Een op zonne-energie werkende bewakingstrailer heeft drie seizoenen lang onafgebroken op een opslagterrein gestaan. Twee panelen op het dak, een 24V LiFePO4-accu in de behuizing eronder en vier vaste camera's op de mast.
Iemand heeft de vier camera's vervangen door nieuwere modellen met ingebouwde AI-detectie. Dezelfde fabrikant, dezelfde PoE-switch, dezelfde panelen, dezelfde batterij.
De trailer begaf het op de vierde dag.
Niets was kapot gegaan. De accu was in goede staat, de panelen waren schoon en de laadregelaar deed precies waarvoor hij ontworpen was. De belasting was veranderd op een manier die de oorspronkelijke berekening onmogelijk had kunnen voorzien.
Dit is geen installatiefout. Het is een rekenkundig probleem, en het komt vaak genoeg voor om het eens goed te bekijken.
De nummers die niet meer werken
Als u al eerder off-grid camerasystemen hebt gespecificeerd, hebt u waarschijnlijk wel een paar cijfers bij de hand.
Een vaste 4MP-camera die H.265 gebruikt, verbruikt 5 tot 7 watt. Schakel de IR-verlichting in en het verbruik loopt op tot 9 of 11 watt. Voeg daar een kleine PoE-switch en een mobiele router aan toe en een trailer met vier camera's verbruikt overdag ongeveer 35 watt en 's nachts 50 watt.
Die cijfers bleven tien jaar lang stabiel omdat de onderliggende technologie nooit veranderde. Een traditionele IP-camera leest een sensor, verwerkt het beeld via een processor met vaste functies en stuurt een gecodeerde datastroom naar het netwerk. Al deze drie taken worden uitgevoerd op speciaal daarvoor ontworpen chips die slechts één taak goedkoop uitvoeren. De kosten blijven daardoor vrijwel gelijk.
Een camera die ingebouwde detectie uitvoert, voert daarnaast ook nog een neurale inferentietaak uit. Drie eigenschappen van die taak zijn van belang voor het stroomverbruik:
Het werkt continu. De camera wacht niet op een bewegingsdetectie om dan pas te analyseren. Hij verwerkt constant beelden, want zo bepaalt hij of iets een persoon, een voertuig of een plastic zak is.
Het trekt de framesnelheid en resolutie mee omhoog. Detectie verslechtert bij lage framesnelheden en kleine objecten hebben pixels nodig, dus een camera die voorheen 10 fps streamde bij 4 MP, haalt nu 20 of 30 fps bij 8 MP. Sensor, encoder en inferentie-engine schalen samen.
De lichtsterkte volgt wat er in de scène gebeurt. Een rustig terrein om 3 uur 's nachts en een winderig terrein vol bewegende takken leveren verschillende vermogenswaarden op bij gebruik van dezelfde camera op dezelfde statief.
Op het specificatieblad staat dit allemaal op één regel. De camera is overgezet van PoE Klasse 3 naar Klasse 4.
Peak geeft je hier geen nuttige informatie.
Klasse 3 levert tot 12.95 W aan het aangesloten apparaat. Klasse 4 levert tot 25.5 W. Het getal op het blad is dus verdubbeld, en het is verleidelijk om het getal in de spreadsheet ook te verdubbelen en verder te gaan.
Bij de dimensionering van zonnepanelen wordt niet gekeken naar het piekvermogen, maar naar het aantal wattuur per dag. Het verschil tussen het piekvermogen en het gemiddelde vermogen is verschillend voor de twee cameratypes.
Een vaste camera met infrarood heeft een piek-gemiddelde verhouding van ongeveer 1.2. Deze verhouding ligt vrijwel constant rond het gemiddelde.
Een camera die continu inferentie uitvoert, scoort dichter bij 1.5 of 2.0, omdat de inferentiemotor de prestaties beperkt naarmate er meer activiteit in de scène is.
