How to’s

Wäre es nicht praktisch den Wechselrichter über das Netzwerk oder dem Internet Ein- und Ausschalten zu können? Das geht und wie das geht wird in diesem Beitrag gezeigt.

Benötigte Komponenten und Software:

• Bereits vorhandener *Wechselrichter (Link zu symbolischem WR auf Amazon)
• ESP8266 (NodeMCU) Microcontroller – Bezugsquelle (eBay), Bezugsquelle (Amazon)
• Relais 5 V von AZDelivery (Datenblatt des Relais) – Bezugsquelle (eBay), Bezugsquelle (Amazon)
• DC Wandler für die 5 V Versorgung des ESP8266 (optional) – Bezugsquelle (eBay), Bezugsquelle (Amazon)
• Micro USB Kabel – Bezugsquelle (eBay), Bezugsquelle (Amazon)
• Tasmotizer – Download bei GitHub
• Tasmota Firmware – Download bei Tasmota.com
• Treiber für den CP210x – Download

Sicherheitshinweise, Einleitung und Voraussetzung

Das was hier gezeigt wird basiert auf dem ESP8266 und damit ist einhergehend ein WLan-Netzwerk die Grundvoraussetzung für das Vorhaben. Der ESP8266 ist in so ziemlich allem verbaut was es auf dem Markt unter dem Stichwort „Smart Home“ zu erwerben gibt. Angefangen von den smarten Leuchtmitteln, über den smarten Steckdosen bis hin zu den smarten Rollläden. Überall ist der ESP8266 oder aber bauähnliche Microcontroller verbaut.

Das hier verwendete und empfohlene Relais (AZDelivery KY-019) ist nicht für das Schalten von 230 V AC konstruiert worden. Sondern offiziell lediglich für Gleichspannungen bis 30 Volt und Wechselspannungen bis 50 Volt freigegeben, außerdem darf eine Stromstärke von 5 Ampere nicht überschritten werden. Höhere Spannungen und Stromstärken zerstören das Relais und können zu Bränden führen. Der Umgang mit hohen elektrischen Spannungen kann sehr gefährlich sein! Jede Handlung erfolgt auf eigene Gefahr.

1. Flashen des ESP8266 Microcontrollers

Bevor es an das Flashen gehen kann, muss zuerst der Treiber in Windows installiert werden. Dazu den „Treiber für den CP210x“ herunterladen und den Ordner entpacken. Dann wird der ESP8266 Microcontroller mit dem PC über das Micro USB Kabel verbunden. Im Geräte Manager von Windows taucht nun der „CP2102 USB to UART Bridge Controller“ unter „Andere Geräte“ auf.

Mit einem Rechtsklick auf „CP2102 USB to UART Bridge Controller“ in dem darauf folgenden Kontextmenü unter „Eigenschaften>Treiber>Treiber aktualisieren“ den CP210x Treiber installieren.

Nach der erfolgreichen Treiberinstallation taucht die „Silicon Labs CP210x UART Bridge“ im Geräte-Manager unter Anschlüsse (COM & LPT) auf. Und bekommt den Port COM4 zugewiesen. Der COM-Port kann abweichen und auch COM3 oder COM5 sein. Wichtig ist nur, dass der zugewiesene COM-Port im „Tasmotizer“ angegeben wird.

Jetzt kommen wir zum eigentlichen Flashvorgang. Dazu wird das Programm „Tasmotizer“ geöffnet. In dem Programm werden nun der COM-Port und die Tasmota-Firmware (*.bin-Datei) ausgewählt.

Den Haken bei „Erase before flashing“ setzen und auf „Tasmotize!“ klicken. Nun wird der Flashspeicher des ESP8266 Microcontroller mit der Tasmota-Firmware beschrieben. Damit ist der Flashvorgang beendet.

