Im Normalfall hat man am Bienenstand keine Stromversorgung, daher wird sich in diesem Beitrag der autarken Stromversorgung des Raspberry Pis (RPi) gewidmet. Der Raspberry Pi 3 B benötigt als optimale Eingangsspannung 5,1V und 3A. Im Vergleich zu anderen Boards wie dem Arduino oder dem ESP8266 ist das sehr viel. Trotzdem lässt sich eine solche Stromversorgung realisieren. Mit dem RPi Zero W wird nur noch 160mA/h verbraucht. Dadurch hält eine Batterie mit dem Zero W etwa doppelt so lange wie mit dem RPi 3 B.
Wenn ein Surfstick angeschlossen ist steigt der Stromverbrauch noch zusätzlich (wenn die Übertragung der Messdaten per Mobilfunk erfolgt).
Batterie
In meinem Fall hatte ich eine alte 12V Autobatterie zu Hause. Es können aber auch statt Lithiumbatterien beispielsweise Blei-Akkus verwendet werden. Es ist darauf zu achten, dass die Batterie eine möglichst große „Ah“ Angabe hat. Optimalerweise wäre eine Kapazität von mind. 70Ah.
Um den Raspberry Pi nun mit Strom zu versorgen wird ein 12 Euro teurer „DC-DC-Buck Converter“ verwendet, der zwei USB-Ports hat.
Aufladen mit Solarmodul
Um die Batterie automatisch aufzuladen habe ich auf meinem Bienenkasten ein 25Watt starkes Solarpanel befestigt. Dieses kostet auf Amazon zwischen 47 und 58 Euro und beinhaltet bereits einen 3A Laderegler.
Strom-Engpass über die Wintermonate
Ein Besucher hat uns das nun folgende Verlaufsdiagramm zur Verfügung gestellt, auf dem der Spannungsverlauf seiner Batterie gezeigt wird. Über die Wintermonate könnte bei zu wenig Sonneneinstrahlung dem Raspberry Zero der Strom ausgehen. Rot der Moment, wenn die extern geladene Batterie wieder angeschlossen wurde. Blau, war als Zwischenlösung eine Motorradbatterie. Diese ist natürlich viel kleiner und hält daher nicht so lange. Aber sie funktioniert auch noch bei geringen Spannungen.
Die Grafik stammt von einem „Raspberry Pi Kamera“ Projekt. Auf unserem Raspberry Pi läuft das Raspbian Betriebsystem. Dadurch können Bauteile, wie eine Kamera zusätzlich angeschlossen und softwaretechnisch unterstützt werden.
Über die Winterzeit liefert eine Batterie nicht die volle Leistung und die Anzahl der Sonnenstunden ist geringer. Daher muss die Batterie (je nach Kapazität) alle paar Tage manuell aufgeladen werden.
Akku-Betriebszeit berechnen
Über dieses Tool kann die Akku-Betriebszeit berechnet werden: Akku Betriebsdauer Rechner
Idee: Weidezaun Solarsysteme
Möglicherweise können 12V Lithiumbatterien, die für Weidezaunbedarf verfügbar sind als Solarsystem zusammen bestellt werden.
Nachtrag: Zeit- und Energiemanagement
Wer auf einen großen Akku oder ein großes Solarpanel verzichten möchte kann sich zum Energiesparen auch das Witty Pi Mini Modul anschließen. Alles zu diesem zusätzlichem (optionalen) Modul erfährst du in diesem Beitrag. Damit hat man auch in den Wintermonaten nun wirklich noch genug Akku. Dieses Modul kann immer noch im Nachhinein nachgekauft werden.
PiJuice Solar hat doch alles was benötigt wird…
https://github.com/PiSupply/PiJuice
https://uk.pi-supply.com/collections/pijuice
Hallo,
ich bin gerade dabei das Projekt bei mir umzusetzen. Ich habe folgendes Problem mit meinem PI zero W:
mit dem Steckernetzteil startet er ganu normal und läuft. An einer 12V KFZ Batterie mit dem DC Converter 8-22V bis 5V 3A startet er nicht!