Dat maakt het typeplaatje in beide richtingen onjuist. Als je de afmetingen baseert op de Klasse 4-classificatie, dan wordt de zonnepanelen te groot gebouwd. Als je de afmetingen baseert op het oude gemiddelde, dan wordt de accubank te klein gebouwd. Geen van beide cijfers beantwoordt de enige vraag die er echt toe doet: hoeveel wattuur verbruikt de camera in 24 uur in de daadwerkelijke omgeving?
De lading bewoog zich in het donker.
Bij off-grid-systemen wordt uitgegaan van een eenvoudige aanname: de opgewekte energie overdag dekt de energiebehoefte met een overschot, en de batterij hoeft alleen 's nachts stroom te leveren.
Bedenk nu eens wanneer de detectiebelasting het hoogst is.
Beveiligingslocaties zijn rustig tijdens kantooruren en actief daarbuiten. Voertuigen arriveren om 2 uur 's nachts. Wind, koplampen en dieren activeren de classificatie-eenheid tussen middernacht en 5 uur 's ochtends. De infraroodverlichting draait gedurende deze periode op volle capaciteit.
De periode met het hoogste verbruik valt dus binnen het venster zonder input. De nachtelijke kant van het budget groeit sneller dan de dagelijkse kant, wat betekent dat er meer belasting per cyclus is, zelfs voordat rekening wordt gehouden met het hogere dagelijkse totaal. Een systeem kan na een upgrade een nachtelijke belasting hebben die 30% hoger ligt dan de dagelijkse belasting, op een site waar die twee voorheen bijna gelijk waren.
Het weer zorgt ervoor dat de vraag toeneemt en het aanbod afneemt.
Dit is de reden waarom trailers het in juli wel redden, maar in november niet.
Regen, sneeuw, mist en rondwaaiend puin brengen beweging in het beeld. Een classificator die vallende sneeuw observeert, moet aanzienlijk harder werken dan een classificator die een leeg grindterrein observeert, waardoor de inferentietijd toeneemt en daarmee ook de tekentijd.
Hetzelfde weer zorgt ervoor dat je oogst slechts een fractie is van wat je bij helder weer zou kunnen oogsten.
Vraag en aanbod bewegen tegelijkertijd in tegengestelde richtingen, om dezelfde reden. Reserveberekeningen houden hier geen rekening mee, omdat ze de belasting als constant en de opwekking als variabel beschouwen. Zodra de belasting correleert met de bewolking, kloppen de berekeningen bij een autonomie van vijf dagen niet meer.
Diepere cycli, kortere bankperiodes
Behoud de bestaande batterij, het systeem werkt gewoon. De batterij raakt alleen elke dag dieper ontladen.
LiFePO4 De levensduur van een afvalwatertank is nauw verbonden met de diepte van de afvoer, en de kosten van een verhoging van 30% naar 60% zijn aanzienlijk. Een afvalwatertank die is ontworpen voor vijf jaar bij ondiepe afvoer, kan bij diepere afvoer nog maar twee of drie jaar meegaan. De tankwagen blijft rijden, de klant blijft tevreden en de factuur voor de vervanging komt jaren eerder binnen dan verwacht.
Dezelfde trailer, twee camerageneraties.
Dezelfde locatie, dezelfde 24V-architectuur. Alleen de camera's en de computer zijn anders. De onderstaande cijfers zijn afkomstig van Coram. Trailer voor zonnebewaking De bouwtekeningen dienen als referentiepunt en niet als specificatie, aangezien elke website andere prijzen hanteert.
