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きょうは毒きのこ日和です

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あとぐ

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2023/04/18
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ここでは屋外でESP32をESP-NOWハブとして使う為の24時間電池駆動化を
目指すべくソーラーパネルで充電しながら運用できないかを検討しています。
2023年4月からロギングを開始しましたが12月になってもシッカリ報告されています。
でもまー、Lolin32Liteの70mAh消費を維持するだけなので動いて当然なのかも?


12月の昼間が短い期間でも以下の構成で問題無さそうです。 
   検討日記で連続1年半ほど連続動作した構成です。
   ・20Wソーラーパネル(USB端子で5V出力する機能を使用)
   ・18650リチウムイオン電池2本(中古ノートPCより抜き取り:たぶん1本2000mAh品)
   ・ESP32Lolin32Lite(内蔵のリチウムイオン電池充電コントローラーを使用)
    ソーラー時にLolin32LiteのUSB SerialをOFFできればもっと安心ダナーと思う。
   一応気になった事ですが            
   ・ソーラーパネルは時々拭き掃除した方が良いです。(屋根付きの場所だと汚れます)
   ・日に当たる部品は確実に劣化していきます。(カバー等対策したいです)
   ・動作中だと確認できる機構は欲しい。(低消費電力と相反する機能ですけどね)
   ・ESP32Lolin32LiteはUSB Serial部のON/OFFスイッチを付けたい。


ここからは検討日記になります。

2023年4月 USB充電できるソーラーパネルで検討を開始しました。

  今回は家から離れたコンセントが無い場所にESP-NOW中継ハブを置けるように
  ソーラーパネルで電源の18650電池を充電しつつ稼働させるシステムを検討します。
  
  配線は超簡単でコネクタに差すだけ。
  ソーラーパネルは?
   今回は容量大き目で20Wパネルを買いました。
   25%発電で5Wなので18650の充電とLolin32Lite駆動は賄えそうです。
   AliExpressと楽天の価格差がホボ無いのがチョット不思議

  回路は?
   ​回路は土壌湿度計で作ったUSB/18650電圧測定部を追加しています
   Lolin32Liteはリチウムイオン充電池の充電コントローラーを持っているので、
   ソーラーパネルのUSBと18650電池ボックスを繋ぐぐらいです。
                 電池は中古の18650を2本使います。

  ソフトは?
   ESP-NOW中継ハブのソフトにUSB/18650電圧測定報告機能を付けます。
   18650電圧が3.7Vを切るとDeepSleepに移行して20分おきに18650電圧を
   確認して電池消耗を回避します。3.7Vの制限の妥当性はデータ取りしていけば
   判るんじゃね? 程度に思っています。
   ​報告は自作スマートロガー宛に行いGoogleSpreadSheetに書き出しています。


  2023/4/22 ユニットを設置しました。
  
  雨の当たらない所にポンと置くだけの設置です。実際使うとなれば
  少し条件の悪いトコロとかもあるので日照の最適化は考えません。
  隣のセンサー(温度・UV・Lux)とのデータ突き合わせが可能です。
  
  2日程ですが蓄積した情報が揃いました。
  最初の難関はこの設置で電池が1週間持つかどうか問題なんですよね~。
          と書きましたが予想どうり晴天でないとお話になりません。


4月 途中経過ですが、データを表にして色付けしてみました。
  期間中は曇り・雨の日が混じっているにかかわらずDeepSleep移行の
  閾値の3.7Vを切っている表示が無いのでちょっとビックリしています。
  
  ​ソーラー未発電​/​電圧4V超え​/​電池電圧3.8V超え​/​電池電圧3.75以下​の色付け
  電池電圧3.75V以下の色付けが少なく思った以上に健闘している様です。
  また、ソーラー電圧が5Vに上がっていないのは電池充電の負荷に耐えられず
  電圧降下を起こしているのかな?と思います。

  ​18650電池の放電テストをネットで紹介されている方​の記事からするとDeepSleepに
  移行する電圧をもう少し下げると今の構成のままで使えそうな感じもしますが、
  ココは長寿命化も加味した考えると18650電池3本使いが最良かなぁ・・ と思う。
  ソーラーパネルに関しては18650電池が曇りの日に電圧回復している様なので一応
  十分な出力が得られているのでは?と思います。


5月 ほぼ1ヶ月放置でデータを取ってみました

  
    今回は隣に置いたセンサーで照度を取っていたので一緒に列挙してみました。
   照度10000以上は快晴という事で水色表示をしてみました。他は前回と同じ条件です。

   1ヶ月経った後の18650充電池の状況ですが驚いた事に4V以上の状況が続いています。
   照度計と太陽パネルの電圧相関が見れるかと思ってみたのですが、良く判らないです(汗
   どうやら照度計と太陽パネルを近所に置くだけじゃなく条件を同じする必要がありそうです。

  ここまで来た検討ですが、何か良い使用法が無いかと探してみた所、丁度となりで
  85Wソーラーパネルで12V系の充放電検討を行っており、電圧を測定報告する仕組みに
  組み込んでやれば使えそうな気がしています。※なんか電圧測るバッカリですが、まぁ良いです。

   また​スマートホームの検討ではLineNotifierという仕組みを新たに追加​しており、
  電池電圧低下検知でLineへ警告メッセージが投げれる様になりました。
  これで電池切れしても数か月気付かないといった運用上の不具合から解放・・かな?


