Getestet mit:RPi3; Raspbian Jessie; MoPower firmware v0.93
Voraussetzungen:Raspberry Pi mit Raspbian Jessie und Internetverbindung (siehe Schritte 1-7 in der Einfuehrung)
Bauteile:Solarzelle
12V Motorradbatterie
Solarkontroller
MoPower UPS
Offizieller RPi Touchscreen
USB Tastatur und Maus
(12 Volt Stromquelle)
Case: Holz und Holzwerkzeuge, Scharniere, Schrauben und Bohrmaschine, Alublech (, Sugru)
Loetausruestung, Multimeter, Kabel, Stecker
(5V Aktivboxen mit USB Stromversorgung)
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BRX1000: autonomer RPi Solarcomputer mit MoPower zur Energiekontrolle

BRX1000: Autonomer RPi Solarrechner

BRX1000: Autonomer RPi Solarrechner

Der kleine, leichte, guenstige und energieeffiziente Raspberry Pi ist wunderbar geeignet fuer den Bau autonomer Solargeraete. In diesem Tutorial wird der Aufbau des simplen Solarcomputer BRX1000 aus einem Raspberry Pi, dem offiziellen RPi-Touchscreen, einem MoPower zur Energieverwaltung und einem preisguenstigen Solarsystem gezeigt. Damit kann man beispielsweise eine autonome Spielstation mit RetroPie aufbauen.

Nackter Solarcomputer
Der Solarcomputer besteht aus

  • Raspberry Pi, Tastatur/Maus, Touchscreen
  • MoPower UPS Raspberry Pi HAT
  • Solarzelle (hier: 17.5V, 4 W, 230mA, 31.5*31.5cm mit Alurahmen)
  • Solarladekontroller (hier 12V, max. 20A, z.B. von Ebay)
  • Motorradbatterie (hier NP7-12: 12V 7AH)

Alles zusammen kostet das etwas mehr als 150€. Hier ist ein Photo vom Solarcomputer ohne Case:

BRX1000 nackt

BRX1000 nackt

Der Solarladekontroller ist verbunden mit der Solarzelle und der Batterie. Zusaetzlich ist die Batterie direkt angeschlossen an den Stromeingang des MoPower, der als HAT auf dem Raspberry Pi hinter dem Touchscreen sitzt.

Case Aufbau
Beim Bau des Cases muss lediglich beachtet werden, dass die Motorradbatterie hineinpasst und Laenge und Breite uebereinstimmen mit der Solarzelle. Bei mir ist das

  • 2 Bretter 31,5 * 15,5 * 1,8cm
  • 2 Bretter 28 * 15,5 * 1,8cm
  • 1 Boden 28,2* 28,2 * 1,8cm
  • 1 Brett 18,2 * 17 * 1,8cm mit einem mittigen Ausschnitt von 18 * 10,5cm
  • 2 kleine Stuecke Aluminiumblech um den Touchscreen aufzuhaengen
  • 2 Scharniere mit Fluegeln im Format 5 * 1,8cm
  • 1 Y-Kabel von der Batterie zu Ladekontroller und RPi
  • Doppelseitiges Klebeband zum fixieren der Batterie

Beim Setzen der Schrauben in das Holz sollte mit einem duennen Bohrer vorgebohrt werden. Da die Scharniere auf dem Alurahmen der Solarzelle nicht gut hielten, habe ich eine duenne Schicht Sugru zwischen Scharnier und Alurahmen gesetzt, die Schrauben reingedreht und trocknen lassen:

Scharnier mit Sugru

Scharnier mit Sugru

Sowohl der RPi als auch der Ladekontroller werden direkt mit Batteriestrom gespeist. Dafuer braucht es ein selbst gebautes Kabel, Motorrad-Kabelschuhe auf offen fuer den Ladekontroller und auf einen 2-Pin-Header fuer den MoPower:
Y-Kabel

Y-Kabel

Der Raspberry Pi ist ueber den Touchscreen in einem sehr einfachen Holzrahmen mit zwei Alublechen befestigt:
RPi Fassung

RPi Fassung

Der Rahmen ist einfach eingeschraubt: die aeusseren Holzbretter wurden mit einem Bohrer knapp breiter als die Halteschraubengewinde eingebohrt. So kann der Rahmen um 180° gedreht werden und erlaubt schnellen Zugriff auf das GPIO.

Software
Zur Inbetriebnahme sollte lediglich die MoPower-Software installiert werden wie beschrieben im Tutorial MoPower auf dem Raspberry Pi 3. Danach kann der Raspberry Pi mit dem Power-Knopf auf dem MoPower ein- und ausgeschaltet werden.

Energiehaushalt
Hier sind ein paar Ideen zur Approximationen des Energiehaushaltes; praktische Messergebnisse folgen.
Die Batterie haelt 7AH bei 12V. Der Raspberry Pi braucht, inklusive MoPower, Touchscreen, Peripheriegeraeten und Ladekontroller, etwa 0,65A bei 12V. Daraus ergibt sich bei voller Ladung eine Laufzeit von 7AH * 0,65A ~= 10,7H * 0.8 ~= 8,6H (die Batterie darf nur zu 80% entladen werden, daher * 0,8). Aber wie lange braucht die Solarzelle zum Laden der Batterie?
Die leere Batterie enthaelt etwa 1,4AH bei 12V, also fehlen 5,6AH. Der maximale Ladestrom der Solarzelle fuer 12V betraegt (17,5V / 12V) * 0,23A ~= 0,34A. Um die Batterie voll aufzufuellen, muss die Solarzelle mit optimalem Winkel zur Sonne 5,6AH / 0,34A ~= 16,5H laden. Bei 7,6 Sonnenstunden pro Tag im Juni muesste also gut zwei Tage ideal geladen werden, um den Akku ganz zu fuellen. Realistisch ohne Sonnentracking ist vermutlich mehr als das doppelte.

ToDo

  • Schatullenverschluss
  • RPi besser einhaengen
  • Tragegriffe und Fuesse
  • (Lautsprecher fix einbauen)
  • Externer Stromanschluss, Schalter
  • Solarzelle und RPi: Arretierung, ideal mit einstellbarem Winkel
  • LiPo-Akkus statt Bleiblock
Links
MoPower auf Raspbian Jessie: http://www.knight-of-pi.org/de/mopower-auf-dem-raspberry-pi-3-mit-raspbian-jessie/
Emulatorspiele mit dem Solarcomputer BRX1000: http://www.knight-of-pi.org/de/spieleemulator-retropie-update-zwei-tastaturen-an-einem-solarbetriebenen-raspberry-pi/
MoPower UPS: http://www.allspectrum.com/mopower/

Knight of Pi

Johannes Bergs aka Knight of Pi. Diploma in Bioinformatics, some Webdesign and Python coding then. Living in the beautiful city of Vienna.

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