Sicherer Shutdown und Wiedereinschalten bei Wiederkehren der Spannung in einer Umgebung mit Solarenergie (remote/offsite)

  • Guten Morgen,

    ich suche eine Möglichkeit, einen Pi (Zero,1,2,3,4) als Datenlogger für eine Photovoltaikanlage einzusetzen. Spannungsversorgung geht nur über Netzteil an der AC-Seite des Wechselrichters.

    Dazu 2 Anforderungen:
    - Beim Wegfall der Spannung (Sonnenuntergang +/- ein paar Minuten) soll der Pi sicher herunterfahren (-> ok, man nehme eine USV... aber...)

    - Beim erneuten "Erscheinen" der Spannung (Sonnenaufgang) soll der Pi auch wieder hochfahren, ohne das jemand irgendwo auf ein Knöpfchen drücken muss

    Ich hatte dazu den "Pi Zero UPS HAT" von dfrobot ausprobiert: https://www.dfrobot.com/product-1932.html

    Leider erfüllt dieser die 2. Anforderung nicht. Insgesamt ist auch die Doku recht bescheiden, wie ihr bei Interesse an meinem Beitrag im Forum dort erkennen könnt (Foren-Eintrag)

    Bei vielen weiteren USVs konnte ich anhand der Doku/Beschreibung nicht erkennen, ob die 2. geforderte Eigenschaft gegeben ist.

    Die "PiJuice" gibt es in einer Variante mit Solarzelle, was _vermuten_ lässt, dass die Entwickler an dieses Szenario gedacht haben könnten - explizit erwähnt ist es aber nicht.

    Deshalb meine Frage:

    Vielleicht hat jemand in seinem Projekt ähnliche Anforderungen?

    Welche USV hättet ihr ggf. schon getestet, die den 2. Punkt erfüllt?

    Gruß,

    Markus.

    Einmal editiert, zuletzt von masand (19. Dezember 2020 um 21:25)

  • Sicherer Shutdown und Wiedereinschalten bei Wiederkehren der Spannung in einer Umgebung mit Solarenergie (remote/offsite)? Schau mal ob du hier fündig wirst!

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  • War auch einer meiner Gedanken - aber wie kann ich sicherstellen, dass die Powerbank nach 10, 15 oder 20 Jahren auch noch genügend Kapazität hat, um die längste Nacht des Jahres durchzuhalten?

    Und was, wenn 2 Wochen lang Schnee auf den Solarpaneelen liegt?

    Mir wäre eine Lösung, die ohne "dicken Akku" auskommt lieber.

    Im Prinzip müsste ja nur in der Logik der USV vom Pi aus ein Timer einstellbar sein, und wenn dieser abgelaufen ist, schaltet die USV auch dem PI den Strom ab. Dieser hat bis dahin Zeit, sicher herunterzufahren. Wenn dann "von außen" wieder Strom kommt auf die USV kommt, wird auch der PI wieder eingeschaltet.

  • Spannungsversorgung geht nur über Netzteil an der DC-Seite des Wechselrichters.

    Wie jetzt, ein Step Down für den Pi oder ein Spannungswandler auf 230 Volt und dann wieder ein Netzteil für den Pi ?

    Wieviel Volt DC hast du denn ?

    Werden die Daten auf dem Pi gespeichert oder extern ?

    Wenn extern, kannst du ein Overlay FS einrichten, dann ist dem Dateisystem das wegsacken der Spannung egal.

  • Argh, vertippt! Ich meinte natürlich die AC-Seite des Wechselrichters... Hab´s oben im ersten Beitrag korrigiert.

    Ich bekomme nur einen Zugang zu einer Steckdose, die hängt an der AC-Seite des Wechselrichters, also 230Volt. Und dann wieder ein Netzteil.

    Die Daten könnten theoretisch sofort ins Netz übertragen werden, Netzanbindung ist aber per Mobilfunk, d.h. da ist dann wieder die Frage:
    Was tun, wenn das Netz weg ist?