2. Einbinden in das WLan-Netzwerk und Konfiguration des ESP8266

Anschließend startet das Gerät neu und hat ein offenes WLAN-Netzwerk bereitgestellt. Das WLan-Netz trägt die Bezeichnung „tasmota“ gefolgt von Zahlen und Buchstaben. Nachdem man sich mit dem „Tasmota-WLan“ verbunden hat, gelangt man in der Regel auf die WebOberfläche von Tasmota um dort die Verbindungsdaten des WLan Netzes einzugeben.

Nachdem die Verbindungsdaten für das WLan eingegeben worden sind, startet der ESP8266 neu und verbindet sich automatisch. Es folgt dann eine automatische Weiterleitung auf die Web-Oberfläche von Tasmota.

Sollte keine Weiterleitung erfolgen und auch keine IP-Adresse (192.168.2.117) angezeigt werden, dann muss im Router nachgesehen werden welche IP-Adresse dem ESP8266 (Tasmota) zugewiesen worden ist. Es öffnet sich das Hauptmenü von Tasmota, wenn die IP-Adresse in den Browser eingibt.

Dort zu „Einstellungen>Gerät konfigurieren“ navigieren. Dann den Gerätetyp „Generic“ auswählen und auf speichern klicken. Der ESP8266 startet nun neu und die Tasmota Web-Oberfläche erscheint wieder.

Wir navigieren wieder in das selbe Menü und wählen nun den Pin aus, an dem das Relais angeschlossen ist oder angeschlossen werden soll und setzen die Option „Relay“. Dann wieder auf Speichern klicken. Der Microcontroler startet nun ein weiteres Mal neu und im Hauptmenü ist nun die Option als Button „An/Aus“ zu sehen.

Und über den Button „An/Aus“ lässt sich das Relais nun schalten. Damit ist die Konfiguration des ESP8266 Microcontroller beendet.

3. Verdrahtung des ESP8266 mit dem Relais

Das Bild zeigt die Belegung der einzelnen Kontakte. Die Anschlüsse für die Stromversorgung und die Signalleitung des Relais sind als Pins ausgeführt. Daran lassen sich die Kabel für die Verbindung zum ESP8266 anlöten. Alternativ kann die Verbindung auch mittels *Jumperkabel ohne zu löten hergestellt werden.

Das schwarze Kabel ist demzufolge mit GND am ESP8266 und am Relais verbunden. Das weiße Kabel ist mit dem 3 Volt Ausgang des ESP8266 und VCC+ Eingang des Relais verbunden. Und das graue Kabel ist die Signalleitung, demzufolge mit D3 am ESP8266 und S am Relais.

4. Anschluss des Wechselrichters

An den mittleren Kontakt und Normally Opened (NO) wird der Fernbedienungsausgang des Wechselrichters oder aber die beiden Kontakte des EIN/AUS Schalters-vom Wechselrichter angeschlossen. Auf der Platine des Relais leuchtet im eingeschalteten Zustand eine LED rot auf.

5. Abschließende Informationen und Denkanstöße

Der ganze Aufbau benötigt bei 5 Volt etwa 0,06 – 0,08 Ampere. Das heißt 0,3 – 0,4 Watt. Die Verluste eines Netzteils bzw. DC-Wandlers müssen noch dazu addiert werden. Der ESP8266 und das Relais können in eine Aufputzverteilerdose oder ein Gehäuse verbaut werden. Außerdem ermöglicht der ESP8266 Microcontroller den Anschluss von Sensoren, die die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit oder auch die Batteriespannung ermitteln können. Und der ESP8266 lässt sich in die Hausautomation, wie z.B: ioBroker einpflegen. Mittles Auswertung der Sensoren, kann so auch u.a. eine Abschaltung bei einer vordefinierten Batteriespannung einfach realisiert werden.

Vorwort

Da vermehrt Fragen aufgekommen sind, wie man die Säuredichte einer Nassbatterie misst habe ich dieses kleine How to verfasst. Kommentare, die Kritiken oder ein Lob beinhalten sind gern gesehen.