Woran kann das liegen und was wäre eine Lösung? Ich benötige nämlich eine autarke Spannungsversorgung
Hast du die Ausgangsspannung gemessen?
Sind es wirklich 5V
Bei manchen Convertern kann man die Spannung einstellen
ja, hab sogar 2 Converter getestet. Einer hat 5,0V Ausgangsspannung und der andere 5,1V. Beide bringen den PI zero nicht zum laufen. Ist für mich auch gerade etwas unerklärlich…
Hallo
Wir sind gerade beim Versuchsaufbau und ich wollte fragen ob es sinn macht den Akku Thermisch zu isolieren (also in eine Styroporbox zu stellen) um ihn vor Frost zu schützen?
Hat da jemand Erfahrung damit?
Des Weiteren haben wir wenn ein schöner Tag ist und der Laderegler anspringt starke Ausschläge bei der Gewichtsmessung (morgens ins + um 400-500g und nachmittags 300-500g ins minus ?!?!?!) Hat dieses Problem sonst jemand?
Wie gesagt derzeit nur Versuchsaufbau mit gleichbleibendem Gewicht
FAZIT: Hammer Projekt der HoneyPi, danke für alles!!!
Guten Abend,
Auch wenn die Variante mit der Autobatterie, solarzelle, Spannungswandler etc. mein Bastlerherz anspricht, habe ich mich dennoch für den denkbar einfachsten Weg entschieden und einfach das hier gekauft.
QTshine Solar Powerbank 26800mAh,Solarladegerät mit Eingängen Type C,Power Bank Hohe Kapazitat Externer Akku Fast Charge Tragbares Ladegerät Akkupack für iPhone, iPad, Samsung Galaxy und mehr https://www.amazon.de/dp/B0895SL557/ref=as_li_ss_tl?ie=UTF8&linkCode=ll1&tag=honeypi-21&linkId=ba80a2f266f5abffc21ad47ec1c88048&language=de_DE
Ich habe die powerbank in einen wasserfesten ZIP-Beutel gepackt. Und die stelle wo das ladekabel zum Pi herausgeführt wird mir Outdoor panzertape Abgedichtet. Voila!
Der Strom der Nachts verbraucht wird, wird selbst bei herbstlich bewölktem Himmel wieder aufgeladen.
Bisher bin ich mit dieser Lösung sehr zufrieden.
Die ganze restliche Elektronik befindet sich in einer wasserdichten Kajak-Tonne. In die ich ein loch gebohrt habe und die kabel mit heisskleber versiegelt herausgeführt hab.
Falls jemand eine mobile Lösung sucht. Kann ich diese Version auf jeden fall empfehlen.
Womit lädst du die Powerbank den? Nur mit der eingebauten solar Platte?
Reicht das wirklich wie oft sendest du den die Daten hoch?
Kann mir nicht vorstellen das das reicht nach meinen jetzigen Erfahrungen. Lithiumtechnik hat ein Problem bei Minus Graden das kommt noch dazu. Vielleicht berichtet er ja von seinen Erfahrungen.
Ob er ein Pi Zero verwendet mit witty wissen wir auch nicht.
Gruß Jörg
Deswegen frage ich ja , 🙂
Ich wollte sowas aber auch mal testen .
Mit Pi zero +Witty und ein oder 2 mal am tag daten senden per Wlan
Hallo Christoph,
dein Aufbau hört sich sehr interessant an. Kannst du mir ein paar Bilder schicken?
Wie klapp es mit der Powerbank bei diesem Schuddelwetter mit sehr wenig Sonne?
Gruß Tristan
Leider immer noch keine Antwort 🙁 Ich möchte Anfang nächsten Jahres auch mit diesem Projekt beginnen und hoffe, dass sich Christoph nochmal meldet.
Also die Kombination aus Witty + Pi Zero + Solarpowerbank wäre es der Hammer. Es gibt ja auch noch die Alternative, dass man z.b. eine Solarpowerbank mit zusätzlichem Solarpanel verwendet. Ich werde dieses Projekt auf jedenfall im kommenden Jahr ausprobieren und berichten 🙂
Hallo,
erst mal dickes Lob an das HoneyPi Team. Echt cooles Projekt !
