eFuchsi]

was aber an der Verlustleitung nichts ändert.
Bei 3A Stromverbrauch hat man bei einem Längsregler von 12V auf 5V nun mal 21W Verlustleistung.

 

[patois]

Der von mir zitierte "gewiefte Bastler" führt in diesem Fall einen Teil der entstehenden Verlustleitung über einen entsprechenden Vorwiderstand ab.

Für die Stromentnahme aus dem Akku zählen die 3 Amp, egal ob sie über getakteten oder analogen Spannungswandler spannungsmäßig angepasst werden.

Die Akkukapazität ist hier die Schwachstelle . . .
*

 

[AkustikRalf]

Hallo,
ich war gerade messen und Liste am besten noch einmal die korrekten Komponenten auf, die zur Zeit verwendet werden. Ich füge sofern es geht unten die Links der Bezugsquellen bei.
1. 100W Solarpanel Monokristallin
2. billig Laderegler, Thlevel, 30A 12V/24V für Blei Säure Batterien
3. spannungswandler 12V auf 5V, war ein 2,4A Wandler für den Ziggarettenanzünder Anschluss fürs Auto, hatte ich vom Anschluss her umgebaut (Anschlussleitungen angelötet auf der Platine); bestimmt nicht optimal aber funktioniert. Wird auch nicht warm!!!

Überall sind Sicherungen zwischen gesetzt.

Jetzt zu den Messwerten:
Wetter bewölkt, zwischenzeitlich etwas Sonne.

Spannung Solarzelle
11,49 V ohne Last (Raspberry)
11, 3 V mit Last
Strom zwischen Solarzelle und Laderegler
630 mA - 640 mA ohne Last
603 mA - 610 mA mit Last

Spannung Batterie
11,48 V ohne Last
11,2 V mit Last
Strom zwischen Laderegler und Batterie
820 mA recht stabil; ohne Last also ohne Raspberry und ohne Spannungswandler
350 mA - 450 mA mit Last

Spannung Laderegler Verbraucher Anschluss
11,4 V ohne Last
11,2 V mit Last
Strom zwischen Laderegler und Spannungswandler
250 mA - 600 mA ohne Last
380 mA - 600 mA mit Last Raspi+Wandler

Spannung vom Spannungswandler zum Raspberry Pi
5,26 V
Strom
400 mA - 700 mA Raspi Normalbetrieb
940 mA - 1 A Raspi beim Start

Ich hoffe ihr könnt mir mit den Werten weiter helfen.
Ich würde gerne den Verbraucher mind. 10 W berücksichtigen, auch wenn die Messung nur ca 5 W im Max. ergeben hat (Reserve halt).

Wichtig ist, dass das Messsystem auch im Winter gut durchlaufen kann.

Schon einmal vielen Dank für eure Hilfe!!!

Gruss
Ralf

 

[AkustikRalf]

Sorry ich habe die Batterie vergessen und die Links.
4. Gel Batterie Bleiakku 12V 36 Ah
( nicht wie zu Anfsng behauptet 70 Ah)

Links

1. Solarpanel
KESSER® Solarpanel Monokristallin Solarmodul Solarpanel - 100W 18 V für 12 V Batterien, Photovoltaik - Solarzelle Solaranlage PV-Anlage Solar für Wohnwagen, Camping, Balkon, Gartenhäuser Amazon.de

2. Laderegler
Thlevel 30A 12V/24V Solar Laderegler Solar Ladegerät Controller Solarpanel Batterie Intelligente Solarregler PWM mit 5V Dual USB Port LCD Anzeige für Blei Säure Batterien Amazon.de

3. Spannungswandler 12V / 5V (so ähnlich mit 2,4A USB Anschluss.
Angebot: AINOPE KFZ ladegerät 4.8A, Mini Zigarettenanzünder USB Adapter Bündig Mit 12v USB Steckdose, Metall USB Auto Ladegerätc mit blauem LED-Licht, für iPhone15/14/13/12, iPad Pro/Air, Galaxy und mehr Amazon.de

4. Batterie
Universal Power UPG12-36 12V 36Ah (C20) Gel Batterie wartungsfrei, zyklisch online bestellen | Autobatterie-Markt

 

[Octavian1977]

Mit rund 11,5V ist der Akku schon mal nicht voll geladen oder defekt.

