Autarke Stromversorgung am Bienenstand

By | 28. Juni 2018

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.

4 thoughts on “Autarke Stromversorgung am Bienenstand

  1. Sven

    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

    Reply
    1. Javan Post author

      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.

      Reply
  2. Stephan

    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

    Reply
    1. Javan Post author

      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

      Reply

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