Innovationslabor Digitalisierung am Umwelt-Campus Birkenfeld

Wie betreibt man eine Messstation in einer Umgebung, in der keine Stromversorgung über die Steckdose gewährleistet ist, wie z.B. im Nationalpark oder dem eigenen Garten?
Mit dieser Aufgabenstellung hat sich ein Team aus 4 Bachelorstudenten aus der Informatik und Energietechnik genauer beschäftigt.
Die Lösung ist ein autarkes System, welches eine Messstation über das gesamte Jahr hinweg erfolgreich mit Energie versorgt und selbstständig Daten sendet, sodass man jederzeit bequem aus der Ferne darauf zugreifen kann. Dafür wurde mit dem Projekt SoLoRa (=Solare Energieversorgung eines Long Range Wide Area Networks) ein Grundstein gelegt.

Aufbau
Da es viele Anwendungsbereiche gibt, ist das SoLoRa ein Prototyp, der abhängig von der Art des Sensors und somit der Datenquelle in den verschiedenen Bereichen frei variiert werden kann. Entscheidende Anpassungen/Modifizierungen finden in den Teilbereichen Energieversorgung, Gehäusebau und Programmierung statt. Hierbei wurde bei den Eigenschaften der Fokus auf zwei Bereiche gelegt:

• Robust und Autark
• Einfach und Anwendbar

Das System besteht aus einer Solarzelle, NiMH-Akkus, dem Octopus (ESP8266), einem
Distanzsensor, einem Spannungssensor und einem mit 3D-Druck angepassten Gehäuse.
Das Außengehäuse, bestehend aus einer Abzweigdose, bietet einen räumlichen Schutz des Sensorik- und Platinen-Bereichs gegenüber Umwelteinflüssen.
Im Inneren findet man ein aus 3D-gedruckten Teilen zusammengesetztes Gestell. Dieses
verhindern das gegenseitige Beeinflussen und gewährleistet die Fixierung der Komponenten.
Es wird eine optimale und komprimierte Ausnutzung des gegebenen Raumes ermöglicht. Ein schneller und einfacher Zugriff bei benötigten Veränderungen lässt sich über drei Handgriffe schnell realisieren.

Energietechnik und Erneuerbare Energien
Um die durch Photovoltaik gewonnene Energie zu speichern, werden NiMH-Akkus verwendet. Geringe Selbstentladung und gute Eigenschaften bei tiefen Temperaturen machen NiMH-Akkumulatoren zu einer geeigneten Sekundärbatterie im Außeneinsatz.

Informatik
Die Programmierung wurde über das Ardublockmodul der IoT-Werkstatt erstellt. In
Kombination mit dem Feather-Shield-Modem von Adafruit, wird die Kommunikationsbrücke  über ein LoRa-Wan Netz ermöglicht.

Monitoring
Das Ziel des Projekts SoLoRa soll es bei längerfristigen Zeiträumen
Monitoringarbeiten zu unterstützen, sei es im Naturschutz, bei Studentenprojekten oder
anderen wissenschaftlichen Arbeiten. Anstatt weite Kabelstrecken zu ziehen oder sperrige Module in der Umgebung anzubringen, soll mit einem autarken Modul eine smarte Lösung geschaffen werden.
Es bieten sich viele Einsatzmöglichkeiten, die im Rahmen des INNODIG-Labors erforscht und erprobt werden. Das Internet der Dinge ermöglicht heutzutage eine Vielzahl an Anwendungen, die weit hinaus über den standardisierten Nutzen des Internets hinausgehen. Im Sinne der interdisziplinären Zusammenarbeit lassen sich weitere Einsatzmöglichkeit untersuchen und das System zuverlässig für zukünftige Anwendungen optimieren.