Raspberry Pi mit Solaranlage betreiben – Teil 2

In diesem Teil geht es um die Berechnung mit welchen Kosten wir für dieses Projekt rechnen müssen. Sonnenenergie ist toll, da sie gratis ist, jedoch ist die Anschaffung der Hardware für die Nutzung der Sonnenenergie heute noch relativ teuer und rentiert sich erst über mehrere Jahre. Nimmt man dazu noch Wartungskosten erst über Jahrzehnte. Zahlt es sich also nun aus den Raspberry Pi mit Sonnenenergie zu betreiben? Schließlich braucht er ja kaum Energie. Ein netter Artikel zur Umsetzung dieser Lösung ist hier zu finden.

Rechenbeispiele zur Solaranlage

Bei meinen Rechenbeispielen gehe ich von 2 unterschiedlichen Annahmen aus. Zum einen ist da der Rapberry Pi der mit seinen 3,5 Watt betrieben wird und das auf Dauer. Das bedeutet er müsste ständig unter voller Last stehen und die größte mögliche Leistung erzielen. Zum anderen nehme ich den normalen Fall, ein Raspberry Pi der auch im Dauerbetrieb ist, jedoch nur selten eine Auslastung hat und lange im low power Modus operiert.

Best Case Scenario

Der Raspberry Pi läuft. Er ist rund um die Uhr erreichbar, führt aber nur gelegentlich Aufgaben aus. Hier ein Backup, da eine Webseite anzeigen, Daten speichern oder Werte ausgeben. Die meiste Zeit verbringt er mit einer Auslastung bei nur wenigen Prozent. Vom Power USB Kabel nimmt er nur so viel Energie, soviel er eben gerade benötigt, meistens das Minimum.

Es ist Sommer, die Sonne scheint 10 Stunden am Tag und es ist gerade Mittag, keine Wolke am Himmel.

Lösung

Für diesen Fall benötigen wir lediglich eine kleine Solaranlage. Eine Eingangsspannung von 5 V und ca. 200 – 300 mA sollten ausreichen um den Pi optimal mit Energie zu versorgen. Dafür reicht uns:

  • eine kleine 10 Watt Solaranlage
    dieses Solarpanel liefert laut Herstellerangabe bis zu 600 mA und auch im Schatten mindestens 200 mA.
  • ein Laderegler für die Solarzelle
    diesen benötigen wir, damit es zu keinen Überspannungen kommt und unser Pi Schaden erleidet.

Mit dieser Investition sollte der Raspberry Pi bei genug Sonneneinstrahlung autonom damit betrieben werden können.

Worst Case Scenario

Im schlimmsten Fall läuft unser Pi also unter voller Last und hat somit den maximalen Verbrauch. Aufgaben sind dafür meistens Berechnungen. Anwendungsbeispiele sind unter anderem Bitcoin mining, Videos de-/komprimieren, Berechnungen durchführen, Video streamen usw. all jene Aufgaben bei der der Prozessor zu 100% ausgelastet ist und auch möglichst viele angesteckte Geräte oder Interfaces angesprochen werden. Für diese Arbeit wird Energie benötigt. Der Pi nimmt sich also vom Power USB Kabel so viel er kann.

Um das ganze spannende zu machen ist gerade Nacht und es ist tiefer Winter. Den Tag über war es bedeckt und neblig.

Lösung

In diesem Fall sind wir auf einen Akku angewiesen und müssen hoffen, dass die Leistung der Solarzelle ausreicht um ihn am Tag soweit zu laden, dass wir mit dem Raspberry Pi über die Nacht kommen. Für wenig direkte Sonneneinstrahlung sind größere und Leistungsfähigere Solarzellen notwendig:

  • eine leistungsfähige 200 Watt Solaranlage
    diese Anlage ist gegenüber der ersten um einiges teurer. Hier ist jedoch im Preis bereits ein Laderegler enthalten.
  • einen Laderegler
    dieser ist bei der Solaranlage bereits enthalten.
  • einen Blei-Akku
    dieser Akku ist mit seinen 33 Ah stark genug um den Pi 2 Tage lang selber zu versorgen.

Bei diesem Szenario muss man aber bedenken, dass irgendwann einfach zu wenig Strom über die Solaranlage kommt und man irgendwann den Akku ans Stromnetz anschließen sollte. Dafür muss man laufend über den Ladezustand des Akkus informiert werden.

Bei all den Zahlen und Fakten ist natürlich Vorsicht geboten. Das Thema Sonnenenergie ist komplex und nicht einfach. Allein schon die korrekte Positionierung einer Solaranlage kann massive Unterschiede bewirken. Als Beispiel dazu sagt dieses Diagramm eigentlich alles aus:

Solaranlage Ausrichtung

Ich hoffe mit diesen Beispielen wird die Problematik bei dem Solarbetrieb deutlich. Im nächsten Teil zeige ich meine Lösung.

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