Raspberry OffGrid

[gigpi]

Ciao a tutti,
come accennavo nella presentazione vorrei riuscire ad alimentare un impianto di videosorveglianza basato sul raspberry e la sua videocamera in aperta campagna, dove non arriva la corrente, alimentandolo con un impianto ibrido fotovoltaico/eolico il piu' possibile low cost.
Cosi dopo essermi letto parecchie discussioni e navigato in rete alla ricerca di info, ho messo giu' una bozza di come credo debba essere l'impianto:


Essendo alla prima esperienza ovviamente avrei mille domande, voglio pero' andare un passo alla volta iniziando con un dubbio che mi e' venuto negli ultimi giorni leggendo la discussione sul frigorifero A5+ :
Per dimensionare l'impianto ho usato un wattmetro della lidl di qualche anno fa collegato alla rete di casa, e l'indicazione che ho avuto e' che nella mia configurazione il raspberry2 consuma 9/10W a pieno carico, il fatto e' che accanto al numero dei watt c'e' quel numeretto piccolo del cosFI che varia attorno allo 0,60.
Quello che non capisco e' se per calcolare il numero di Wh giornalieri devo considerare buoni quei 9/10W oppure se vanno aumentati per compensare la differenza tra 0,60 e 1,00 (coefficiente massimo visto con una lampada CFC).

Grazie per le eventuali risposte!

[Ferrobattuto]

Il numeretto cosFI indica lo sfasamento che produce l'alimentatore del raspberry sulla corrente elettrica prelevata dalla rete.
Immagino che l'alimentatore che hai usato, dentro abbia un piccolo trasformatore. Se fosse stato invece uno switching molto probabilmente avresti avuto un cosFI prossimo se non uguale ad 1,00.
È molto probabile che il tuo raspberry consumi di meno di quello che indica wattmetro, e non di più.
Per fare una prova sicura dovresti sapere la tensione in ingresso al raspberry, e misurare la corrente che assorbe, con un comune tester. Moltiplicando tensione e corrente letti sul tester hai la potenza in watt "precisa" assorbita.

Nella figura che hai postato l'alimentatore sembra uno switching, ma immagino sia qualcosa che hai trovato in rete e non quello che hai nella realtà, gli switching non introducono sfasamenti. Altrimenti è un "cinese" economico con dentro un condensatore e una resistenza, tutt'altro che adatto ad alimentare un microcomputer, ai quali servono 5V precisi e MOLTO stabili.
Sempre sull'immagine, al regolatore MPPT per fotovoltaico non occorre la "zavorra", pensa da se a limitare la tensione di carica quando arriva al valore massimo impostato. Semmai la zavorra serve per i regolatori dedicati per l'eolico.
Non ho capito bene cos'è l'Ubec da 3A, è un inverter? Se devi alimentare direttamente il raspberry dalle batterie, e non anche dalla rete, non ti serve un inverter, ma ti basta un "alimentatore" da cellulari di quelli che si usano in auto, purché abbia la tensione giusta e sopporti la corrente di carico. In alternativa un "riduttore di tensione per auto" che abbia i 5V abbastanza precisi. Si trovano anche in kit di montaggio.
Insomma, fare prima la conversione a 230V AC e poi ridurla di nuovo a 5V CC significa buttare via parecchia energia.
Non mi viene in mente altro.... Ma vedi anche cosa ti dicono gli altri.

[maxlinux2000]

io mettertei un solo generatore eolico e 2 pannelli da 100W, oppure passerei direttamente a 24V, tanto poi un alimentatore da 24->5V ti serve lo stesso.
In questo modo eviti di mettere le batterie in parallelo, e i pannelli costano meno.

Ma a parte il raspbarry.... ma hai anche sensori, telecamere, faretti ir, cellulare, ecc da alimentare?

[gigpi]

Ciao e grazie per le risposte!