Der Schutz der eigenen Gesundheit hat natürlich oberste Priorität. Daher empfiehlt es sich eine Schutzbrille, säurefeste Handschuhe und am besten lange Kleidung zu tragen. Falls kleine Säurespritzer auf der Kleindung landen sollten, dann bilden sich Löcher, also nur alte Kleidung während der Prozedur tragen.

Vorbereitung

Die Batterien vom restlichen System trennen, das heißt Laderegler und Wechselrichter abschalten, sowie den PV-Generator vorher vom Laderegler trennen. Das Gehäuse der Batterien sollte vorher, nahe der Zellöffnungen, gereingt und dafür gesorgt werden, dass keine umliegenden kleinen Teile in die Zellen fallen können. Um eine relativ korrekte Messung durchführen zu können, die Batterien voll laden und die Zellen eine Weile gasen lassen um das Elektrolyt gut zu durchmischen und um einer Säureschichtung vorzubeugen bzw. entgegenzuwirken.

Säuredichte messen

Zuerst werden die Verschlüsse der Zellen geöffnet. Dann nimmt man einen Säureheber zur Hand. In diesem Beispiel wird ein Hydrovolt verwendet. Ich spüle vor der Benutzung den Säureheber, indem destilliertes Wasser angesaugt und wieder ausgelassen wird, nochmals aus.

Den Schlauch des Hydrovolts in die Batteriezelle einführen, den Gummiballen des Hydrovolt’s zusammen drücken und wieder los lassen bis die „Messkammer“ komplett gefüllt ist. Danach wird das Elektrolyt wieder durch mehrmaliges drücken des Ballens ausgeblasen. Hier äußerst behutsam und mit Vorsicht vorgehen. Es dürfen keine Fremdpartikel in die Zellen gelangen, denn das führt zur Kapazitätsreduzierung und im schlimmsten Fall zum Zellschluss und defekt der Batterie.

Dieser Vorgang wird für jede einzelne Zelle wieder holt bis die Säuredichte aller Zellen ermittelt worden ist. Im obigen Bild ist eine Säuredichte von 1,285 kg/dm³ zu erkennen, was für eine Banner Energy Bull ein perfekter Wert ist. Die Säuredichtewerte findet man im Datenblatt der jeweiligen Batterie. Nach dem Messen können die Zellen, falls der Elektrolytstand stimmt und kein dest. Wasser nachgefüllt werden muss, wieder verschlossen werden. Der Hydrovolt-Säureheber sollte vor Staub und anderen Verunreinigungen geschützt verstaut werden.

Elektrolytstand mittels destilliertem Wasser auf Soll-Wert bringen

Entmineralisiertes oder destilliertes Wasser nur nachfüllen wenn die Batterie vollständig geladen ist, also die Nennsäuredichte erreicht wurde. Zum Ausgleichen des Wasserverlustes bietet sich die Nutzung eines Trichters, der vor der Verwendung auch kurz gespült werden sollte, an. Die meisten Batterien besitzen in den Zellen einen kleinen Steg, der als Markierung für den maximalen Elektrolytstand dient. Fehlt diese Markierung besitzen die Batterien meist ein transparentes Gehäuse und der Elektrolytstand lässt sich am Gehäuse ablesen. Nachdem erfolgreichen befüllen können die Zellen der Batterie wieder verschlossen werden. Zur Protokollierung der Säuredichte und des Elektrolytstandes in regelmäßigen Abständen empfiehlt sich eine Tabelle.

Anschließend kann der Laderegler wieder in Betrieb genommen werden. Es empfiehlt sich die Batterie mindestens 2 Stunden in der Ausgleichsladephas zu laden um das Elektrolyt umzuwälzen.

Der hier im Beispiel genannte Hydrovolt-Säureheber ist bei *Amazon und eBay erhältlich.

Eine Vorlage für eine Batterieprüf- bzw. Wartungsliste kann hier(*.xls Datei) gedownloaded werden.

Diese Anleitung ermöglicht es auf die Tracer Mppt Laderegler mittels der Software „Solarstation Monitor“ drahtlos über das Heimnetzwerk oder das Internet zuzugreifen.

