Houston – wir haben ein Bild

Das ewige An-die-Anlage-Latschen-um-Leistungsdaten-zu-bekommen ist mir nun endgültig zu blöd, zumal es bei >35° noch weniger Laune macht als sonst. Es ist also mehr als dringend geboten endlich die Daten vernünftig zu erfassen. Auch um zu verhindern, das ich mir doch noch das überteuerte Gateway vom Wechselrichterhersteller kaufe und alles in die Cloud schicke.

Projekt: Solaranlage

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link– eigenes Projekt –

Situation:
Das hinterste Modul auf der Südseite ist auf die Ostseite umgezogen und unterstützt das schon vorhandene Testmodul in seiner Tätigkeit bis ca. Mittag. Zwar ist die Kabelage immer noch vorläufig, aber grundsätzlich vollständig.
Die beiden Südseite-Module sind noch nicht aufgeständert, auch weil es für derartige Arbeiten derzeit einfach zu heiß ist. Jeweils ein Modul auf der Ost- und Südseite sind parallel an einem String angeschlossen.

Elektronikumbau:
Am Wechselrichter bleibt bis auf die Beschaltung alles gleich. Der Sicherungskasten erfährt aber ein klares Upgrade. Neben dem Raspberry mit Hutschienengehäuse und einem entsprechenden 5V-Netzteil gibt es den RS-458- USB Adapter vom Versuchsaufbau. Leider hat sich ein anderer Kandidat als Reinfall erwiesen, daher bleibt es beim funktionierenden Testadapter. Überspannungsschutz und Sicherung kommen aus der “alten” Box. Der Schalter an der Frontseite wird durch eine Variante ersetzt, der Phase und Nullleiter unterbricht (bei guter Anlagenleistung haute der alte, der nur die Phase trennte, sonst den FI-Schutzschalter raus).

Software:
Hier gibt es einige Neuerungen. Aus dem vorhandenen Testskript in Python wurde ein Skript zur regelmäßigen Speicherung von Daten in eine SQLite-Datenbank. Erfasst werden Spannung, Strom und Leistung alle 15 Sekunden, die Zählerstände jede Stunde. Ein zweites Skript holt sich die Daten aus der Datenbank und visualisiert diese über Plotly Dash in verschiedenen Ansichten per internen Mini-Webserver. Beide Skripte sind in Python3 realisiert und als Services in Betriebssystem konfiguriert und starten damit automatisch.

Datenbank:
Durch die Verwendung der Datenbank bin ich nun flexibel in der Auswertung. Die Lösung erzeugt etwa 1/2 MB pro Tag an Daten und ist dabei mehr als ausreichend schnell. Mit dem vorhandenen Speicher kann ich sehr lange Daten anhäufen bis es eng wird. Auch sind kleinere Änderungen sehr schnell implementiert und auch die Verwendung in Excel ist mit Tools gar kein Problem. Lediglich die vergleichsweise häufige Nutzung der Speicherkarte könnte nochmal Ärger machen. Aber das lasse ich erst mal auf mich zukommen.

Entwicklungsumgebung:
Obgleich das natürlich auch einfach mit einem Editor wie z.B. Notepad++ klappt, arbeite ich lieber mit PyCharm. Die IDE erlaubt mir sehr viele Tätigkeiten viel komfortabler zu machen als mit (vielen) anderen Tools. Up-/ und Download von Dateien ist vollintegriert, das lokale Git-Repository ebenfalls.
Integriert ist der Interpreter mit Paketmanagement (auch Remote), ein Debugger, ein Tool für den Zugriff auf die Daten der Datenbank und manches mehr. Native Sprachunterstützung für Python zur Syntaxprüfung, Formatierung, Überarbeitung und Dokumentation sind natürlich auch dabei.