    Für den Fall wäre eben die Strategie: lokal speichern und bei nächster Gelegenheit übertragen.

    Einmal editiert, zuletzt von masand (19. Dezember 2020 um 21:26)

  • Was wäre wenn Du statt dem runterfahren des PI einfach die Prozesse stoppst?

    Der PI bleibt an und wenn die Spannung weg ist, "fällt" er runter.

    Wenn die Spannung aber wieder kommt, dann sollte der doch auch wieder booten!?

    Gruss

  • Ich habe etwas ähnliches für einen Bekannten für eine VICTRON Anlage mit einem Pi3 realisiert.

    Ich bekomme nur einen Zugang zu einer Steckdose, die hängt an der AC-Seite des Wechselrichters, also 230Volt. Und dann wieder ein Netzteil.

    Sehe ich das richtig: Solarpanel => Wechselrichter => Netzteil des RasPi, also ohne Pufferbatterie (Solarakku)?

  • Ich würde statt des RPi mal über den Einsatz eines Mikrocontrollers ( ESP32 o.ä. ) nachdenken. Dieser ist wesentlich sparsamer und robuster was die Stromversorgung angeht. Speichern könnte man die Daten auf einer SD Karte und diese z.B. dann in gewissen Intervallen z.B. per SMS o. LoRa zu versenden. ( ein externes SD Kartenmodul bzw. GSM Modul müsste man sich ggf. besorgen ) Vielleicht geht es ja auch, mit etwas Basteln einen LTE Stick am ESP32 zu verwenden bzw. es gibt schon fertige Module dafür.

  • Hallo Markus,

    ich würde das über einen Mikrocontroller
    , z.B. Arduino, ESP ..., STM ...) erledigen. Denen ist es schnurzpiepe, ob die Versorgungsspannung wegbricht.

    Dafür gibt es Module, um Daten auf SD-Karte zu speichern. Wenn die Spannung während des Schreivens von Daten wegbricht, dann fehlt halt mal ein Wert, der eh belanglos winzig ist.

    Und sobald die Spannung wieder voll da ist, kann das Teil z.B. die gesamnelten Daten des letzten Laufs auf einen Server übertragen, um darüber visualisiert oder ausgewertet werden zu können.

    Dem Teil würde ich noch ein Modul zur Echtzeit verpassen.

    Sollte ein anderes System Echtzeitzugriff auf die Daten bekommen sollen, dann lässt sich da zusätzlich leicht was über WLAN oder SPI bzw. UART programmieren.


    Beste Grüße

    Andreas

    Ich bin wirklich nicht darauf aus, Microsoft zu zerstören. Das wird nur ein völlig unbeabsichtigter Nebeneffekt sein.
    Linus Torvalds - "Vater" von Linux

    Linux is like a wigwam, no windows, no gates, but with an apache inside dancing samba, very hungry eating a yacc, a gnu and a bison.

  • Was wäre wenn Du statt dem runterfahren des PI einfach die Prozesse stoppst?

    Der PI bleibt an und wenn die Spannung weg ist, "fällt" er runter.

    Wenn die Spannung aber wieder kommt, dann sollte der doch auch wieder booten!?

    Gruss

    Hi - das ist genau die Schwierigkeit beim Verständnis...
    Nach allem was ich gelesen und probiert habe wird die USV den Pi nach einer Unterbrechung der Spannung weiterhin mit Spannung/Strom versorgen. Das ist ja schließlich die Hauptaufgabe der USV. Dann kann man den Pi runterfahren - soweit ok. Der hat dann aber trotzdem von Seiten der USV noch 5 Volt anliegen. Wenn jetzt die Spannung von außen wiederhergestellt wird, geben die USVs dieses "Signal" aber nicht an den Pi weiter. Warum sollten sie auch? Die USV kann ja nicht wissen, dass der Pi runtergefahren wurde, und jetzt eben einen High/low/High-Wechsel auf dem 5V Pin bräuchte, um wieder zu starten.