Incuriosito dalla risposta di Ferrobattuto ho approfondito un po il discorso cosFI, ed ho trovato un paio di link interessanti [1] [2] dove viene spiegata la formula W = V x A x cosFI, ho quindi ricontrollato il wattmetro leggendo i seguenti valori: V=228 A=0.07 cosFI=0.59 W=10, facendo il calcolo con la formula di prima ottengo W=9.41 percio' direi che ci siamo, il mio potentissimo wattmetro della lidl da 10euro gia' mi segna i Watt attivi consumati senza dover fare altri calcoli.
Mi confermate il ragionamento? Ferrobattuto, tu dici che probabilmente consuma meno per via della scarsa precisione di questi wattmetri economici?
I test li sto facendo con il wattmetro collegato alla rete di casa, a cui attacco una ciabatta con due trasformatori da 5V/2A, uno che alimenta il raspberry via mini-usb e l'altro che alimenta l'hub usb.
Provarlo con un tester non mi fido molto, uno dei miei tabu' e' la 220...

Giusto per completezza, il sistema e' composto da raspberry, dal modulo camera [3], da una memoria usb e da due microservi per il pan/tilt [4] con il primo alimentatore, mentre con il secondo ci alimento l'hub al quale sono collegate una chiavetta 3G con sim per connettermi da remoto ed una chiavetta wi-fi per la connessione in locale.

Per quanto riguarda l'alimentatore switching hai detto bene, l'ho trovato in rete ed aggiunto in figura solo per far capire che l'hub usb non e' autoalimentato da una porta del raspberry, ma ha appunto bisogno di un'alimentazione esterna. Ho 4 porte usb sul raspberry e 3 dispositivi da collegarci, ma se li metto tutti assieme uno tra 3G e wi-fi si disconnette "sotto sforzo".
L'idea e' quella prendere un jack o tagliare quello del trasformatore originale ed alimentare l'hub direttamente dall'UBEC, il raspberry sara' collegato in parallelo sempre dall'UBEC ma via mini-usb (senza scavallare cioe' il suo fusibile interno).
L'UBEC e' un convertitore DC/DC usato nel modellismo, ho deciso di usarlo dopo aver letto alcune discussioni dove dicono che sia piu' efficiente [5] rispetto ad un comune 7805 o alimentatore per cellulari da auto, quello che ho io (lo stesso in figura) prende in input 5.5V-26V e fornisce in output 5V/3A o 6V/3A (tramite un jumper).

Grazie per la dritta sulla zavorra, provvedo a modificare l'immagine iniziale, mi resta il dubbio pero' su dove vada collegata nei regolatori Wincong...all'unica coppia rimasta libera ovvero il load?


Dimensionamento pannelli
Una cosa che non ho specificato nel primo post, e me ne scuso, e' che i due generatori eolici li considero opzionali, un di piu', di fatto li costruirei con materiale di recupero (servo motori recuperati da stampanti), vorrei percio' inizialmente ragionare solo sui pannelli per alimentare il sistema 24/7.
Per fare i calcoli ho seguito questa guida [6] e se mi confermate i 10W come punto di partenza ottengo:
10W x 24h = 240Wh/giorno
240Wh / 5 ore di luce x 1.4 = 67.20W (estate)
240Wh / 4 ore di luce x 1.4 = 84.00W (inverno)
Quindi per il pannello (magari uno usato) pensavo di stare sugli 80W.

Dimensionamento batterie
Sempre seguendo la guida di prima [6] e considerando una scarica max del 70%, efficienza 90% e 4 giorni di "tampone" per cielo coperto, ottengo:
(240wh x 4gg / 12V) / 0.7 x 1.10 = 125.71 Ah
Ovvero mi servirebbero due batterie che messe in parallelo mi diano attorno ai 125Ah.

Il fatto ora e' questo, compilando il file ods che si trova qui sul forum per il preventivo totale isola (e ammesso di aver inserito i giusti parametri) ottengo che dovrei prendere un pannello da 130W e 4 (!!) batterie per 267Ah.
La domanda e': quali valori devo considerare buoni per il mio caso specifico?
Tu Max hai scritto 2x100W, che calcoli hai fatto per il dimensionamento?