Was wird benötigt:

• Tracer Mppt Laderegler – Link zu *Amazon, ebay, AliExpress, Banggood
• Wlan Modul – Link zu *Amazon, ebay, AliExpress, Banggood
• Adapter/Wandler für Wlan Modul – Link zu *Amazon, ebay
• UART TTL zu RS485 Converter Modul – Link zu *Amazon, ebay
• FTDI USB zu TTL Adapter – Link zu *Amazon, ebay, AliExpress, Banggood
• Kurzes Lan Kabel – Link zu *Amazon, ebay, AliExpress, Banggood
• Softwarepaket mit Solarstation, Flashtool, Virtueller Comport – Download
  

Zu Beginn wird das Wlan Modul (ESP01) nach unten genanntem Schaltschema mit dem FTDI USB zu TTL Adapter verbunden. Der FTDI USB Adapter wird nur für den Zweck des Beschreibens des Wlan Moduls benötigt. Natürlich kann dieser Adapter auch für andere Sachen, wie Modellbau genutzt werden.

Wichtig ist den Jumper des FTDI USB Adapters auf 3,3 Volt zu setzen, da bei 5 Volt das Wlan Modul zerstört wird. Es empfiehlt sich das Wlan Modul und den FTDI USB Adapter mittels Jumper Wire(Beispiellink zu ebay) für Stiftleisten zu verbinden. Temporär kann auch eine Lötverbindung geschaffen werden.

Nachdem nun die Verbindung zwischen dem Wlan Modul und dem FTDI USB Adapter nach obigem Schaltplan hergestellt ist, wird der USB FTDI Adapter (inkl. Wlan Modul) mit eurem PC verbunden, ab Windows 7 installieren sich die Treiber für den FTDI Adapter selbst und in der Computerverwaltung ist unter Anschlüsse (COM & LPT) ein USB Serial Port inklusive Adresse (COM7) zu finden. Jetzt gehts ans Beschreiben des Wlan Moduls. Das Programm zum flashen findet man in dem heruntergeladenen und entpackten Softwarepaket im Ordner “ \Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\nodemcu-flasher-master\Win32/64\Release“. Die Datei „ESP8266Flasher.exe“ am besten mit Administratorrechten ausführen. Es öffnet sich folgendes Fenster:

Dann gehen wir auf Config klicken auf das obere Zahnrad und wählen im anschließenden sich öffnenden Explorerfenster die Datei „boot_v1.5.bin“ aus dem Ordner „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\esp-link-v2.2.3“ und wählen in der Spalte nach dem Zahnrad die Adresse 0x00000 aus. Selbes vorgehen in der Zeile darunter und wählen die Datei „user1.bin“ aus dem Ordner „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\esp-link-v2.2.3“. In der Spalte hinter dem Zahnrad wird diesmal die Adresse 0x01000 eingestellt. Bei beiden Zeilen sollte ein X erkennbar sein.

Danach wird auf Operation und anschließend auf Flash geklickt. Nach einigen Sekunden sind dann beide Dateien das auf Modul geschrieben worden. Sollte hier etwas nicht geklappt haben, einfach die vorherigen Schritte jeweils für beide Dateien einzeln wiederholen.

Jetzt kann das Flashtoolprogramm geschlossen werden. Die verbindungen zwischen dem USB FTDI Adapter und dem Wlan Modul werden bis auf die Stromversorgung(VCC und GND) getrennt und dann wieder mit der USB Schnittstelle eures PC’s oder einer anderen Quelle verbunden.



Das Wlan Modul bootet jetzt, baut ein unverschlüsseltes Wlan unter der Bezeichnung(SSID) ESP-XXXX(X=Zahlen) auf und läuft im Accesspoint(AP) Mode, das heißt ihr könnt euch mit einem Wlan fähigen Gerät, wie Notebook, Netbook, Smartphone oder Tablet mit dem Modul verbinden. Jetzt wird der Browser geöffent und die Adresse „192.168.4.1“ eingegeben. Es erscheint nun das WebInterface des Wlan Moduls. Als erstes wird unter „Pin assignment“ esp-01 ausgewählt und auf Change geklickt.

