Montag, 24. Juli 2023

Stromverbrauch am digitalen Zähler auslesen

Im Post "Solarzelle Ahoy! - Leistungsmessung beim Balkonkraftwerk" stellten sich mir die Fragen:

Wie viel Energie liefern mir die Zellen meines Balkonkraftwerkes?

Wie viel Energie davon nutze ich und wieviel verschenke ich ins Stromnetz?

Die letzte Frage kann der digitale Stromzähler liefern. Aber jedesmal zur Hauptverteilung laufen und ablesen ist mühsam und langweilig.

Zudem gibt es brauchbare Datenerfassungssystem im Umfeld von Home Automation, die man mit den Daten füttern kann und diese dann übersichtlich in Tages-, Wochen- und Monatsverläufen darstellen können. Achtung Spoiler: ein Post zum Thema Home Assistant folgt noch.

GEFAHR!

In der Unterverteilung bzw. im Zählerschrank besteht Gefahr durch Netzspannung von 230 V~ oder sogar 400 V~ an. Daher: keine Schutzverkleidungen abnehmen! Arbeiten in der Unterverteilung nur von Fachpersonal durchführen lassen. Elektrische Spannung ab 50 Volt Wechselspannung sowie ab 120 Volt Gleichspannung kann beim Menschen zu Verletzungen (z.B. Verbrennungen oder Herzkammerflimmern) und im schlimmsten Fall sogar zum Tod führen. Siehe auch: https://de.wikipedia.org/wiki/Stromunfall

Mein Zähler (Lepus 3.060 von Apator) besitzt wie die meisten Digitalzähler eine optische Schnittstelle (Infrarot), die das Auslesen der Daten ermöglicht. Damit alle Daten auslesbar sind, muss man sich beim Messstellenbetreiber die PIN des Zählers besorgen. Bei mir war das über die Hotline binnen Minuten erledigt.

 

Schnittstellenbeschreibung:

Datenübertragungsrate 9.600 Baud
Modus 8N1
Byteabstand im Telegramm < 2 ms
Protokoll SML + COSEM

 

Leseköpfe für die IR-Schnittstelle gibt es für unter 25 € inkl. magnetischem Gehäuse, aber ohne Kabel. Elektrisch werden die Leseköpfe über eine UART-Schnittstelle gekoppelt.

 

Das Auslesen, Verarbeiten und Übermitteln der Daten ins WLAN übernimmt wieder ein ESP8266 D1 mini. Dieser wir mit einer Firmware names Tasmota bespielt. 

Alle Infos zu Tasmota findet man unter:

https://tasmota.github.io/docs/

Leider unterstützt Tasmota aktuell nicht ohne weiteres Zutun das Auslesen der Zähler. Hierzu muss die Firmware konfiguriert und anschließend compiliert werden. Hört sich kompliziert an, ist es auch. Aber es gibt ein Video von haus-automatisierung.com, dass das Vorgehen nachvollziehbar erklärt:


Da nicht alle Zähler gleich sind, muss das im Video erwähnte Script für den Lepus 3.060 wie folgt aussehen:

>D  
>B
=>sensor53 r
>M 1
+1,3,s,0,9600,SML,1,1
1,77070100010800FF@1000,Zählerstand Total,kWh,Zählerstand_total_kwh,1
1,77070100020800ff@1000,Export (Total),kWh,export_total_kwh,1
1,770701000E0700FF@1,Netz Frequenz,Hz,Netz_Frequenz,1
1,77070100100700FF@1,aktuelle Wirkleistung,W,aktuelle_Wirkleistung,0
1,77070100240700FF@1,Wirkleistung L1,W,Wirkleistung_L1,0
1,77070100380700FF@1,Wirkleistung L2,W,Wirkleistung_L2,0
1,770701004C0700FF@1,Wirkleistung L3,W,Wirkleistung_L3,0

 

Nach Abschluss er "Firmware-Arbeiten" und dem Flashen auf den ESP8266, muss noch der Lesekopf mit dem ESP8266 verbunden werden. 

Da meine Unterverteilung in einem soliden Metallschrank untergebracht ist, der WLAN erfolgreich abschirmt, platziere ich den ESP8266 außerhalb des Schrankes. 

Als Kabel zum Lesekopf nutze ich ein altes Telefon-Anschlusskabel mit RJ45-Stecker. Der Stecker ist klein genug, um ihn durch eine Kabeltülle des Schaltschranks zu führen. Die vier Adern werden im Lesekopf angelötet. Ein Kabelbinder als Zugentlastung sollte ausreichen.

Eine 25 cm Netzwerk-Verlängerungskabel wird kurzerhand seines Steckers beraubt und mit dem ESP8266 verbunden.