6月は梅雨時のデータです
  設置してから3ヶ月程たちました。照度計(LUX)は別の電池駆動ユニットですが、
  順調に動いているお陰でデータ欠損が無いモノが表示できています。
  
  ユニット等は3ヶ月前から電気的な変更無しでの運用を続けているのですが、
  キュウリやトマトの鉢を置く為に模様替えをしたので日照条件が変化しました。
  
  梅雨時期と日照条件変化によって晴天でも照度計が振り切らなくなっています。
  ソーラーも3.8V超えの時間が無くイマイチッポイのですが、電池電圧は3.9Vを
  下回る事が無い状況です。



8月は真夏のデータです

   設置してから4ヶ月が過ぎて5ヶ月目が来ようとしています。
   ソーラーパネルは良いのですが配線で使ったケーブル等が直接太陽光に当たり
   結構劣化感が出て来ています。  専用ケースで太陽光のガードは必須ですね。
   
   6月は小さかったきゅうりが蔓を延ばして結構日照を遮っているのと、ソーラーパネルに
   手を触れていないので結構汚れているダブルパンチで発電量が少な目になっている様です。
           7月梅雨時のデータも確認しましたが特に問題はありませんでした。

   
   電池電圧は3.9Vを超える事が無くなっていますが3.75Vを下回る事も無いです。
               意地悪な環境で試験している割に、結構良い感じです。

   そーいった訳でこのユニットはこのまま放置して11月~2月の冬場も確認します。


2023年10月 検討結果が良好なので機材を追加することにしました。

   今までの検討結果はノートラブルで電池の枯渇も無く驚くぐらい順調でした。
   まー、台風が直撃しなかったので対処無しで済んだだけですけどねー。
   でも順調なので、次の検討用に40Wソーラーパネルを買いました。
   
   以前のパネルの倍くらいの面積なので、発電能力は倍ある・・・  ハズです。


   前回はソーラー・電池の電圧を測定で「ボチボチ動作するか?」の検討でしたが
   少々いい加減な日照条件でも24時間動きそうだと判りました。
   ただし消費・充電・放電の電流値を理解しないで電圧監視だったのでそのまま
   大容量化に移行は問題な気がするので次に移ります。
   
   次の検討では以下の3点を変更しました。
     ・ソーラーパネルを倍の発電容量にする(日陰でも発電力UPのツモリ
        発電余裕度UPのツモリで、曇りでも何とか満充電にしたい・・です・・
     ・電流計と目視用OLEDディスプレイを繋ぎ
        充電・放電等の電流値を測定する事でバッテリの劣化検知とか出来る
        気がするんですが・・・  どうですかね?

     ・バッテリ枯渇防止用のMOSFETリレーで外部機器への電源供給ON/OFF
        タイマー駆動などイロイロ考えはあるのですが、まーそれは今後考える。


    >>次ぐらいで独自で組んだ充電コントローラーを動かしたい とこです<<



2023年12月 そろそろ冬至がくる時のデータ
   気付けば師走になりました。
   
   日照時間が短いので未発電の灰色ゾーンばかりです。
   とは言え、電池電圧が3.7Vを切っていないのはDeepSleep・再起動で
   電池電圧が戻っているだけ?  カモナーっと少し怪しんでいます。
    *リチウムイオン電池の放電カーブを考えると3.6~3.5Vぐらいまでは残容量が多いミタイです。


2024年5月 機器が1年間完走したようです
   今回の機体は放置状態で完全にお世話していませんでした。
   こんな感じで放置です。
   その割に電池が枯渇したり、ESP32(ソフト)がダウンする事もなく1年完走しました。
   そこで以前取った1年後の4/22~5/1までの表を取ってみました。
   
   快晴の期間が短かったみたいで何とも言えない微妙な表ですね(汗
   あと昼間に充電してるのかどーか判らない電圧だったりします。

   
   左が現状の状態で右が1年前の状態です。
   回路等がむきだしなので、雨が当たらない様にしていたので、
   1年の経過でソーラーパネルの上にホコリ?黄砂?が結構乗っています。


   せっかくなので動作条件を以下の様に変更する事にします。
   あとソーラーパネルとバッテリは清掃等一切行わずにそのまま使っていきます。
   「18650電圧が​3.3V​を切るとDeepSleepに移行して20分おきに18650電圧を
    確認して電池消耗を回避します。」


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Last updated  2024/09/15 08:47:26 AM
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