Danach im linken Menu „Wifi Station“ auswählen und unter „Wifi State“ auf Switch to „STA + AP mode“ klicken. Das bewirkt, dass das Modul nun als Klient mit einem bereits vorhandenen Wlan Netz eine Verbindung aufbauen kann und falls diese Verbindung nicht zustande kommen kann selber ein Wlan Netz aufbaut, um es zum Beispiel wieder konfigurieren zu können.

Das Wlan Modul beginnt dann selbstständig nach verfügbaren Wlan Netzen zu scannen. Wenn euer Wlan gefunden wurde könnt ihr euch damit unter Eingabe des Wifi Passwords verbinden. Standardmäßig ist das Wlan modul auf DHCP gestellt, man kann ihm jedoch auch eine statische IP zuweisen.

Das Modul ist nun fertig konfiguriert, kann vom USB FTDI Adapter getrennt und auf die mitgelieferte Adapterplatine gesteckt werden. Diese Platine wird jetzt mit dem UART TTL zu RS485 Converter Modul und dieses wiederum mit einem Lan Kabel verbunden. Begonnen wird mit dem Lan Kabel. Beim Tracer sind die Pins der RJ45 Buchse wie folgt belegt.

Die Pins 1 und 2 snd meistens Orange und Orange/Weiß, Pin 3 und 4 Grün/Weiß und Blau, Pin 5 und 6 Blau/Weiß und Grün, Pin 7 und 8 Braun und Braun/Weiß. An Pin 1 und 2 liegen +5 Volt an und an Pin 7 und 8 Minus, das ist also die Stromversorgung. Pin 3 und 4 sowie Pin 5 und 6 dienen der Datenübertragung. Diese Leitungen können jeweils gebündelt an die Module gelötet werden.

Pin 3 und 4 sowie Pin 5 und 6 kommen jeweils an A+ und B+ am RS485 Convertermodul. Das Lötauge daneben mit chinesischer Schrift bezeichnet wird mit Masse/Minus verbunden, welche noch mit dem Ausgang des RS485 Convertermoduls(GND) und dem Wlan Adaptermodul(GND) verbunden wird. Die Spannungsversorgung, welche an Pin 1 und 2 liegt, wird mit dem Ausgang des RS485 Convertermoduls(VCC) und des Wlan Adaptermoduls(VCC) verbunden. Zum Schluss dann noch jeweils RXD mit RX und TXD mit TX verbinden. Die Lötarbeiten sind damit beendet und die Schaltung kann mit dem Tracer verbunden werden.

Der letzte Schritt beinhaltet die Installation einer virtuellen Comportsoftware, welche im entpackten Softwarepaket unter „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\virtueller_com_port\“ zu finden ist. Dort die Datei namens „COM2TCPInstall_1_4_6.exe“ als Administrator ausführen und den Rechner neu starten. Nach dem erfolgten Neustart COM2TCP ausführen und die IP des Wlan Moduls sowie den Port 23 und den gewünschten Com Port eingeben, dann auf Connect klicken. In meinem Beispiel ist jetzt der Tracer Mppt Laderegler mittels Software unter dem Com Port 10 zu erreichen. Beim Öffnen der Software SolarStationMonitor wird der Regler automatisch gefunden und kann konfiguriert oder die Daten abgelesen werden.

Die Elektronik könnte man noch in einem Gehäuse oder einer Abzweigdose(Beispiellink zu ebay) mittels Epoxidharz oder Heißkleber fixieren und so neben dem Tracer befestigen.

Viel Spaß beim Nachbauen und Fragen dazu gern in die Kommentarbox stellen.

Für die nicht so handwerklich und technisch Begabten gibt es eine fertige WiFi Lösung(siehe Abb. 1) auf Bluetoothbasis mit Smartphone App. Link zur Wifi Box auf *Amazon, ebay.