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--- dc8lz:solar [2020/07/09 10:42] – [Sonstiges (Inverter, USB-Hub, SDR für APRS u.a.] dc8lz
+++ dc8lz:solar [2025/04/28 14:06] (aktuell) – gelöscht dc8lz
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-====== Ziel ======
-Das Ziel ist eine remote betreibbare Station für Kurzwelle, welche autark mit Energie versorgt wird.
-Die Anbindung und Steuerung soll mit geringer Bandbreite (<= 64kbit, wie dazumal bei ISDN, heute bekommt man bei vielen LTE/UMTS Verträgen diese Bandbreite "umonst").
-===== Probleme, Baustellen, Kompromisse =====
-Liest man sich in das Thema Solar ein, wird schnell klar, weshalb es im Winter kalt ist: Will man 365 Tage im Jahr genügend Strom, muss man im Vergleich zum Sommer mit 5..6..7 mal weniger Solarertrag im Winter rechnen. Batterien mögen die Kälte of auch nicht so sehr, haben eine geringere Kapazität bei Kälte. Schnee kann tagelang die Panele bedecken, es ist einfach ein großer Mist im Winter...
-Bei der Speicherung der Energie findet mal viele Vor- und Nachteile zwischen den verschiedenen Akkutypen. Passt der Geldbeutel, will man vielleicht gleich ein LiFePo4. Mit einem großen Blei-Gel kann man aber auch eine Zeit lang glücklich werden. Betonung auf Zeit: Die Alterung des Akkus wird ganz massiv davon abhängen, wie viel Energie man jeden Tag aus dem Akku holt. Desto größer der Akku, desto geringer die relative Entladung (aber desto teurer die Anschaffung) und im besten Fall ist er sowieso nach 10..12 Jahren kaputt.
-Einen passenden TRX zu finden, ist nicht ganz so schwer, aber auch hier gibt es viele fürs und wider. Meine Wahl viel auf einen alten Kenwood TS-480 Sat. Die Ansteuerung über Seriel und analoger Audio Anschlüsse ist nicht so schön, dafür taugt die Kennwood Software und der TRX macht das, was man will.
-Daneben trifft man auf allerlei potentieller EMV Quellen und Schwachstellen. Ein großer Eimer klapp Ferritkerne wird sicher gebraucht, man will auch die Audio Anbindung un TRX entkoppeln, Energie sparen ist generell DAS Stichwort (im Sommer ist Energie im Überfluss vorhanden). Nun mehr zu den einzelnen Baustellen...
-==== Die Anlage ====
-Solar, Akku und Regler siehe extra weiter unten... hier der "Rest":
-=== "BLE Arduino" ===
-Direkt am Akku hangt hinter einen DC-DC Step Down (xl4015) ein Arduino Nanu mit integriertem BlueTooth Low Energy, ein BLE Nano... jener sendet alle paar Sekunden die Akkuspannung über BlueToorth...
-=== Raspberry Pi Zero ===
-Läuft 24/7 nur über Solar. Power über USB Hub, angebunden ans Internet mit UMTS USB Surf Stick. Internetverbindung mit VPN Tunnel "nach Hause".
-Der Raspi bietet auch ein WLAN Accesspoint.
-Auf dem Raspi läuft ein Webserver, welcher im VPN erreicht werden kann. Hier kann der Windows PC an oder ab geschalten werden, sowie die Akkuspannung abgelesen (wird via BlueTooth empfangen) werden.
-=== Windows 10, max 3 Watt Mini-PC ===
-Intel SoC z8350 basierend, 4GB Ram, 64GB Flash, USB3, Wlan, BlueTooth, max 3Watt Verbrauch.
-Der Windows PC hängt im Wlan und wir nur bei Bedarf gestartet. Auf dem PC läuft die Kennwood ARHP Steuersoftware. Verbunden ist der TRX über ein USB-Seriel Kabel mit dem Windows PC. Audio ist galvanisch getrennt, interne Soundkarte verwendet. Das Audio Signal sendet und empfänget der PC mit der Mumble VIOP Software. Meine Ergebnisse waren hier mit Mumble positiver als wie mit TeamSpeak.
-Versuche, ohne Windows-PC mit diesem TRX aus zu kommen, schlugen etwas fehl, klappten nicht gut... es ist eine "Kröte", aber ein Windows PC vor Ort schadet auch nicht. Genial geringer Stromverbrauch!