    Deshalb suche ich eben eine USV, bei der man ggf. konfigurieren kann, dass sie die Spannungsversorgung am Pi nach einer definierbaren Zeit auch hart abschaltet. Der Pi hat dann diese gewisse Zeit, um sicher runterzufahren, und ein paar Sekunden bis Minuten später wäre der 5V-Eingang/Pin auch auf null. Und bei der Wiederherstellung der Spannung würde die USV dann natürlich die Spannung am Pi auch wiederherstellen müssen.


    Ich habe etwas ähnliches für einen Bekannten für eine VICTRON Anlage mit einem Pi3 realisiert.

    Sehe ich das richtig: Solarpanel => Wechselrichter => Netzteil des RasPi, also ohne Pufferbatterie (Solarakku)?

    Richtig, genau so. Wie sah Deine Lösung aus?


    Ok, klingt interessant, in diese Richtung hatte ich noch nicht gedacht. Da werde ich mal weiter forschen.

    Bestimmtes Dateisystem für die SD-Karte? Oder muss das Modul zum Schreiben besondere Eigenschaften haben?

    Wie schaffen die es ggf., dass die SD-Karte bzw. das Dateisystem darauf an dieser Stelle heile bleibt?
    (Habe mir mit Stromausfällen bestimmt schon 3-5 SD-Karten in einem Raspberry Pi zerschossen...)

    2 Mal editiert, zuletzt von hyle (19. Dezember 2020 um 22:36) aus folgendem Grund: Ein Beitrag von masand mit diesem Beitrag zusammengefügt.

  • wird die USV den Pi nach einer Unterbrechung der Spannung weiterhin mit Spannung/Strom versorgen.

    Oha? Ich dachte an eine USV, die auf der Sekundärseite die Spannung ausschaltet, das machen meine APCs so.

    Die Geräte (NAS) die dort angeschlossen sind, gehen nach 2min in den Standby. Wenn die Batterie nach ca. 45min leer ist, dann gehen die aus.

    Kommt die Primärspannung wieder, werden auch auf der Sekundärseite die Geräte wieder mit Spannung versorgt und starten.

    Kommt die Spannung bevor die Batterien leer sind, booten die auch wieder und sind betriebsbereit.

    Gruss

  • Oha? Ich dachte an eine USV, die auf der Sekundärseite die Spannung ausschaltet, das machen meine APCs so.

    Ok, das klingt gut. Wäre zwar die - im Vergleich zu einer USV speziell für den Pi oder den oben vorgeschlagenen Arduino/ESP - sehr teure Lösung, aber vorstellbar.

    Danke Dir! Werde aber trotzdem mal noch auf weitere Vorschläge oder Ideen warten, bevor ich eine APC USV bestelle :)

  • Wenn man keinen Akku haben will, muss man halt einen bzw. mehrere Kondensatoren mit entsprechender Kapazität verwenden, welche die SV für den RPi nach dem Ausfall so lange halten, bis dieser sicher runtergefahren ist. Die Unterbrechung Spannung sollte halt nur nicht in zu kurzen Abständen erfolgen, damit der Kondensator genug Zeit zum laden hat. Aber wie bereits schon geschrieben, wäre ein ESP32 besser für diese Aufgabe geeignet, zumal zum Preis eines "nackten" RPi Zero o.ä. es schon fertige ESP32 Module mit GSM / LoRa / SD-Karte / Akkuanschluss / u.v.m gibt.

  • Top! Das sieht prima aus!
    Auch hier ist es in der Beschreibung nicht erkennbar, aber im Datenblatt ist es dokumentiert.

    Danke - die Diskussion hat eine lange Suche beendet!

    Fliegenhals, Andreas: Die Lösung mit dem ESP32 probiere ich auf jeden Fall auch parallel - das 2. Solarprojekt steht in den Startlöchern, und dort ist noch etwas mehr Zeit für Versuche und Basteln. ^^

    Vielen Dank Euch!