Die Werte sind an sich auch egal denn Du weißt ja schon, daß es damit nicht geht und was anderes brauchst.

Interessant wäre hier die Ausrichtung der Zelle und ob es Beschattung gibt.

Wenn wir nun mal 10W annehmen als Verbrauch benötigst Du schon auch im Sommer eine die deutlich mehr kann, denn die muß ja auch im Sommer die dunkle Zeit überbrücken.

mit 10W Verbrauch benötigst Du am Tag schon mal 240Wh.
Im Winter wirst Du auf ein Tagesmaximum von 10% der Sommerleistung der Zelle kommen und deutlich mehr akku brauchen.

Wenn man das hoch professionell angehen wollte müsste man die Einstrahlungsenergie am Standort wissen und viel rechnen.

Reim vom Gefühl her wird das allerdings sicher auf mindestens 2 Paneele á 400W rauslaufen und mal eine wesentlich größere Batterie.
Dein Akku hat da maximal 400Wh gespeichert, da solltest Du allerdings schon eher darauf bauen mal 5 Tage zu überbrücken, also eher mal 3-4 davon.

Außerdem solltest Du den Akku auch regelmäßig überprüfen damit dieser auch noch ausreichend speichern kann.
Wenn das ganze in unbeheizten und ungekühlten Umgebungen aufgestellt ist, sollten das Autobatterien sein, denn diese sind für so Temperaturschwankungen ausgelegt.
Andere Typen mögen keine Temperaturen über 20°C und erst recht keinen Frost.

 

[AkustikRalf]

Hallo Octavian1977,
danke für die erste Betrachtung.
Wenn ich also 2 X 400W Pannel (zertifiziert vom TÜV) benutze und 2 X 100Ah Varta Autobatterie nehme, sollte es deiner Meinung nach reichen für die Winterzeit!?
Kann ich die beiden Batterien einfach parallel schalten und somit 200Ah erzielen?
Und kann ich die beiden Solar Panele auch parallel an den Laderegler anschließen. Der Laderegler hat nämlich nur einen Solar Panel Anschluss?!

Gruss
Ralf

 

[Octavian1977]

die TüV Zertifikate kannst du auch weg lassen die braucht keiner, denn Du kannst da gar nicht erkennen was genau zertifiziert wurde.
Nimm anständige Module von Heckert, Meyer-Burger, Solarwatt, oder anderen Deutschen Herstellern.

Ob das für den Winter nachher wirklich reicht ist schwer zu beurteilen, im Zweifelsfall kann man eben noch weitere Batterien hinzu schalten oder auch weitere PV Module (sofern man die Spannung des Reglers nicht übersteigt) montieren.

2 parallele 100Ah Batterien ergeben 200Ah das ist richitg. Die Akkus sollten baugleich sein und auch gleich alt (1 Jahr unterschied wäre akzeptabel)

Auf jeden Fall solltest Du die Module so ausrichten, daß im Winter der maximale Ertrag herauskommen kann, im Sommer reicht das auf jeden Fall auch wenn die Module dafür dann nicht perfekt ausgerichtet sind.

Meine Lüftung (max 40W) lief bisher immer bis mitte November, ab da mußte ich den Akku(2x 170Ah 12V) aus dem Netz laden.
Dieses Jahr habe ich noch 4 weitere Akkus dazu gebaut, mal sehen ob das jetzt ausreicht.
Aufgeladen wird das mit einem 315W Modul von Heckert.