-=== TRX Kenwood TS-480 Sat ===
-...
-==== Solarertrag ====
-Der Dipl.-Ing. Udo Schäfer hat einen super Solar- und Verbraucherkalkulator, einen Super "Inselrechner": Mittlerweile muss man sich einmal registrieren, aber da ist echt alles drin!   - [[http://example.com|esomatic Solar Calculator einer Inselanlage]]
-Wie eingangs schon erwähnt, der Unterschied zwischen Solarertrag im Sommer/Winter liegt irgendwo bei Faktor 5..6..7. An einem Wohnmobil kann ein 100Wp Panel schon mehr als ausreichend sein, wenn man nur so "bei schönem Wetter" unterwegs ist.
-In meinem Fall habe ich als Dauerverbrauch rund 10 Watt angesetzt (später mehr dazu) und komme. Rechnet man das alles durch, kommt man auf eine benötige Solarleistung von rund 400...600Wp von den Solarmodulen. Natürlich kann man da an den Stellschrauben drehen, je nach Akku-Typ und Kapazität, je mach Lebensdauer, je nach kalkuliertem worst-case (x Tage kein Sonnenertrag).
-Weiter geht es mit der Frage der Panelspannung, der Akku-Ladung. Beachtet werden müssen Parameter wie:
-  * eine beschattete, kaputt Solarzelle blockiert/verbrät Leistung
-  * ist die Ladespannung zu weit von der Batteriespannung weg, wird der Regler idR nicht so effizient
-  * ist das Solarkabel lang, ist der Strom sehr hoch, ist der Querschnitt gering... Verluste im Kabel!
-  * Je mehr transformiert werden muss, desto mehr "Lärm" kann man sich einfachen und Verluste einfahren.
-Da der TRX hier 12V hat und mit maximal 100W auch ordentlich Strom frisst, bin ich auf eine 12V Akkuspannung, einen MPPT Regler für Solar, zwei je 280Wp Solar Modulen mit rund 30V parallel geschaltet bekommen. Dier billige China Solar Regler macht erfreulicher- und erstaunlicherweise kein EMV!
-==== Energiespeicherung ====
-Es ist ein Muss, dass man sich die Kennlinien zwischen Stromentnahme eines Akkus und dessen zu erwartende Zyklenzahl an schaut. Ebenso die generelle, maximale Lebensdauer. Und das tut alles weh... kurz: Wer seinen Blei (Gel, AGM..) mehr als 50% entlädt, der darf echt oft Akkus kaufen gehen.
-LiFePo4 Akkus scheinen die interessanteste Wahl zu sein, doch der Anschaffungspreis ist hoch und ob diese dann wirklich soooo lange halten, das mag sein, ich war nur etwas skeptisch und der Geldbeutel zu klein.
-Klassische Blei Akkus aus dem KFZ Bereich hat man bei den vielen kleinen Lade- und Entladeströmen schnell getötet, das lohnt nicht.
-Hier entnehme ich rund 20A/Tag. Bei einem 200Ah Akku also rund 10% bei Null Solarertrag. Nehmen wir 4 Tage als worst case Ausfall an, wären wir bei einer (Ent-)Ladung auf in etwa 60% des Akkus angekommen. Der Gel Akku soll davon rund 1400...1500 Zyklen verkraften. Bei einer 10% Entnahme wären es rund 2400 Zyklen. Bedenkt man die 365 Tage im Jahr, die 365 Zyklen im Jahr... man will echt nicht tiefer entladen.
-PS: Akkus auf dieser Bleitechnik lassen sich super recylen. Das Umweltgewissen freut sich. Bei LiFe... sind wir noch am Anfang, nicht so gut. Der Öko kauft also erst mal besser Blei...
-==== Transformation und Verluste ====
-Wie schon erwähnt: 12V stehen hier wegen dem TRX als gesetzt. 230V AC ist in der Inselanlage nicht vorgesehen gewesen, kam später aber als (teures Addon) für den Kompressorkühlschrank (gibts auch mit 12V DC) u.a. hinzu, um etwas mit der überschüssigen Energie im Sommer anfangen zu können.