Ich stehe gerade vor der Entscheidung welche Solarlösung für mich passt. Ich verwende den Pi Zero W mit einem Surfstick.
Wenn ich die Doku richtig verstehe ist ein externes Nachladen bei einem 70Ah Akku + 10-20 Watt Solarpanel im Winter sehr wahrscheinlich, richtig !?
Dann würde ich es nämlich eher mit Witty Pi 3 Mini + kleines Solarpanel + alte Powerbank (20Ah) probieren.
Mit welchen Setup ohne Witty Pi kommt man denn sicher über den Winter 🙂 ?
Danke für eure Hilfe
Gruß
Kai
Also, ich muss ja sagen, das Projekt gefällt mir sehr gut. Ich werde mal anfangen das ganze auf ESP32/NodeMCU zu portieren. Damit sollte die ganze Sache sehr sehr stromsparend werden :).
Hallo Oliver,
das habe ich auch schon angedacht. Die Portierung würde ich gerne der Organisation hinzufügen: https://github.com/Honey-Pi Weitere Details können wir gerne per Mail besprechen.
Viele Grüße
Javan
Hallo,
Habe nun auch endlich 2 Waagen am laufen.
Gibt es schon Neuigkeiten zum esp32/nodemcu? Habe nun das Verbrauchsproblem.
Hallo Stefan,
von uns wird es keine Esp32 Version geben, da wir mit dem WittyPi Modul eine geeignete Lösung geschaffen haben. Es gibt auch andere Zeitschaltungslösungen Module, die man nutzen kann.
Grüße
Javan
Hallo zusammen
Zuerste mal ein grosses Lob an das HoneyPi-Team für die supertolle Lösung! Gerne werde ich euch einen Betrag spenden oder die Premium Version der App kaufen.
Ich habe seit einigen Tagen einen Raspi in meinem Bienenhaus, welches mitten im Nirgendwo steht. Strom generiere ich über eine kleine PV-Anlage, für das Internet habe ich einen alten Mobile Hotspot angeschlossen. Leider verbraucht die Lösung zu viel Strom und ich muss Strom sparen. Der Raspi alleine würde ich hinkriegen, aber den Mobile Hotspot kann ich leider nicht die ganze Zeit laufen lassen.
Frage an euch – wenn ich den Surfstick anschliesse und den Raspi mit dem WittyPi ergänze, ist dann der Surfstick auch nicht aktiv, wenn der Raspi „schläft“? -> d.h. die Lösung braucht beinahe keinen Strom?
Wenn ja, so könnte ich den Raspi 1x pro Stunde hochfahren, er sendet die Daten in die Cloud und ich kriege das Energiemanagement in den Griff 🙂
Alternativ wäre der Anschluss eines Relais an einem freien GPIO-Port und ich starte und stoppe den Mobile Hotspot. Ich weiss aber nicht, sich der Raspi von selber mit dem WLAN verbindet, wenn dieses zur Verfügung steht.
Sehr cool wäre eine Erweiterung der Firmware, dass der Raspi die Daten offline speichert und man zum Zeitpunkt X die Daten in die Cloud hochladen kann. So könnte ich den ganzen Tag die Daten speichern und 1 x pro Tag hochladen.
Mit Imker und Elektronikergrüssen
Christoph
Die neuste Firmwareversion hat bereits diese Offline Messdaten funktion. Du kannst die Daten dann gesammelt herunterladen und in ThingSpeak manuell importieren.
Ja wenn du den Surfstick über ein Adapter Kabel an den Raspberry Pi anschließt bekommt der Surfstick nur dann Strom wenn der Raspi an ist. Also optimal für das was du vor hast ohne Umwege.
