Draai je Raspberry-pi op zonne-energie

Geplaatst door Lisanne 16-05-2019 0 Reactie(s)

Moeilijkheidsgraad: 4/5

Draai je Raspberry Pi op zonne-energie

 

In dit artikel leer je hoe je een Raspberry Pi kan beschermen tijdens het opladen via een zonnepaneel en geven we tips voor het verminderen van energieverbruik. Dit artikel doelt erop om de Raspberry Pi te voorzien van genoeg stroom met een klein zonnepaneel (wat lang zo makkelijk niet is als je misschien denkt) en daarom wordt er gelet op het verminderen van energieverbruik, wat met zonne-energie eigenlijk altijd wel heel belangrijk is.
 

Benodigdheden om een Raspberry Pi continu te voorzien van stroom via een klein paneel

Je Pi beschermen met automatische afsluiting
Een van de grootste problemen met een Raspberry Pi via batterij is de mogelijkheid tot schade als de Pi uitvalt door stroomtekort. Het systeem moet veilig worden afgesloten voordat de stroom er van af wordt gehaald, als dit niet gebeurt kan er permanente schade aan het board of aan de SD kaart ontstaan. Daarom zijn de Voltaic USB-batterijen misschien niet de beste optie voor automatische Raspberry Pi projecten omdat ze zonder waarschuwing kunnen uitvallen.
Een manier om je Pi te beschermen als je toch graag deze methode wilt proberen is om de Pi autonoom te laten afsluiten als het voltage een bepaalde drempel overschrijdt.

Toezicht houden op batterij voltage
Je kan het voltage  van een bare Li-Po batterij monitoren met de Adafruit INA219 volt/ stroommeter, gecombineerd met hun Solar Charger en Power Boost met een USB poort. Het voltage voor een standaard Li-Po batterij is 4.2V wanneer deze vol is en 3.7V als deze bijna leeg is. Het is handig je Pi in te stellen dat deze op shutdown springt bij 3.7V zodat er geen schade ontstaat.
Er is een heleboel informatie beschikbaar hoe je de Adafruit INA219 kan programmeren (dit is niet nodig voor de Adafruit Solar Charger). Ook zijn er bedradingsvoorbeelden aanwezig.
Toezicht houden op het voltage van je batterij kan een stuk makkelijker met de juiste gebruikers interface om je data te verzamelen. Hieronder is een voorbeeld van de RaspiConnect interface die je batterij voltage laat bekijken in real time, waar je ook bent. Picture/video widgets kunnen ook toegevoegd worden om je time-lapse te bekijken tijdens gebruik.

Automatisch uitschakelen
Bekijk de voorbeelden van de afsluitcommando’s op raspberry-pi-geek.com om de Raspberry Pi op 3.7V uit te schakelen met een drukknop in een “while loop” of met een interrupt commando (dit kan eenvoudig worden aangepast om een spanningsdrempel te detecteren).

Let op: Je Raspberry Pi board kan het voltage niet direct lezen omdat het de maximum voltage van de GPIO pins overschrijdt (3.3V), daarom is het een goed idee om deze informatie te laten uitlezen via een Arduino board.
Een Arduino heeft de controle over de stroomtoevoer naar de Pi via een transistor of latch relay waardoor de stroom kan worden afgesloten nadat de Pi op veilige manier is uitgeschakeld.
Monitor simpelweg de voltage van de batterij door een Arduino en laat deze een uniek signaal versturen naar de Raspberry pi (bijv. true/false, high/low, 1/0) wanneer het voltage minder is dan 3.7V. Ongeveer een minuut nadat de Pi is afgesloten kan de Arduino de stroomtoevoer afsluiten. Meer informatie op John Shovic’s Project Curacao pagina.

Energie verbruik verminderen
Raspberry Pi’s verbruiken veel stroom voor DIY-microcontroller standaarden, helaas hebben ze geen “slaapstand” zoals Arduino boards deze wel heeft om het stroomverbruik te verminderen tussen belangrijke activiteiten. Wel kan je het stroomverbruik beperken door de Raspberry Pi uit te zetten tussen bepaalde tijden dat je ‘m niet nodig hebt.  

24/7 Gebruik
Op het moment dat de Raspberry pi ten alle tijden wil laten draaien moet je je eerst afvragen hoeveel tijd je de Pi echt nodig hebt. Ben je informatie aan het verzamelen over verschillende sensoren? Of ben je bezig met een time-Lapse, dan is het handig je pi uit te schakelen op het moment dat deze geen data aan het verzamelen is.
Hou in gedachte dat het een ton aan stroom kost de Pi 24/7 te laten draaien. Zelfs het kleinste, meest efficiënte Pi board (A+) verbruikt 24 Watt uren per dag van constant gebruik dus je hebt minimaal een 9W paneel nodig om dit board te ondersteunen- en niet te vergeten, in heldere zon!

