Hochwasserpegel selbst bauen - Die Energieversorgung

Draußen an der Brücke gibt es keine Steckdose. Deshalb ist eine energieeffiziente Hardwarekonfiguration essenziell. Im Projekt haben wir eine Platine entwickelt, die durch das Abschalten nicht benötigter Komponenten maximale Effizienz bietet und den Einsatz einer solaren Versorgung ermöglicht.

Analysieren wir den Stromverlauf unseres Systems mithilfe eines Smart-Meter, so ergibt sich ein Bedarf von 19 mAs pro Ultraschallmessung und ein Bedarf von 31 mAs für eine Datenübertragung per LoRaWAN mit SF7. Mit den ca. 3000 mAh der drei AA-Zellen, die optimal in unser vorgesehenes Rohrgehäuse passen, erreichen wir so eine theoretische Laufzeit von mehreren Jahren. Bei der Batteriewahl spricht insbesondere der im Vergleich zu Alkali-Zellen erweiterte Temperaturbereich für Lithium-Eisendisulfid Zellen. Für das Verhalten in der Praxis spielen vor allem die Abtastzyklen, die Schwellwerte sowie die Entfernung zum Gateway (Spreadingfaktor, SF) eine entscheidende Rolle. 

Im folgenden Video ermitteln wir, wie viel Solarstrahlung ein kleines Maker-Panel mit wenigen Quadratzentimeter Fläche im Worst-Case überhaupt einfangen kann und ob sich längere Dunkelphasen mit einem einfachen NiMH-Akku für Gartenlichter verlässlich überbücken können. 

Kurz zusammengefasst: Der Boost-/Buck-Spannungsregler auf unserer Platine sorgt für eine effiziente Nutzung der verfügbaren Strahlungsenergie auch unter einer Brücke. Ein winziges Panel mit 1 Wp reicht zur Versorgung und schonender Dauerladung des Akkus. Dank One-Wire Temperatusensor und MOS-FET Driver erfolgt der Ladevorgang der NiMH-Akkus nur im schonenden Temperaturbereich von 0 bis 40 °C. 

Unsere intelligente Software adaptiert die Zykluszeiten zur Pegelmessung und verhindert außerdem die Tiefentladung des Systems. Dadurch wird eine lange Nutzungsdauer der Solarakkus gewährleistet.