Nachtrag zu meinem vorherigen Kommentar: Ich habe ein paar dieser Spannungssensoren herumliegen, kann Die gerne einen oder zwei per Post schicken 🙂
Der Spannungsmesser wurde inzwischen ab Version v1.0 integriert. 🙂
Hallo Javan,
so langsam trudeln die einzelnen Bauteile aus China bei mir ein, so dass ich den Laboraufbau nach und nach auf dem Schreibtisch vervollständigen kann. Das ist ein tolles Projekt und macht richtig Spaß. Danke dass Du / Ihr das zur Verügung stellt 🙂
Ich plane auch eine autarke Solarstromversorgung. Dabei würde ich mir wünschen, auch die Spannung des Akkus über Thingspeak sehen zu können. Wenn ich es richtig verstanden habe ist eine solche Funktion bisher nicht vorgesehen.
Wäre es denn mit vertretbarem Programmieraufwand möglich, einen analogen Spanungssensor (z.B. https://www.ebay.de/itm/10pcs-Voltage-Sensor-For-Arduino-Raspberry-Pi-Voltage-Detector-Module-Max-25V/253882295343?hash=item3b1c90642f:g:~I8AAOSwQ~hbmcw3) in die Firmware zu integrieren, so dass dieser als fünfter Sensortyp konfiguriert werden kann?
Cool fände ich wenn bei kritischer Unterspannung eine Push-Nachricht versendet würde, aber das würde dann ja vermutlich analog zu dem „Schwarmalarm“ funktionieren. So weit bin ich aber gerade noch nicht.
Interessant wäre evtl. auch eine batteriespannungsabhängige Notabschaltung, um eine Tiefentladung zu verhindern. Ein vernünftiger Solarlader beinhaltet diese Funktion allerdings auch.
Hallo Johannes,
ich würde das demnächst gerne umsetzen.
Das Bauteil als zusätzlichen Sensor hinzuzufügen ist kein Problem.
Gerne kann auch jemand anderes einen PR dafür schreiben: https://github.com/Honey-Pi/rpi-scripts
Nachtrag: Der Spannungsmesser wurde inzwischen ab Version v1.0 integriert.
Viele Grüße
Javan
Hallo Javan,
ich bin gerade dabei mir eine autarke Stromversorgung aufzubauen. Gibt es schon die Möglichkeit den oben genannten Spannungssensor anzuschließen?
Viele Grüße
Martin Kosmann
Nein, das wurde bisher leider noch nicht umgesetzt. Habe in den letzten Wochen aber die anderen offenen Punkte umsetzen können, werde bald eine neue Firmwareversion hochladen.
Nachtrag: Der Spannungsmesser wurde inzwischen ab Version v1.0 integriert.
Hallo Javan,
jetzt sind alle Bauteile für meine autarke Stromversorgung eingetroffen, so dass ich alles zusammenbauen kann. Konntest du dich schon um die Anschlussmöglichkeit für den Stromsensor kümmern?
Viele Grüße
Martin
Nachtrag: Der Spannungsmesser wurde inzwischen ab Version v1.0 integriert.
Hallo Javan,
ich bin dabei, die Solarvariante zu planen.
Es wäre doch schön, einfach eine Powerbank als Akku zu nehmen. Die ist war relativ gering im Ladevolumen, sollte aber vielleicht schon reichen. Würde der Anschluss mit einer 2. DC-DC Buck funktionieren oder was müsste man zwischen dem Controller vom Solarpannel und der Powerbank verschalten?
Danke für eure Hilfe
Liebe Grüße
Sven
Hallo Sven, Powerbank könnte knapp werden aber mit dem Witty Pi Mini möglich.
Wie viel Volt dein Solarpanel liefert und mit was deine Powerbank geladen wird musst du selbst schauen.
Der Raspi Zero kann direkt an die USB-Buche einer Powerbank ohne einen zusätzlichen DC-DC-Buck.
Hallo,
ich mache mir gerade ein paar Gedanken über die autarke Stromversorgung am Bienenstand (Solarmodul mit Laderegler und Batterie).
Schließlich sollte die korrekte Dimensionierung ermöglichen, dass nicht alle paar Tage die Batterie am Netz nachgeladen werden muss. Etliche Imker hätten da ein Problem, da meist kein 230V Netzanschluss am Bienenstand vorhanden ist.
Ich habe mal etwas recherchiert und folgenden Leistungsangaben des Pi 3B+ gefunden:
Idle Mode: 7,6W
Sysbench Power Consumption (3 repeats, 4 threads): 14,0 W
Mit 5V Bordspannung wären das 14W / 5V = 2.8A, also ca. 3A , das macht das rechnen einfacher.