-Die Kabelverluste Solar <-> Laderegler <-> Akku <-> TRX sind absolut nicht unerheblich, wenn man ein paar Ampere fließen. 10qmm sind bei 12V nicht viel, muss man ein paar Meter überbrücken. Das sollte berechnet, einkakuliert werden.
-Die Mikrocontroller, die Mini-PCs brauchen 12V, 5V bzw. 3.3V. Da die Solaranlage mit bis zu 14,8V den Akku laden könnte und nicht alle 12V Verbraucher so hohe Spannungen "brauchen", hab ich einen DC-DC Step Down gesucht, welcher einen ganz geringen drop hat (wichtig bei geringer Akkuspannung!). Sehr, sehr glücklich bin ich mit XL4015 DC Step Down Reglern geworden. Einer erzeugt 12V, ein zusätzlicher Filer am Ausgang- und Eingang drück die letzten Wellen platt, man kann darauf aber (fast?) verzichten.
-Viele andere Step Down Regler haben einen zu großen drop, manche machen zu viel Lärm. Da muss man ggf. ausprobieren... jener hier taugt eben wie gesagt.
-Ein USB 3.0 Hub für 12V (intern hat er auch ein DC-DC step down) spuckt über seine USB Anschlüsse 5V u.a.  für einen Raspberry Pi Zerow aus.
-Für eine Relaissteuerung u.a. werden nochmals mit einem zweiten XL4015 3.3V erzeugt. Sollte der Solarstrom zu "knapp" werden und man viel "Saft" brauchen, lässt sich der TRX auch auf 12V aus einem 230V AC Netzteil mit Anbindung ans klassische Stromnetz betreiben, braucht es aber nicht...
-PS: Will man gelegentlich sein Notebook vor Ort laden: Es gibt sehr brauchbare Universal-Latop Ladegeräte welche fast alles laden und eben am Eingang nur 12V brauchen. Bedauerlicherweise macht einer hier etwas EMV, wenn er an ist...
-==== EMV ====
-Der MPPT Solarregler, wie auch ein anderer PWM Regler in der Nähe, machen erfreulicherweise praktisch kein EMV.
-Zum Test befand sich einmal ein Inverter für 230V AC hier am Platz. Das sind dann ein paar S-Stufen Lärm, hier war es vor allem dann im 20m Band. Gerät war eine gute, günstige China Komposition. Ein anderer Regler, Made in Germany, macht hingegen kein EMV, kostet aber rund das 5-fache. Ich brauche ihn nicht, aber er ist jeden Cent wert. Wenn man kann und will...
-Ansonsten sind mit HF Einstrahlungen zu rechnen, an jeder Stelle. Kurze Kabel, wo es geht, Klappferrite, abgeschirmte Gehäuse und die Sorgen hat mal los.
-Sehr erfreulicherweise sind hier günstig zu erwerbende DC-DC Step-Down Regler mit dem Xl4015 (low drop!) echt sehr leise. Sie lassen sich nur mit einer Spule weiter einfach säubern, aber das braucht es nicht in jedem Fall.
-Je nach Wetter und Band und "Nachbarn" ist der Müll auf dem Band zwischen S0 und S3. Die Inselanlage "tut"! :)
-==== Die Computer und Mikrocontroller ====
-s.o... ggf hier löschen...
-==== Sonstiges (Inverter, USB-Hub, SDR für APRS u.a. ====
-Dem Raspberry Pi Zerow wurde noch ein SDR Stick mit TCXO verpasst (RTL2832UR SDR Stick mit 0.5PPM TCXO in Alu-Gehäuse mit  SMA Buchse), welcher auf APRS Signale lauscht und diese ins APRS Netz einspeist. Apropos... der Raspi ist nicht abgeschirmt und hat noch keinen HF Kollaps bekommen. ;-)
-Die Suche nach einem "guten" USB Hub für 12V (hier ein ORICO 4-Port USB 3.0-Hub) hat sich gelohnt - er hat einen tollen DC-DC Step-Down intern verbaut und liefert ordentliche 5V für Surf Stick, SDR Stick und den Raspberry Zero.
-Will man für irgend etwas 230V AC, dann muss man an die hohen Ströme auf der 12 DC Seite denken und mit EMV rechnen, es sei denn, man kauf "etwas Gutes". Die Ströme sind dennoch hoch... auch der relativ hohe Stromverbrauch der Geräte im stand-by will man definitiv NICHT dauerhaft.