Anlagendaten:
Zuerst mal war es doch überraschend, wie gut sich der neue Aufbau (im August) macht. Die Anlage fängt früh (ca. 6:30) mit den beiden Ostmodulen an und verbessert sich über den Vormittag mit dem Sonnenstand. So etwa ab 9 Uhr bekommen die Module auf der Südseite auch das erste (indirekte) Licht und geben anteilig Leistung dazu. Das Ganze steigert sich bis etwa 11 Uhr, wenn die Ostmodule wohl am besten ausgerichtet sind und sie Südseite trotzdem schon Sonne schnuppert. Dann geht die Leistung wieder zurück bis etwa 12 Uhr, wenn die Ostmodule verschattet werden. Der Einbruch ist in den Diagrammen schön sichtbar, danach liefern die Südmodule mit Direkteinstrahlung und die Ostmodule nur noch indirekt dazu. Um etwa 13 Uhr zeigt sich ein weiterer Peak, wenn die Südmodule am besten stehen und danach geht es kontinuierlich bergab mit dem weiter wandernden Sonnenstand.
Könnte ich im Osten auch noch Module platzieren, könnte ich hier eine vergleichbare Lösung für die Nachmittags- und Abendsonne bekommen. Aber dann kann ich nicht mehr in den Carport fahren, und das wäre dann auch wieder doof.

 

Durch die Visualisierung kann ich nun sehr komfortabel in die Anlage “reinschauen” und sehe in einer bisher nie dagewesenen Granularität, was passiert. Es war z.B. sehr schön erkennbar als ein vergessener Gartenstuhl auf der Wiese am Morgen die Ostmodule teilweise beschattete. Auch sind Wolkenverschattungen sehr schön zu erkennen und natürlich auch andere Wettereinflüsse. Auch neue Rätsel finden sich nun, z.B. hat die Anlage beim Aufreißen der Wolken plötzlich die Maximalleistung des Wechselrichters erreicht und ein Paar Minuten gehalten. Da war wohl wirklich kurzzeitig überproportional viel Sonneneinstrahlung auf die Module geraten.

Ertrag und Nutzung:
Die Anlage liefert in Summe über den Tag weniger als eine auf Ertrag optimierte Dachanlage. Da ich aber keine Einspeisevergütung bekomme (und die Anlage auch zu klein dafür ist), liegt mein Szenario bei der Abdeckung der Grundlast. Aktuell benötige ich hier ca. 300- 400W kontinuierliche Leistung, und die kann die Anlage bis zum frühen Nachmittag bei entsprechendem Wetter liefern. Mit der noch offenen Aufständerung nach Süden sicher noch länger. Aktuell hat die Anlage 164 KWh erzeugt (alleine 18 davon in den letzten 6 Tagen), 3 KWh davon gingen in Summe ins Netz. Damit sollte die Dimensionierung eigentlich passen mit etwas Luft nach oben.

Fazit:
Nun macht das Ganze wieder mehr Spaß. Neben der Tatsache, das die Anlage immer besser arbeitet, speichert sie nun auch die wichtigsten Daten zur Analyse. Wenn mir wieder mal eine Frage im Kopf rumspukt, kann ich nun die Daten z.B. in Excel entsprechend aufarbeiten oder direkt in die Software eine entsprechende Visualisierung reinbauen. Jetzt fehlt nur noch das Aufständern im Süden und die saubere Verkabelung, dann sollte das Teil so passen.

Überlegungen:
Nachdem der Testaufbau zum Auslesen der Anlagendaten per RS-485 endlich funktioniert, geht es nun der Anlage an den Kragen.

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PyCharm – IDE für Python

Eine aus meiner Sicht sehr mächtige IDE (Integrated Development Environment, Integrierte Entwicklungsplattform) für Python is PyCharm von JetBrains s.r.o.
Das Tool ist bei mir seit mehreren Jahren im Einsatz und über die Zeit immer besser geworden. Wer z.B. mit Eclipse nicht warm wird oder einfach ein spezialisiertes Tool für Python (und abhängige Umgebungen wie z.B. Javascript) braucht ist hier sehr gut aufgehoben.
Nicht zu vergessen das die aufgerufenen Preise auch sehr vernünftig sind und für jeden akzeptabel.

Schaut es Euch an und bildet Euch eine eigene Meinung.

Hinweis: Dies ist keine Werbung und ich erhalte für diesen Artikel keinerlei Vorteile. Dies ist eine private Meinung ohne kommerzielles Interesse.

Projekt: PyCharm

Kontakt: JetBrains s.r.o.