L'alimentatore 24->5V sarebbe quello che dalle batterie va al raspberry+hub con le batterie messe in serie, giusto?
Che poi le batterie in parallelo non e' la configurazione che va per la maggiore? O almeno cosi e' sembrato a me che sono ignorante in materia


Scusate le tante domande e se sono stato troppo lungo, ma volevo evitare di perdere i pezzi come nel primo post e risultare cosi poco chiaro.

Grazie e buonanotte!


[1] http://www.online-ups.it/info-tecniche- ... .php?ll=71
[2] http://www.hwupgrade.it/forum/showpost. ... stcount=12
[3] https://www.raspberrypi.org/products/camera-module/
[4] https://raw.githubusercontent.com/skala ... r/pic2.jpg
[5] http://www.fanjita.org/serendipity/arch ... eries.html
[6] http://www.mrwatt.eu/it/content/14-dime ... co-a-isola

[Ferrobattuto]

Il ragiomanento sul fatto che il tuo raspberry consumasse meno è per via della corrente sfasata dovuta al cosFi. Qualsiasi induttanza (avvolgimento, perciò anche trasformatore) produce uno sfasamento in ritardo della corrente assorbita, che va a sommarsi alla corrente non sfasata e per cui il wattmetro potrebbe segnare di più del reale consumo. Il tuo wattmetro sembra risultare abbastanza preciso, d'altra parte non è che si stiano facendo misure di laboratorio.....
La misura che ti dicevo di fare col tester non era dalla parte dei 220V alternati, ma dalla parte dei 5V continui..... Lì neanche se ti metti entrambi i fili in bocca ti succede qualcosa. Comunque non si può pasticciare con la corrente e averne paura, basta documentarsi un po' e procedere con calma.

Il 7805 è un integrato regolatore "serie" lineare, non uno switching, per cui ha dei rendimenti molto bassi, tanto più bassi quanto più è alta la tensione in ingresso. Il resto se ne va in calore.....
Bene per l'UBEC, non sapevo cosa fosse.....
Secondo me ti conviene alimentare tutto direttamente dalle batterie, con alimentatori switching di tensioni adeguate. Ripassare per la 220V abbassa i rendimenti ed è solo uno spreco di potenza.

Le batterie in parallelo non sono la configurazione che va per la maggiore, dipende tutto dalle potenze impegnate, sopra ai 400-500W assorbiti conviene già a 24V, sopra al Kw sarebbero meglio tensioni superiori, ecc ecc....

Per il resto se ne riparla, senti anche il parere degli altri.

[gigpi]

Buongiorno

Ho aggiornato lo schema:


@Ferrobattuto
La mia idea iniziale era proprio quella di alimentare tutto da batterie, niente trasformatori di mezzo a parte l'UBEC che se non ho capito male e' uno switching. Il raspberry ho gia' visto che funziona semplicemente con un cavo usb modificato che prende corrente direttamente dall'UBEC, per quanto riguarda l'hub usb ancora non ho fatto la prova ma credo non ci saranno problemi a recuperare un jack di alimentazione e collegarlo anch'esso all'uscita dell'UBEC (in parallelo con il raspberry).
Per la paura di pasticciare con la corrente, 5 o 12V non mi spaventano affatto, il problema me lo pongo con la 220V perche' sono un autodidatta e sopratutto perche' ho ancora ben presente la sensazione di restarci attaccato da bambino nonostante siano passati un bel po di anni

La zavorra come va collegata ai regolatori eolici? Giusta la mia supposizione di collegarla alla coppia rimasta libera, quella del carico?


Mentre per il dimensionamento di pannelli e batterie attendo il parere degli esperti, per adesso ho messo in figura il risultato dei miei calcoli come da post precedente. Fatemi sapere cosa ne pensate!

Ciao!


p.s. come posso editare il primo messaggio per inserire l'immagine aggiornata? Non vedo il pulsante modifica..

[Ferrobattuto]

La zavorra come va collegata ai regolatori eolici? Giusta la mia supposizione di collegarla alla coppia rimasta libera, quella del carico?

Non ho ancora un generatore eolico, per cui quì non ti posso aiutare. Nella sezione eolica ci sono diverse discussioni che ne parlano. Se chiedi a Marko o a bodo81, o anche a Max, che li hanno, sicuramente sapranno risponderti meglio di me.

p.s. come posso editare il primo messaggio per inserire l'immagine aggiornata? Non vedo il pulsante modifica..