Lesekopf <---> ESP8266 D1 mini

     VCC ----- 3V3

     GND ----- G

      RX ----- TX

      TX ----- RX

 

Zusätzlich erhält der ESP noch 2 Leitungen für die Stromversorgung, die er ebenfalls aus der Unterverteilung erhält.


Netzteil <---> ESP8266 D1 mini     

      +V ----- 5V

      -V ----- G 

Als Netzteil nutze ich ein Mean Well HDR-30-5.


Der ESP wird in einem kleinen Kunststoffgehäuse untergebracht.


 

Der Lesekopf wird auf dem Zählerinterface angebracht und die Zuleitung in der Unterverteilung durch eine Tülle im Schrankboden geführt.


Durch die gleiche Öffnung gelangen die Leitungen zur Spannungsversorgung des ESP in die Unterverteilung. Den ESP habe ich dann noch mit Kabelbinder unter der Unterverteilung fixiert.

Wenn alles ordnungsgemäß verdrahtet ist, der Lesekopf richtig auf dem Interface sitzt und die WLAN-Verbindung steht, kann Tasmota über die IP-Adresse des ESPs aufgerufen werden:


Durch Anpassen des oben gezeigten Scripts können noch weitere Werte, wie z.B. die Ströme und Spannungen pro Phase ausgelesen werden. Die fand ich jedoch für meine Zwecke uninteressant.

Meine Anfangsfrage, wieviel Energie ich vom Balkonkraftwerk nutze und wieviel ich verschenk, lässt sich nun beantworten.

Eingespeist habe ich, wie in Zeile 2 von Tasmota erkennbar: 31,1 kWh.

Zeitgleich hat mir das Balkonkraftwerk 304 kWh geliefert (Abfragbar über die AhoyDTU).

Ergo: Nutzen konnte ich 273,9 kWh bzw. rund 90% der erzeugten Energie.


Freitag, 21. Juli 2023

Solarzelle Ahoy! - Leistungsmessung beim Balkonkraftwerk

In den 1880er Jahren entdeckte Heinrich Hertz den photoelektrischen Effekt, Albert Einstein beschrieb dessen Gesetzmäßigkeiten und erhielt dafür 1922 den Nobelpreis. Dank des photovoltaischen Effekts - eine spezielle Form des photoelektrischen Effekts, der sich innerhalb von Halbleitern abspielt  ...

... lange Rede, kurzer Sinn: heutzutage gewinnen wir erfolgreich und effizient elektrische Energie aus Sonnenlicht mittels Solarzellen.

Ein Balkonkraftwerk bietet Anlass für elektronische Bastelleien. Denn nach erfolgreicher Installation der Anlage fragte ich mich: 

Wie viel Energie liefern mir die Zellen?

Wie viel Energie davon nutze ich und wieviel verschenke ich ins Stromnetz?

Die Antworten darauf kann die Messtechnik liefern. Und diese Messtechnik ist bereits in meinem Wechselrichter integriert. Eine Antenne am Wechselrichter ist ein Hinweis auf eine Funkschnittstelle. Nun stand etwas Recherche an, was denn da gefunkt wird und wie man die Daten lesen kann.

Mein Wechselrichter ist ein Hoymiles HM-600 und liefert per Funk leider keine direkte WLAN-Kommunikation. Eine Data Transfer Unit (DTU), die der Hersteller anbietet, kann das Funksignal in ein WLAN Signal umsetzen.

Ein preiswerte Form einer DTU für Hoymiles Wechselrichter gibt es auch, erfordert jedoch etwas Selbstbau und die Firmware des AhoyDTU Open Source Projektes

Als Hardware verwende ich ein ESP8266 D1 mini und ein NRF24L01+. 

Das NRF24L01+ ist ein System-on-Chip Transceiver für das 2,4 GHz ISM-Band

  • Betriebsspannung: 1.9 – 3.6 Volt
  • 125 Kanäle von 2.400 – 2.525 GHz
  • Datenrate: 250 kbit/s, 1 Mbit/s, 2 Mbit/s
  • Max. Ausgangsleistung: 0 dBm (1 mW)
  • Standby Stromverbrauch ca. 26 µA
  • SPI Schnittstelle

Die Platine mit dem NRF24 misst 40x15 mm (ohne Antennenstecker). Das Ganze gibt es auch in einer kleineren Version mit gedruckter Antenne.

Das ESP8266 D1 mini ist eine 35x25 mm große Platine, mit einem ESP8266 Mikrocontroller von Espressif Systems bestückt. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nach Flashen mit der AhoyDTU Firmware liest er die Daten über das NRF24L01+ vom Wechselrichter aus und stellt diese u.a. über eine Webseite anschaulich zur Verfügung.