Eerder ging het over automatisch uitschakelen. Een stapje moeilijker (lees: onmogelijk) is het om de Pi automatisch te laten opstarten. Dit is niet mogelijk zonder een ander apparaat ernaast te hebben welke ten alle tijden aan staat, zoals een kleine Arduino. Via dezelfde manier die eerder in dit artikel stond (latch relay of sterke transistor) kan de Arduino de Raspberry pi laten opstarten. Alle Arduino’s hebben een interne ‘watchdog timer’ De Arduino zou dan ingesteld kunnen worden om zichzelf in slaapstand te zetten om ook weer energie te besparen wanneer niet in gebruik.
Technisch gezien duurt de interne watchdog-timer slechts 8 seconden voordat deze de Arduino wakker maakt maar je kan een bepaald nummer sleep cyclus instellen waar de Arduino uit wakker wordt voordat ‘ie iets doet. Voor meer informatie hierover verwijzen je naar de Voltaic GitHub pagina en voorbeelden hiervan in actie in de Solar Air Quality Sensor om de Arduino Uno elke 5 minuten te laten opstarten. Dit kan ook samen werken met de Raspberry Pi’s automatische shutdown feature, waardoor deze nog wel aan stroom gekoppeld blijft voor een paar minuten ondanks een voltage drop en veilig wordt afgesloten.

Tijd gespecificeerde operaties
Op het moment dat de Pi maar op enkele momenten op de dag gebruikt hoeft te worden zal dit een hoop stroom schelen. Misschien is de data die je wil verzamelen of de foto’s die je maakt alleen nuttig rond een bepaalde tijd van de dag. Als dat zo is kan je de Arduino instellen om alleen de Pi te laten aan gaan op dat tijdstip door middel van een Real Time Clock. Laat de Arduino een signaal naar keuze sturen naar de Pi wanneer het tijd is om zichzelf veilig uit te schakelen.

Zonnepaneel maten
Het is handig om op te zoeken wat het stroomverbruik van verschillende Raspberry Pi boards is zodat je je paneel-maten kan aanpassen.
Let op: Elk Pi script is anders, daardoor hebben ze allemaal andere stroom vereisten gebaseerd op de toegevoegde accessoires en sensoren. De statistieken hieronder zijn gebaseerd op een gemiddeld gebruik zonder extra componenten. De beste manier om erachter te komen hoeveel stroom je Pi board verbruikt is om het voltage en stroom te monitoren met een USB amp-meter via de batterij of andere methode.

Vermenigvuldig de stroom met het voltage (USB voedingen zijn 5v) en met het aantal uren dat je van plan bent de Pi te laten draaien en je heb je dagelijkste stroomverbruik in Watt uren. Dit is de maatstaaf waarmee je de outputs vergelijkt van de solar panels waar je geintreseerd in bent. Vermenigvuldig de wattage van het paneel met het aantal uren zon je denkt deze ontvangt per dag. Hou hierbij rekening met 40% stroomverlies. Als voorbeeld, Als je denkt 6 uur heldere zon per dag te hebben zal het 9W paneel 32 watt-uren stroom produceren.

Er zijn een heleboel variabelen maar we raden altijd aan een panel te kiezen welke op een goede dag 2-3 keer zoveel stroom levert dan nodig op een dagelijkse basis.  Daarom het is van kritiek belang de stroomconsumptie zo laag mogelijk te houden!

Let op! Tel niet alleen de uren dat de zon in de lucht is, maar tel de uren dat de zon direct op de panelen gericht is. Als er bomen of gebouwen een schaduw creeeren over je project, verminderdt dat de uren dat deze direct op de zon staat en zal deze minder stroom produceren.

 

Zonne-energie voor de Raspberry Pi - Conclusie

Met de juiste software op de Pi om zichzelf te beschermen tegen schade en wat medium-grote panelen kan je project het zeker overleven. De combinatie met een Arduino voegt een heleboel mogelijkheden toe, zoals veiligheid en verlengde batterij tijdens slecht weer, maar is uiteraard niet een vereiste.
Als je niet per se een Raspberry Pi hoeft te gebruiken en het ook met een BeagleBone of Arduino is dat misschien een betere keus vanwege de technische obstakels die in dit artikel staan. Daarentegen als je al veel weet van de Raspberry Pi en hoe deze werkt of specifiek de Raspberry Pi interfaces nodig hebt dan is het dus wel mogelijk om deze te voorzien van zonne-energie.

Heeft dit artikel je op Ideeën gebracht? Bekijk hier dan wat voorbeeld projecten:

Schrijf een reactie


Voer onderstaande code in:
Verzend