Solcellsdriven LoRaWAN gateway

Hjojohan Okategoriserade

Driv din LoRaWAN gateway med en solcellspanel, kommunicera med SIMkort.

Eftersom målet med IoT är att koppla upp sensorer överallt vill utvecklare utöka räckvidden för LoRaWAN®-åtkomst även i områden som inte har tillgång till el och internet-förbindelse via kabel, t.ex. i avlägsna områden som i fjällvärlden, skogen eller i stora lantbruk.

Vi har redan identifierat detta problem och släppt en LoRa®-installation som drivs med solenergi. Så länge det inte finns några hinder på himlen, kan vi äntligen använda kraften från solstrålar för att driva vår gateway med energi från solen och kommunicera med LoRaWAN servern via simkort.

Med endast 3 komponenter är det möjligt, nämligen

  • Solpanel – enheten som samlar solljus och omvandlar den till elektrisk ström
  • MPPT Charge Controllers – omvandlaren som ökar effektiviteten i ett batteriladdningstillstånd
  • Batterier – behållaren med vår omvandlade elektriska ström från solljus

Om du vill prova på denna hållbara installation måste du först lära dig hur man beräknar batteriets kapacitet.

Image

Beräkning av batterikapacitet

För att beräkna minsta möjliga batterikapacitet måste vi först bestämma in antalet autonomidagar. Detta betyder helt enkelt antalet dagar som gatewayen kan drivas utan solsken och endast från batterikapaciteten. För de flesta platser är det maximala antalet kontinuerliga regndagar tre, så det är en bra tumregel att ställa in autonomidagarna till tre.

En annan specifikation som måste bestämmas är batteriet urladdningsdjupet (DoD). Det rekommenderas inte att ladda ur 100% av batteriernas totala kapacitet eftersom det drastiskt minskar livslängden. Det är därför batteritillverkare rekommenderar en viss DoD för sina batterier. Till exempel kan ett 100 Ah batteri med 80% rekommenderat DoD bara använda 80 Ah eller 80% av sin totala kapacitet i en cykel. Om du väljer ett lägre urladdningsdjup kan batteriet hålla längre, men det kräver att du har en större batterikapacitet. Till exempel kan en batteribank ha 10 000 cykler vid 20% DoD men bara 800 cykler vid 90% DoD. Om inte annat anges av batteritillverkaren har det visat sig att användning av 80% DoD är bäst när det gäller att maximera batterikapaciteten och förlänga batteriets livslängd.

Den LoRaWAN®-gateway vi använder förbrukar 500mA vid 12V. Detta innebär att dess energiförbrukning är:

  • 0,5 Ah vid 12 V per timme

Under en hel dag behöver den:

  • 24 timmar x 0,5 Ah = 12 Ah vid 12 V.
  • Eftersom vi behöver 3 dagars autonomi blir den erforderliga energin:
  • 2Ah vid 12V x 3 dagar = 36Ah vid 12V

Med hänsyn till urladdningsdjupet blir den minimikrav på batterikapacitet:

36Ah / 0,8 = 45Ah vid 12V = 540Wh

Beräkna solpanelens verkningsgrad

Eftersom denna setup använder en solpanel, är det en bra praxis att också känna till verkningsgraden  på solpanelen du ska använda.  Mängden energi som en solpanel kan producera beror på bestrålningen (energi från solen per ytenhet) på din specifika plats. För att veta detta värde för din plats kan du gå till webbplatsen NASA POWER (Prediction of Worldwide Energy Resources). Klicka på “POWER Data Access Viewer.” Det tar dig till en karta. I fönstret till höger klickar du på “Klimatologi” och anger sedan platsens latitud och longitud. I avsnittet “Välj parametrar” längst ner dubbelklickar du på mappen “Tilted Solar Panels”. Parametern som vi är intresserade av är ”Solar Irradiance for Equator Facing Tilted Surfaces (Set of Surfaces)”. Klicka på “Skicka”.

För att maximera den energi som produceras av solpanelen måste den pekas mot ekvatorn (söder för platser på norra halvklotet och vice versa) i en lutningsvinkel som är lika med platsens latitud. NASA Power-webbplatsen visar olika strålningsnivåer för olika lutningsvinklar på dina solpaneler. För detta exempel, låt oss anta att vi har en bestrålning på 5,0 baserat på vår lutningsvinkel. Vi måste ställa in det värsta fallet där vi har det minsta antalet soldagar per vårt maximala antal kontinuerliga regniga dagar. För att maximera vårt systems tillförlitlighet kan vi ställa in två solskensdagar per 3 kontinuerliga regniga dagar.

Detta innebär att vår solpanel under dessa två solskensdagar måste kunna producera energi till vår gateway och ladda batterierna helt. Den totala energin är lika med:

  • 432Wh (36Ah vid 12V) + 288Wh (0,5Ah vid 12V i 2 dagar) = 720Wh
  • 720Wh / 5 (bestrålning) /0,8 (korrigering för effektivitet) = 180W

Eftersom detta är i två dagar:

  • 180W / 2 = 90W ≈ 100W

Montering av LoRa®gateway-kit

Efter att ha lärt dig om dessa beräkningar kan du nu fortsätta med att montera din Gateway som drivs med en solpanel.

Montera LoRa® gateway-satsen.

Sätt fast solpanelen och batteripaketet.  Solpanelen som ingår i satsen är 665 x 815 millimeter stor och har en maximal effekt på 80 watt. Å andra sidan har litiumbatteriet en storlek på 140 x 90 x 350 millimeter med en kapacitet på 50 Ah (ampere-timme). Anslut försiktigt batteriet och solpanelen till gateway-kit moderkort.

Montera hela satsen.

Eftersom batteriets driftstemperatur är mellan -20 ° C ~ 60 ° C, måste du först hitta en gynnsam plats för din gateway-installation som passar till ett sådant temperaturintervall. Försäkra dig också om att platsen inte har några hinder på himlen så att solpanelen effektivt kan samla solljus.

Åtkomst till gatewayen.

Om du försöker komma åt via wifi kan WEB-hanteringsplattformen användas via IP-adressen 192.168.230.1 i gateway-LAN-gränssnittet med hjälp av en webbläsare. Annars kan du komma åt gatewayen genom att ansluta till en WAN-port DHCP IP endast när en DHCP-server finns i nätverket. Efter att ha frågat gatewayens IP-adress via den servern kan du komma åt samma hanteringsplattform via den IP-adressen. För mer information om denna instruktion kan du komma åt det här dokumentet.