Die Seite des AhoyDTU Open Source Projektes bietet eine Online-Tool zum flashen der Firmware, die Bauanleitung der DTU und eine Anleitung wie man sie in Betrieb nimmt. Als "fliegender" Aufbau ist das Ganze mit viel Muße binnen einer halben Stunde erledigt und einsatzbereit. 

Nach der Spannungsversorgung per USB-Netzteil bietet das Modul sich als WLAN-Hotspot an. Ich habe mich dort mit dem Handy eingelogged und zuerst die Daten meines heimischen WLANs eingegeben. Nach einem Reboot ist das Gerät dann im heimischen WLAN erreichbar und kann bequem weiter konfiguriert werden. Nach Eingabe einiger Daten zum Wechselrichter und den Zellen erfolgt ein abschließender Reboot. Danach kann die Webseite der DTU über dessen IP-Adresse im Browser aufgerufen werden.

Zum Schluss habe ich den fliegenden Aufbau durch verlötete Verbindungen ersetzt und die Module in einem einfachen 3D-gedruckten Gehäuse untergebracht. 

 

Zur Not tut es auch ein Brotdose  aus Kunststoff oder für den Außeneinsatz eine Verteilerdose.

Damit wäre zumindest die Frage nach der aktuellen und der gesamten Energielieferung beantwortet.

Die Kosten:

  • NRF24L01+ mit Antenne ca. 6 € (ohne Antenne unter 4 €)
  • ESP8266 D1 mini ca. 5 €
  • Gehäuse nach belieben
  • etwas Kabel
  • USB Netzteil ca. 6 € (wenn man keines übrig hat)
Geschätzte Gesamtkosten unter 20 €.


Sonntag, 9. Januar 2022

Akkusauger Bosch Zoo'o ProAnimal mit Wackelkontakt

Ein Akkusauger ist eine feine Sache. Kein Kabel, das im Weg liegt oder zu kurz ist.
Die Akkuleistung des Bosch Zoo'o ProAnimal war immer ausreichend um eine Etage gründlich zu saugen.

Und die Nachteile sind damit auch schon klar. Wenn man nicht routinemäßig dafür sorgt, dass nach dem Saugen das Laden erfolgt, dann ist der Frust ob des leeren Akkus vorprogrammiert. Irgendwann wird sich auch die nachlassende Akkukapazität bemerkbar machen.

Hier ging es jedoch um eine anderes - m.E. konstruktionsbedingtes - Problem. Der Akkusauger hatte einen Wackelkontakt, der sich bereits nach ca. zwei Jahren zeigte und schließlich so gravierend wurde, dass Abhilfe notwendig war.

Der Sauger lässt sich in drei Teile zerlegen: Saugbürste, Hauptgerät und Griffstück. Die neuralgischen Punkte sind dabei die elektrischen Kontakte an den Verbindungsstellen. Durch die Bewegungen beim Saugen sind die Verbindungsstellen besonders hohen Hebelkräften ausgeliefert. Dies trifft besonders auf die Verbindung zwischen Griffstück und Hauptgerät zu, da hier der Hebel sehr lang ist.

Beim Untersuchen der Kontakte fing ich bei der Saugbürste an. Die Kontakte sind solide ausgeführt und sahen in Ordnung aus.

Lediglich die Buchse am Hauptgerät war aus der Verankerung gerutscht, was schnell zu beheben war und nicht ursächlich für den Wackelkontakt war.



Beim Griffstück sind die Kontakte als Messerleiste und Platine mit Kontakflächen ausgeführt. Die Messerleiste am Hauptgerät sah auch in Ordnung aus.

Um an das Gegenstück heranzukommen, musste das Griffstück geöffnet werden. Auf der Rückseite sind zwei Schrauben, die sich mit einem "gelochten" TX20 Schraubendreher entfernen lassen.


Seitlich des Schalters muss die Oberschale vorsichtig aufgehebelt werden.

Zum Schluss ist die Oberschale nur noch am äußeren Ende des Griffes eingeclippt. Ich konnte sie durch gefühl- aber kraftvolles seitliches Ziehen und Hebeln lösen, ohne das etwas abbrach.


Die Kontakplatine sah übel aus: verstaubt, korrodiert und abgenutzt.


Teilweise war die Kupferschicht schon abgetragen und das darunterliegende Platinenmaterial sichtbar. Diese Abnutzung ist auf die Hebelbewegungen beim Saugen zurückzuführen, denn das Griffstück wurde nur selten entfernt.