Link: Youtube Channel
Webseite

Rover – Mad Max in Raspberry

Mein erstes Projekt überhaupt war der Aufbau eines Rovers mit zwei Antriebsrädern und einem Stützrad. Ziel dabei war es mit Raspberry und Python eine mobile Plattform für weitere Projekte zu schaffen.
Dabei wurde bewusst erst mal gebaut und dann überlegt ob das alles passt. Fehler waren beabsichtigt, lernen das primäre Ziel.

Projekt: Rover

Kontakt: Boris Dirnfeldner

Link: – eigenes Projekt –

Vorarbeiten:

Als ersten Schritt wird die Ansteuerung des Schrittmotors erst mal fliegend aufgebaut und die ersten Codezeilen erstellt. Nachdem erstmal die einzelnen Kabel an der richtigen Stelle sind, funktioniert der Motor auch relativ gut. Zumindest bei langsamen Drehzahlen. Also erst mal die Grenzen ausloten und mit dem Timing rumprobieren. So ganz ohne Achslast verträgt der Schrittmotor auch abrupte Drehzahländerungen klaglos.

Aufbau Versuch 1:

Nun wird alles auf ein rechteckiges Sperrholzbrett montiert:
o Bleigelakku 12V am hinteren Ende über der Antriebsachse
o Die Motore sind an beiden Seiten am hinteren Ende und unterhalb der Platte befestigt, so das die Reifen seitlich wie bei Traktoren frei standen.
o Als Reifen sind Tretradrollen mit 10cm Durchmesser direkt an der Motorachse befestigt.
o Vorne mittig ein Stützrad aus dem Möbelbau.
o Der Raspberry und Kabelage vorne auf die Platte.

Ergebnis: Sehr lustig, aber sinnlos. Die verwendete Sperrholzplatte mit 4mm bog sich unter dem Gewicht des Akkus schlicht durch, so das die beiden Räder mit ca. 45° Radsturz schräg abstanden. Mit Absicht wäre das Design Cool, so aber ein glatter Fail!

Aufbau Versuch 2:
Alles wieder runter, dann erstmal die Sperrholzplatte mit ein Paar Holzstreben versteift.
Die Teile wieder in gleicher Weise draufgebaut.
Damit wird nun wieder Erfahrung mit der Ansteuerung der Schrittmotore gesammelt und mit dem sehr empfindlichen Timing bei der Ansteuerung von Schrittmotoren in einer ungeeigneten Programmiersprache gelernt. Hohe Geschwindigkeiten sind so schwierig zu erreichen, geschweige den zu halten.
Durch die Umstellung auf “Pigpio” und entsprechende Nutzung von “Waves” war das Ansprechverhalten des Schrittmotors in Ordnung.
Dann ergänzend die Steuerung über Controller integriert und man konnte rumfahren.
Leider versagten die Motore schon bei kleinen Stufen wie z.B. bei Teppichen. Durchdrehende Schrittmotore machen einen üblen Lärm. Deswegen sind auch die Beschleunigungs- und Bremsrampen sehr flach, was aber das Gefährt auch sehr träge in der Reaktion macht.

Ergebnis: Immer noch lustig, aber Ok. Wie ein Endzeitgefährt bei Mad Max und mit etwas Deko für ein Steampunk-Modell grundsätzlich geeignet. Lediglich die schwache Antriebsleistung muss gelöst werden.

Aufbau Versuch 3:

Der Antrieb wird umgebaut, die Motore über einen Riemenantrieb (3:1) an die Antriebsachse umgesetzt. Das ganze ist in einem Gehäuse aus dem 3D-Drucker eingebaut, die Achsen mit Kugellagern gesichert. Jede Einheit ist für sich weiter einzeln aufgebaut und spiegelverkehrt aufgebaut. Danach wieder unter der Plattform montiert.

Ergebnis: Jetzt hat das Teil genug Kraft. Mit der vorhandenen Steuerungslogik reagiert das Modell aber weiterhin zu träge auf Steuer- und Bremsbefehle.