Non c'è.....

[maxlinux2000]

Ciao... 80 wp di pannelli sono pochi, almeno in Italia.

Si vi arrivare a 120wp, che sono pannelli che si trovano a 100€, cercando un po.
Al limite passa 24v e USA pannelli da 72 celle che in proporzione costano meno di quelli da 36 celle 12v.

Tra l'altro eviteresti la configurazione in parallelo delle batterie che senza diodi separatori durano pochi mesi.
Ma usare i diodi su un sistema tanto piccolo...

Quindi i miei consigli:

120wp de pannello come minimo.
80w se abiti ai tropici.


Con la configurazione a 12v USA una sola batteria + grossa, non fare dei paralleli, a meno di non inserire dei diiodi separatori... Che però portano altri problemi, tra cui la necessità di usare un regolatore che possa compensare il calo di tensione.

Io fossi in te cercheremo un pannello usato sui 160wp 24v 72 celle, perché costa come uno da 100w 12 v.
Poi metterei due batterie 12v in serie.
I generatori eolici hanno bisogno di un regolatore dedicato e di un carico... Se l'aerogeneratore è piccolo non ne vale più la pena autocostruirselo perché si trovano sui 300€ già fatti.

Certo che se hai un buon laboratorio meccanico e non ti preoccupa la costruzione del regolatore pwm tipo xantrex ... Allora procedimento pure.

Ricorda inoltre che un aerogeneratore per funzionare efficacemente ha bisogno di stare come minimo a 7 mt di altezza, dal tetto.

[maxlinux2000]

... Maledetto correttore ortografico...

[Ferrobattuto]

... Maledetto correttore ortografico...

Mi fa specie, Max..... Anche tu sei uno di quelli che va di fretta e vuole scrivere solo metà parola?....
Gli strafalcioni è meglio che li scriviamo noi, invece di farli scrivere al computer, no?

[maxlinux2000]

è che ero con il cellulare.... e questo non lo puoi togliere.

[gigpi]

Rieccomi!
Ho finalmente comprato pannello, batterie e caricatore, attaccato il tutto e fatto funzionare per ora una ventolina da 5V Considerando che era la prima volta che tocco un pannello con mano e' gia' un'emozione di per se

Alla fine ho optato per un pannello monocristallino da 130W@12V e 2 batterie da supermercato da 74Ah l'una. Come caricatore ho preso un Wincong di quelli regolabili (SL03-30A) di cui si parlava bene in un altro thread (quello da 10A era esaurito..), quindi di tipo PWM e non MPPT come avevo pensato all'inizio.

Dopo i primi esperimenti ho aggiornato lo schema:


- ho tolto il diodo in uscita dal pannello in quanto gia' integrato nel pannello stesso (ce ne sono 3)
- deciso di sfruttare l'uscita DC Load prima inutilizzata, anziche' prendere energia dalle batterie, questo per avere qualche info in piu' dal display del controller (e risparmiare 2 diodi?)
- aggiunti 2 diodi di protezione per le batterie in parallelo

Ora i dubbi piu' grossi riguardano proprio i diodi, dando per scontato che ci vogliano nonostante le batterie siano uguali e dello stesso lotto, 2 da 80A ciascuno vanno bene? Le batterie hanno uno spunto di 680A.
Per i diodi pensavo a questi con la vite:
http://it.rs-online.com/web/p/diodi-ret ... y/8172504/
Mentre per il collegamento delle batterie in parallelo ho gia' comprato questi cavi:
https://tinyurl.com/o3ycbjb
Che tipo di collegamento posso usare per collegare quei diodi ai morsetti che ho gia' preso? Ci sono soluzioni standard che rimangano solide nel tempo?