Ich bin der Meinung, dass an dieser Stelle die schlechteste Möglichkeit für elektrische Kontakte eingesetzt wurde. Bei jeder Bewegung des Saugers bewegen sich die Kontakte auf der Platine und reiben Material ab, das in seiner Gesamtdicke < 0,1mm betragen dürfte. Der Wackelkontakt war absehbar.
Besser wäre schon der Einsatz einer gleichartigen Steckverbindung wie bei der Saugbürste gewesen.

Improvisierte Abhilfe: Zunächst habe ich die Platine mit Kontaktreiniger gesäubert und die Korrosion entfernt.


Die Einkerbungen der Messerleiste sind nun deutlich erkennbar.
 

Im Anschluss habe ich die Kontaktflächen verzinnt - keine Dauerlösung, sollte jedoch eine Zeit lang für unterbrechungsfreien Kontakt sorgen.

Abschließend habe ich die Kontakte noch mit einem Korrosionsschutzmittel behandelt.

Beim Zusammenbauen ist darauf zu achten, dass das Flachbandkabel in die dafür vorgesehenen Schlitze der Gehäuseversteifungen eingelegt wird. Andernfalls besteht Gefahr, dass das Kabel gequetscht wird.

Das Saugen funktioniert seither tadellos. Die Frage ist, wie lange es anhält, bevor wieder Kontaktschwierigkeiten auftreten.

Eine weitere Möglichkeit wäre, ein entsprechendes Ersatzteil zu beschaffen. Meine Recherchen ergaben jedoch, dass nur das komplette Griffstück als Ersatzteil für ca. 50 € angeboten wird - ein Viertel des damaligen Neupreises des Geräts.

Da die Platine jedoch relativ simpel ausgeführt ist, werde ich sie wohl im Bedarfsfall nachbauen oder durch solidere Steckverbinder  ersetzen.
Kommt Zeit, kommt Rat. :-)


Samstag, 30. Oktober 2021

Xiegu G90 Mod

Bei den meisten handelsüblichen Amateurfunk-Transceivern kann nur in den für den Amateurfunk zugelassenen Frequenzbereichen gesendet werden, wärend der Empfangsbereicht üblicherweise durchgehend ist. Eine Erweiterung dieser Sendefrequenzbereiche ist selten sinnvoll, da damit auch passive Sicherheit beim Einhalten der Frequenzbereiche abgebaut wird.
Es gibt Zeitgenossen, die möchten Amateurfunk-Transceiver z.B. für den CB-Funk nutzen. Das ist durch das Entfernen dieser Schranken machbar. Das Nutzen der Geräte für CB-Funk ist trotzdem illegal, da sie dafür keine Zulassung bzw. Konformitätserklärung haben.

Beim Xiegu G90 fand ich die Erweiterung nun notwendig, um mit dem 2 m-Transverter im kompletten 2 m Band senden zu können. Das 10 m Band umfasst den Frequenzbereich 28,0 MHz ... 29,7 MHz.
D.h. bei Verbleib in diesem Bereich ist der Sendebereich via Transverter auf 144,0 MHz ... 145,7 MHz beschränkt, während das 2 m Band bis 146,0 MHz reicht.

 

Als Werkzeug wird nur ein 2 mm Innensseckskantschlüssel und ein Lötkolben mit einer kleinen Meißelspitze zum SMD-Löten benötigt. Eine Pinzette und eine ruhige Hand sind auch von Vorteil.

 

Gehäuse öffnen:

Zuerst habe ich mit dem Innensseckskantschlüssel die Griffe entfernt und anschließend das Bedienteil nach vorne abgezogen.


Anschließend wurden die 6 Schrauben der oberen Abdeckung entfernt.

Die Abdeckung vorsichtig aufgeklappt, da der Lautsprecher mit Leitungen zur Hauptplatine verbunden ist. Den Steckverbinder dann vorsichtig seitlich rausgehebelt ...

... und das Oberteil nach hinten geklappt.

Zur Erweiterung war lediglich eine SMD-Diode zu entfernen. Im Netz gibt es einige Quellen, die die Lage des Bauteils beschreiben. 

Der Hersteller hat die Diode dankeswerter Weise bereits mit einem Pfeil auf der Platine markiert:

Es ist etwas fummelig mit der Pinzette das Bauteil zu greifen und mit dem Lötkolben die Lötstellen zu erhitzen, aber die Diode lässt sich ohne weiteres entfernen.
Man sollte darauf achten, dass die ausgelötete Diode nicht ins Gehäuse fällt.


Nach der Operation wurde der Lautsprecher wieder mit der Hauptplatine verbunden, und alle Gehäuseteile verschraubt. Kurzer Test mit einer Dummy-Load bestätigt, dass auch oberhalb von 29,7 MHz nun gesendet werden kann.