 

[Pumukel]

Ein 12 V Akku sollte bei dieser Last eher bei 12,3 V und höher liegen.
Dein Akku muss wenn er geladen wird da eher 13,8 V und höher haben.
Dein Spannungsregler verbrutzelt da 7 V*3 A schon allein 21 W . Besser ist da ein Schaltregler der hat deutlich weniger Verluste.
Zur Zeit verbrauchst du da 21 W+20 W = 41 W !
40 W:12V sind 3,3 A .
Dein 36 Ah Akku kann das System da bestenfalls 36 Ah: 3A = 12 Stunden versorgen .
Ich würde zuerst mal den Spannungsregler ersetzen durch diesen Amazon.de
Das spart dir schon mal rund 15 W !
Als zweites deine Akku auf Minimum 100 Ah erhöhen mehr ist besser.
Drittens die Solarpaneele auf 400 bis 800 W erhöhen. Spannung min 18 V.
Bei 100 Ah überbrückt dein Akku da 100Ah : 3 A = 33 stunden ohne Sonne. Das sind gerade mal rund 1,5 Tage.
Im Sommer bringen deine Solarzellen genügend Strom um den Akku nachzuladen und dein Messsystem zu versorgen.
Im Winter sieht das schon anders aus. bei 10 % bleiben da noch ca 40 bis 80 W zur Versorgung des Messsystems und zur Ladung des Akkus.

 

[AkustikRalf]

Hallo Pumukl,
vielen Dank für deine Hilfe!
Ja, die Aufstellung von Dir macht Sinn.
Wenn ich aber von den gemessenen Werten ausgehe und nicht von den Wunschvorstellungen von mir, dann zieht der Raspberry Pi inkl. dem Spannungswandler im Maximum 1A bei 12V (und das nur beim Hochlaufen/Neustart; 380 - 600mA beim Normalbetrieb).
Gehen wir aber mal wirklich von diesem Maxwert aus und nehmen an dass das die Dauerlast wäre. Dann reden wir nur noch von 12W bei 12V/1A insgesamt an Verbrauch.
Wenn ich jetzt zwei 100 Ah Batterien parallel anschließe, habe also 200 Ah zur Verfügung, dann könnte ich damit 200 Stunden überbrücken. Die Frage ist dann, wenn ich jetzt 800 Watt an Solarzellen habe und dort im Optimum nur 10% kommen. Schaffen die es dann die Batterien nachzuladen wenn innerhalb der 200 Stunden wieder etwas Sonne kommt?!?!? Die Zellen sind von der Richtung her optimal ausgerichtet, lassen sich auch zur Winterzeit nachbestellen.
Kein Schattenwurf.

Gruss
Ralf

 

[Pumukel]

Ich sagte schon ersetze den Spannungsregler , das minimiert schon mal die Verluste. Den Akku erhöhen bringt längere Laufzeit ( im Winter hast du rund 14 Stunden ohne Sonne. Die größeren Zellen haben genügend Reserve um den Akku nachzuladen. Und wenn dein System nur 1 A zieht um so besser.
Rechne mal mit 40 W von der Solarzelle Das sind 40 W : 14 V = 2,8 A Bei 1 A bleiben 1,8 A zum Laden des Akkus . Bei 3 A reicht das knapp zum Betrieb des Rechners aber nicht zum Laden.

 

[Pumukel]

Bei 80 W sieht das dann schon besser aus den 80 W:14 V = 5,7 A ! Im Sommer begrenzt der Laderegler den Ladestrom auf zb 20 A ( der normale Ladestrom für 200Ah ) und die Ladeschlussspannung. egal welche Leistung dann deine Solarzellen bringen könnten! Theoretisch würden die 800 W da bei 14 V ca 57 A bringen.

 

[AkustikRalf]

Tja, ich glaube das Projekt werde ich mit 800W Solarzellen, 200 Ah Batterie, Laderegler und Schaltspannungswandler umsetzten und schauen ob das Messsystem im Winter durchläuft. Ganz schön viel Aufwand für einen Raspberry.

Ich werde berichten.

Vielen Dank an alle die sich beteiligt haben mir zu helfen!!!

Gruss
Ralf