Altra domanda, gli interruttori devono essere per forza magnetotermici? O vanno bene degli switch qualsiasi tipo questi?:
https://tinyurl.com/pkkdnft

Ah, se ci sono altri componenti come fusibili/diodi/interruttori per completare il circuito a regola d'arte dite pure

[Ferrobattuto]

Allora:
Quei diodi vanno bene.
Il diodo in uscita al pannello lo devi mettere, quelli che sono dentro sono in PARALLELO alle celle, e non in serie, e servono per eventuali ombreggiature parziali.
I cavi vanno bene, purché le batterie stiano vicine.....
Gli interruttoni non servono magnetotermici, bastano normali interruttori, purché siano in grado di reggere TUTTA la corrente che ci deve passare dentro.

[maxlinux2000]

Molto bene gigpi

Mi fa piacere che stai proseguendo con il progetto.
Visto che usi batterie da auto, ti consiglio di per impostare la tensione ai pili delle batterie a 15.5V.
Ma controlla che l'alimentatore dc-dc sopporti almeno 16v in ingresso.

[gigpi]

Grazie mille per le risposte!
Ora mi resta solo da capire come collegare fisicamente i diodi che ho linkato prima ai morsetti delle batterie, cosi a naso il foro del diodo mi sembra piccolino per farci passare il cavo da 2.5mmq che arriva dal controller e la vite dovró trovare il modo di fissarla ai morsetti stessi...mi inventeró qualcosa quando arrivano

Ciao e grazie ancora!


p.s. avevo messo la spunta sull'avviso via email per le risposte ma non mi e' arrivata nessuna mail, le altre volte era sempre arrivata, lo scrivo perche' ho letto dei recenti problemi al forum

[Ferrobattuto]

I diodi che metterai sui poli delle batterie vanno montati su un piccolo dissipatore di calore, come quello per i transistor di potenza. Non è detto che debbano stare necessariamente sul polo della batteria, possono stare anche all'altro capo del cavo, dove i due cavi si uniscono per entrare nel regolatore.
Tra l'altro sullo schema nella figura sono collegati in modo sbagliato. E collegando i diodi in quel modo le batterie riceveranno corrente ma senza darne.
P.S.
Credo che se intendi usare le batterie in parallelo tramite i diodi, questi debbano essere quattro, e non due.
Ma se non ho capito qualcosa possiamo riparlarne.

[maxlinux2000]

Per le e-mail, prova a guardare nello spam.
Se sono li. Aggiungi l'indirizzo e-mail alla rubrica così non finiscono più li in futuro

[maxlinux2000]

Ora non ricordo se le batterie le hai già o meno.
Cmq se le devi ancora comprare, sarebbe meglio usare una da 150Ah, piuttosto che 2 da 75Ah con diodi.

[gigpi]

@Maxlinux2000
Si, le batterie le ho giá prese ed ora son obbligato ad usare i diodi, a meno che faccia un parallelo "secco" considerato che non ho carichi collegati direttamente alle batterie ma solo al controller.

@Ferrobattuto
Nello schema sopra avevo sbagliato doppiamente! Oltre a non dare corrente, una delle due era senza protezione Grazie a te per avermelo fatto notare in tempo

Quando ho realizzato quello schema, stavo seguendo questo che penso conosciate giá:

Il fatto di aver usato solo 2 diodi anziché 4, era perché pensavo che non avendo nessun inverter o carico collegato alle batterie potevo fare a meno dei 2 in uscita.

Ora ho rifatto lo schema ma da ignorante in materia mi resta un dubbio:

Il dubbio é in primis se lo schema ora sia giusto, ma sopratutto se con questi collegamenti le batterie si ricaricano oppure se la corrente entra ed esce dal controller senza passare attraverso le batterie.
Chiedo a voi luminari dell'elettrone

Per quanto riguarda i dissipatori invece non ci avevo neanche pensato, a sto punto penso che dovró cambiare quelli che avevo scelto (http://it.rs-online.com/web/p/diodi-ret ... y/8172504/ ) con altri dalla forma piatta, sperando poi di riuscire a saldarci i cavi, oppure optare per dei ponti raddrizzatori tipo questi:


Ciao

[maxlinux2000]

Esagerati quei diodi... Eppoi ti servono i shottly non quelli normali. Inoltre per un l carico che hai ti bastano da 20A