Der Raspberry Pi fällt dauernd aus. Jetzt bekommt er das Waveshare UPS Module 3S
Ich teste eine USV mit drei gebrauchten 18650-Zellen, damit der Raspberry Pi 3B+ meiner Weingarten-Solaranlage endlich zuverlässig durchläuft.
Der Raspberry Pi im Weingarten hat mich in letzter Zeit ziemlich genervt. Eine Zeit lang lief alles ganz normal und die Messwerte kamen in der InfluxDB an. Dann war plötzlich wieder Schluss: keine neuen Daten, der Pi nicht erreichbar. Später lief er wieder – bis zum nächsten Aussetzer.
Die Weingarten-Solaranlage
Die Solaranlage ist bei mir gleichzeitig Nutzanlage, Demo-Station und Teststation. Sie liefert nicht nur Strom für die Messtechnik, sondern betreibt unter anderem auch die Pumpe des Kinderpools.
Vier PV-Module kommen zusammen auf 400 Watt. Der EPEVER Tracer 4210AN lädt eine Redodo-LiFePO4-Batterie mit 12,8 Volt und 100 Amperestunden. Für 230-Volt-Verbraucher wie die Poolpumpe hängt außerdem ein Sinuswechselrichter mit 600 VA an der Batterie.
Die Solarmodule sitzen auf einem Solartracker mit zwei Achsen. Ein Lichtsensor erkennt die Richtung mit dem stärksten Lichteinfall, die Mikrocontroller-Steuerung erfasst die Stellung der Paneele. Ein Gyroskop ist nicht verbaut. Über den Raspberry Pi 3B+ kann ich die Motoren zusätzlich mit einem Python-Script fernsteuern. Das ist für diesen USV-Test nur ein Nebenschauplatz, gehört aber zur Anlage dazu.
Der Raspberry Pi 3B+ ist rot markiert. An ihm laufen Sensorik, Solartracker, MQTT-Verbindung und der Weg zum Heimserver zusammen.
Was alles zusammenarbeitet
- Vier monokristalline Offgridtec-Module mit je 100 W: erzeugen zusammen 400 Watt. Der Solartracker richtet sie auf zwei Achsen zur Sonne aus.
- EPEVER Tracer 4210AN: regelt die Ladung der Solarbatterie.
- Redodo LiFePO4 mit 12,8 V und 100 Ah: speichert die Energie.
- Voltcraft SWD-600/12: erzeugt die 230 Volt und versorgt unter anderem die Pumpe des Kinderpools.
- 5-V-Versorgung: speist die Raspberry-Pi- und Sensortechnik. Das konkrete Modell muss ich noch nachsehen.
- Raspberry Pi Zero W mit Pimoroni Enviro pHAT: erfasst Licht-, Lage- und weitere Umweltdaten.
- Wemos D1 mini: liest den Laderegler über den EPEVER-RS485-WLAN-Adapter aus und sendet die Werte per WLAN und MQTT.
- Raspberry Pi 3 Model B+: ist meine zentrale Station für Daten, Fernsteuerung und Weiterleitung. Genau dieser Rechner bekommt jetzt die USV.
- Waveshare UPS Module 3S: soll den Raspberry Pi 3B+ bei kurzen Spannungseinbrüchen weiterlaufen lassen.
- Gartenrouter, Tailscale und Heimserver: bringen die Daten zu InfluxDB und Grafana. Der aktuelle Router ist so ein Normalrouter, den man mit einem Abo dazu bekommt. Der läuft mit einer Sim-Karte vom Hofer.
Es hat eine Weile gedauert, bis klar war, dass nicht die Datenübertragung das eigentliche Problem ist. Der Raspberry Pi 3B+ verliert schlicht seine Versorgung. Manchmal wird die Batterie zu schwach, manchmal kommt über längere Zeit zu wenig Sonnenenergie nach. Wenn gleichzeitig andere Verbraucher an der Anlage hängen, reicht es irgendwann nicht mehr.
Das Ergebnis ist jedes Mal dasselbe: Der Pi geht hart aus. Für die SD-Karte ist das natürlich auch nicht gerade ideal. Vor allem aber fehlen mir genau in dieser Zeit die Messdaten, mit denen ich eigentlich sehen möchte, was in der Anlage passiert. Wenn dieser eine Rechner ausfällt, bleibt ein erstaunlich großer Teil der Mess- und Steuerkette stehen.
Die USV lag schon länger herum
Ein Waveshare UPS Module 3S hatte ich schon länger herumliegen. Wie das bei solchen Projekten eben ist: gekauft, zur Seite gelegt und erst einmal etwas anderes gemacht. Nachdem mich die ständigen Aussetzer oft genug geärgert hatten, habe ich es jetzt endlich hervorgeholt.
An einem freien Abend habe ich das Modul auf den Tisch gelegt und mich genauer damit beschäftigt. Solche Elektronikaufbauten interessieren mich brennend. Ich spiele mich gerne mit den Spannungen, Schnittstellen und kleinen Änderungen, messe nach und probiere weiter, bis die Sache so zuverlässig funktioniert, wie ich sie haben will.
Von einem früheren Batterieprojekt hatte ich noch mehr als 800 18650er-Zellen herumliegen. Hab mir drei gebrauchte 18650-Zellen rausgesucht, die ähnliche Werte hatten und die dann in das Modul eingesetzt.
Der provisorische Aufbau mit Raspberry Pi, Waveshare UPS Module 3S und den eingesetzten Akkuzellen.
Bei den gebrauchten Zellen schaue ich lieber zweimal hin. Waveshare warnt ausdrücklich davor, alte und neue Zellen oder unterschiedliche Fabrikate zu mischen. Auch beschädigte Isolierungen am Pluspol sind keine Kleinigkeit. Drei zufällig passende Rundlinge sind also noch lange kein brauchbarer Akkupack …
Ich lade die Zellen gerade im Versuchsaufbau. Das USV-Modul hängt dafür an meinem regelbaren KIPRIM-DC310S-Labornetzgerät. Dort kann ich Spannung und Ladestrom kontrollieren, bevor ich den Aufbau an die Solaranlage hänge.
Beim Laden waren am Netzgerät 11,27 Volt, 0,209 Ampere und 2,36 Watt abzulesen; eingestellt waren 12,60 Volt und 0,200 Ampere.
Auf den Fotos sieht der Aufbau noch etwas provisorisch aus – weil er genau das ist. Raspberry Pi, USV-Modul, drei gebrauchte Akkuzellen, ein paar Kabel und das Labornetzgerät. Im Moment geht es nicht darum, dass es schön aussieht. Ich möchte zuerst wissen, ob es zuverlässig funktioniert.
Direkt und ungeprüft an die große LiFePO4-Batterie hänge ich das Modul nicht. Die Solarbatterie kommt beim Laden auf eine deutlich höhere Spannung als die 12,6 Volt, mit denen ich das USV-Modul jetzt teste. Für den endgültigen Einbau brauche ich deshalb noch eine passende, stabile Spannungsversorgung.
Jetzt beginnt die Testphase
Ich trage den Aufbau jetzt in den Garten, baue ihn an die Solaranlage und lasse ihn mehrere Wochen laufen. In der InfluxDB sehe ich dann, ob die Daten durchgehend ankommen oder der Raspberry Pi irgendwann doch wieder hopsgeht.
Wenn eine neue Lücke auftaucht, vergleiche ich den Zeitpunkt mit Spannungsverlauf, Batteriestrom und den I²C-Werten der USV. Mehr muss der erste Test noch nicht beantworten.