    Einmal editiert, zuletzt von masand (20. Dezember 2020 um 18:29)

  • Nach allem was ich gelesen und probiert habe wird die USV den Pi nach einer Unterbrechung der Spannung weiterhin mit Spannung/Strom versorgen.

    Eine 'gute' USV schaltet das System von der Versorgungsspannug, wenn der Akku der USV leer ist (oder die Zeit abgelaufen ist, nach der die angeschlossenen Systeme hinuntergefahren sind)

    Wenn dann die USV wieder genug Spannung hat, schaltet sie wieder die angeschlossenen Geräte ein.

    Auch, weil eine USV normalerweise nicht komplett entladen wird.

    Die Angeschlossenene Systeme müssen so an die USV (oder diese an die Systeme) angepasst sein, dass die Systeme hinutergefahren und ausgeschaltet sind, wenn der Akku der USV noch ausreichend voll sind. Nicht dass die Zeit so knapp wird, dass am Ende die USV abschaltet, obwohl ein angeschlossenes System noch nicht vollständig hinuntergefahren ist.

    Das gibt bei Wiederhochfahren nur Probleme mit dem Dateisystem.

    Der PI mit der s.usv wird ausgeschaltet, wenn ich ihn vom Stromnetz trenne. Wird er sann wieder angeschlossen, fährt er auch wieder komplett hoch.

    Computer ..... grrrrrr

  • Dann bist du inkl. Versand bei 43 € und hast immer noch keinen Akku dabei, im übrigen, Li-ion-Akkus mögen es gar nicht, wenn sie permanent voll geladen sind/werden, was auch der Grund ist, warum die Akkus an den Laptops immer so schnell kaputt sind. Da würde ich als Bastler doch lieber selbst etwas machen, wie z.B.:

    Ein Netzteil mit Stepdown auf 6,4 - 6,5 Volt als Erhaltungsladung für z.B. einen kleinen 6 Volt Akku, einen A/D-Wandler wie z.B. einen PCF8591 oder MCP3208 mit Spannungsteiler, der die Batteriespannung überwacht und runterfährt, sobald die Spannung sinkt.

    Dann noch einen Stepdown auf 5 Volt.

    Da der Stepdown 1,5 Volt mehr braucht als der Ausgang, schaltet er sich somit auch automatisch mit ab, was aber auch egal ist, wenn auch der Netzseite eh kein Strom mehr für das Netzteil da ist. Stellt sich nur die Frage: Was machst du, wenn durch z.B. Wolken die Solarpanele gerade keinen Strom mehr produzieren, 1 Minute später aber wieder, usw., dann fährt der Pi ständig hoch und runter.

  • Wie gesagt, für das nächste Projekt sollte die Zeit zum Basteln noch ausreichend vorhanden sein :)

    Danke für den weiteren Vorschlag.

    Das mit den Wolken dürfte kein Problem sein - bei einer bestehenden Anlage sagt der Wechselrichter selbst am schlechtesten Tag des Jahres, dass die Ausgangsleitungs nie auf 0 ging (nach Sonnenauf- und vor Sonnenuntergang).

  • So - die oben empfohlene Rpi USV+ (Link) ist getestet und funktioniert bzgl. meiner Anforderungen prima!

    Eine minimale Schwäche habe ich allerdings noch gefunden - nur zur Dokumentation:

    Sollte man einmal "von Hand" in einer Shell einen shutdown durchführen, so lässt sich der Raspberry (samt USV) durch ein "Strom aus" und "Strom ein" _nicht_ wieder einschalten. Hier half nur das Entfernen und Wiederverbinden des Akkus. (Oder vermutlich das Warten, bis der Akku leer ist)

    Ein Shutdown sollte jetzt also sozusagen _ausschließlich_ durch die USV (bzw. den zugehörigen Service piupsmon) ausgeführt werden.

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