Eine ganze Menge, wie ich finde !
Im „worst case“ hieße das, eine Batterie müsste eine Kapazität (eigentlich Ladung) von 24h x 3A = 72Ah bereitstellen, damit das Board einen Tag unter Volldampf laufen kann.
Zum Nachladen der Batterie empfiehlt sich ein Solarmodul, wie es sie für den Garten-, Camping- und Outdoor-Bereich gibt.
Hier betrachte ich das Solarmodul WS20M vom Anbieter Wattstunde.
https://www.wattstunde.de/files/wattstunde/Datenblatt/Technische%20Daten/WS-M%20Modulreihe.pdf
Das WS20M ist ein 20W-Modul mit einem angegebenen mittleren Tagesertrag von 80Wh, was zum zuvor errechneten Bedarf von 72h passen dürfte.
Noch ein Wort zur Batterie. Natürlich kann man eine alte Autobatterie hernehmen um die Kosten einer Neuanschaffung zu umgehen. Allerdings sind Autobatterien sogenannte Starterbatterien, ausgelegt für einen sehr hohen Peak-Strom. Das ist nicht nötig in unserem Fall, wir benötigen eine Technologie für möglichst hohe Kapazität und moderate Entladeströme. Das sind dann die sogenannten Solarbatterien für Backup-Systeme (USV) oder Inselnetze.
Solche Batterien gibt es im Fachhandel, eine 100Ah Blei-Säure Solarbatterie (Nassbatterie) kostet ca. 100 EUR, wartungsfreie Blei-Gel Batterien sind teurer.
Der Stromverbrauch des Raspberry Pi 3B+ ist doch recht hoch, ist es möglich den Controller, in Zeiten wo keine Messwerte gesammelt werden müssten (z.B. Nachts) , in einen Stromsparmodus zu schicken ?
Ich komme aus der 8/16/32Bit Microcontroller-Welt und da ist das gar kein Thema. Man versetzt die MCU in einen Stromsparmodus und weckt sie zyklisch über einen Timer-Interupt wieder auf.
Auch könnte ich mir vorstellen den Controller über Nacht abzuschalten (Helligkeits- oder Uhrzeitgesteuert), und nur alle 10 Minuten kurz aufzuwecken zwecks Diebsstahlüberwachung.
Solche Features könnten den mittleren Leistungsbedarf erheblich senken und eine kostengünstigere Auslegung der Stromversorgung ermöglichen.
Vielleicht habt ihr diese Funktionen bereits implementiert, lasst mal hören was ihr davon haltet 😉
Viele Grüße
Hallo Stephan,
vielen Dank für deinen Kommentar und entschuldige unsere späte Antwort!
Da wir HoneyPi bisher nur unter „Labor-Bedingungen“ getestet haben, hat sich das für uns noch nicht so ergeben. Bisher läuft HoneyPi bei uns auf dem Raspberry Pi 3 (also ohne Plus), der braucht etwas weniger mA als der 3B+.
Aber für den langfristigen Outdoor-Betrieb werden wir unsere Firmware im Laufe der Woche auf dem Raspberry Pi Zero W testen. Der ist genau dafür gemacht, günstiger und es sollte damit auch wunderbar funktionieren.
Danke für den Hinweis mit der Batterie, ich werde das in der Einkaufsliste ergänzen. Ich hatte zu Hause einfach zufällig eine Autobatterie übrig.
Wir hoffen noch mehr von dir zu lesen.
Viele Grüße
Javan
Hallo Stefan, eine Blei Gel Batterie mit einem 20W Modul ist sicherlich die elegantere Lösung. Preislich deutlich günstiger ist sicherlich aber das 50W Modul (42€) mit einer alten Autobatterie. Durch das größere Modul wird die Batterie so gut wie nicht entladen und hält auch sehr lange (bei mir schon fast ein halbes Jahr) und auch wenn Sie kaputt geht kostet eine neue gebauchte beim Schrotthändler igendwo zw. 10 und 20€…