Aufbau Versuch 4:

Bisher war der Controller über USB-Kabel am Gefährt angeschlossen, weil die Anbindung per Bluetooth leider zickt. Das ist wohl bei den China-Nachbauten öfters der Fall und leider auch nicht immer lösbar (leider habe ich als Spielkonsolenverweigerer keine originalen Controller zur Hand, und nur zum ausprobieren sind mir die Dinger zu teuer). Pigpio bietet aber an, auch remote-Instanzen zu steuern und daher stelle ich das ganze System auf eine Client/Server-Steuerung um: Ein Raspberry Pi 3B+ mit dem Controller (kabelgebunden) übernimmt das Benutzerinterface, die Pigpio-Daemons übernehmen die Verbindung und der Zero am Rover steuert die Schrittmotortreiber.

Ergebnis: Das ging sehr schnell und funktioniert super! Die Übertragung verzögert nicht weiter (langsam ist nicht die Steuerung, sondern die Logic der Beschleunigungsrampen).

Aufbau Versuch 5:

Versuchsweise wird die Antriebsspannung für die Schrittmotore auf 24V angehoben. Bei hohen Geschwindigkeiten bringt ein Schrittmotor mehr Leistung bei höherer Spannung.
Dazu wird provisorisch ein zweiter Bleigelakku auf das Gefährt montiert.

Ergebnis: Die Wirkung ist überschaubar. Der Antrieb hat etwas mehr Anzug, die Höchstgeschwindigkeit ist aber kaum höher (zumal auch einiges an Gewicht drauf gekommen ist). Leider habe ich bei einem “Auffahrunfall” den Aufbau ziemlich zerlegt.
Vorher hat das Ding aber richtig fies ausgesehen, Mad Max war da eher unterdimensioniert.

Fazit:

An sich ist das System nach etwas Feintuning sicherlich verwendbar, aber ineffizient.
Der Akku ist zu fett, die Ansteuerung zu träge und der Antrieb braucht auch noch Aufmerksamkeit im Design. Der Raspberry verbrennt auch ordentlich Strom und eine komplette Steuerung ist in Python auch nicht richtig angesiedelt.
Bei passender Gelegenheit wird ein neuer Aufbau gemacht, dann aber mit Arduino und C/C++ und komplett gedruckten Rahmen/Aufbau.

Probleme:

Das Hauptproblem ist die träge Steuerung aufgrund der zu flachen Beschleunigungsrampen und der Trägheit des Modells (zu schwer) sowie zeitliche Unverbindlichkeit von Python-Code.

Die komplette Steuerung der Schrittmotortreiber per Python und entsprechender Lib war schlichtweg zu unpräzise und führte ständig zu späten Signalen an den Treiber, was insgesamt zu unrunden Schrittmotorlauf führte.
Nach der Umstellung der Steuerung auf den Daemon zur Schrittmotorsteuerung war das Ansprechverhalten erheblich präziser, aber immer noch nicht ideal. Vor allen, da ich die Rampen bei der Ansteuerung ständig zu flach gehalten habe um Schrittverluste zu vermeiden.

Der Direktantrieb am Motor ist zu schwach für das Gewicht, ohne Umsetzung scheitert das Gefährt schon am Teppich. Mit 1:3 Riemenumsetzung war aber einiges an Reserve drin.
Allerding fehlen im Aufbau noch eine Spannrolle, um den Riemen ausreichend sicher an den Rollen zu halten.

Der Bleigelakku ist erwartungsgemäß schwer und benötigt viel Platz. Für den Versuchsaufbau ok, für eine echte Lösung aber keine Option.

Der provisorische Aufbau ist nicht gerade stabil und gegenüber harten Aufprall zu wenig haltbar. Beim Versuch mit 2 Akkus (24V Antriebsspannung) ist beim Aufprall der ganze Akkusatz nach vorne gerutscht und hat den Rover sauber zerspant. Naja, war ohnehin neu zu machen…

Komponenten:
Rechner: Raspberry Zero und Pi 3B+
Schrittmotor: NEMA17 (17HD48002H-22B)
Treiber: TB6000
SW: Python
Bleigel-Akku 12V
PS3 Controller

Überlegungen:
Raspberry:
Einfach meine erste Entwicklungsplattform.
Python: Die von mir am meisten genutzte Programmiersprache mit nativen Libs für DIY-Bauteilen und mit JetBrains PyCharm eine passende IDE.

Schäden:
– Mehrere Dellen an Möbeln wegen der Latenz beim Bremsen und Lenken.
– Zerlegte Halter nach Bremscrash beim Erstversuch mit 2 Bleiakkus.

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