Legacy-build
| Laden | Dag (W) | Nacht (W) |
|---|---|---|
| 4x vaste 4MP-camera, H.265 | 24 (6 per stuk) | 40 (10 stuks, IR aan) |
| PoE-schakelaar | 5 | 5 |
| Mobiele router | 7 | 7 |
| Totaal | 36 | 52 |
Twaalf uur heen en twaalf uur terug: 1,056 Wh per dag
AI-camera-ontwikkeling
| Laden | Dag (W) | Nacht (W) |
|---|---|---|
| 4x AI-camera, ingebouwde inferentie | 50 (gemiddeld 12.5 per stuk) | 70 (gemiddeld 17.5 per stuk, IR aan) |
| PoE+-schakelaar | 8 | 8 |
| Mobiele router | 7 | 7 |
| Totaal | 65 | 85 |
Twaalf uur heen en twaalf uur terug: 1,800 Wh per dag
Dat is 1.7x, en het verplaatst alles stroomafwaarts. Dimensionering voor vier dagen autonomie bij 80% bruikbare afvoerdiepte:
| Legacy | AI-camera's | |
|---|---|---|
| Dagelijkse consumptie | 1,056 Wh | 1,800 Wh |
| Reservering voor vier dagen | 4.22 kWh | 7.20 kWh |
| Nominale bank op 80% DoD | 5.28 kWh | 9.00 kWh |
| Capaciteit bij 24V | 220 Ah | 375 Ah |
| Zonnepaneel bij 4.5 piekzonuren, 0.75 vermindering. | 313w | 533w |
| Zonnepaneel bij 2.5 piekzonuren, 0.75 vermindering. | 563w | 960w |
De laatste rij is de grootste uitdaging. De winterinstallatie gaat van twee naar vijf panelen, op een verplaatsbaar chassis waar je nu rekening moet houden met windbelasting, masthoogte en kogeldruk. En dan is er ook nog een accubak die bijna twee keer zoveel capaciteit moet bevatten.
Het vervangen van de camera duurde twee uur. De gevolgen zijn merkbaar in het chassis.
Het winternummer is het ontwerpnummer.
Het jaarlijkse gemiddelde is hier niet relevant. Uw systeem wordt immers beoordeeld op basis van de slechtste maand.
In de noordelijke helft van de Verenigde Staten betekent dat eind november tot en met januari, wanneer het aantal zonuren daalt tot 2 of 2.5 uur, de bewolking aanhoudt en de korte dagen ervoor zorgen dat de infraroodverlichting 15 uur in plaats van 12 uur aanstaat.
Voer de berekening voor die maand uit en herhaal deze vervolgens met een week bewolking erbij. Als je beide periodes doorstaat, komt de rest van het jaar vanzelf goed.
De koude laadval
Er gebeuren twee dingen als de temperatuur daalt, en die werken elkaar tegen.
De bruikbare capaciteit neemt af. Een LiFePO4-accu levert bij 0°C merkbaar minder dan de nominale capaciteit, waardoor de reservecapaciteit van vier dagen ongemerkt teruggebracht wordt tot drie.
Belangrijker nog is dat standaard LiFePO4-cellen niet bij temperaturen onder het vriespunt opgeladen mogen worden, en een correct gebouwde batterij is daarvoor geschikt. BMS zal de laadstroom blokkeren om ze te beschermen. Dat betekent dat je op een koude, heldere ochtend een volledig functionerend zonnepanelensysteem, felle zon en een werkende controller kunt hebben, en toch helemaal geen laadstroom. Dit is een trucje dat mensen vaak gebruiken, omdat alle indicatoren er correct uitzien.
Er zijn twee oplossingen. Je kunt een verwarmingselement toevoegen, wat energie verbruikt van het toch al krappe budget, meestal 10 tot 15% van het dagelijkse totaal. Of je kunt kiezen voor accu's die geschikt zijn voor opladen bij lage temperaturen. Dit kost meer in eerste instantie, maar bespaart je de belasting van het verwarmingselement en het extra storingspunt. Bij een systeem dat al een veel hogere belasting aankan dan zijn voorganger, is de tweede optie vaak voordeliger op de lange termijn.
De derde optie brengt geen kosten met zich mee.
Er is een manier om detectie toe te voegen zonder de camerabelasting aan te passen: laat de energiezuinige camera's op de mast staan en voer de inferentie uit op één apparaat verderop in de keten.
De ruil betreft een vaste belasting van 24 uur in plaats van een variabele belasting verdeeld over vier camera's. Of dat succesvol zal zijn, hangt volledig af van de kijkcijfers van het apparaat.
| Bouw | Dagelijkse Wh | Bankieren bij 24V | Winterse opstelling |
|---|---|---|---|
| Oudere camera's, geen detectie | 1,056 | 220 Ah | 563w |
| Bestaande camera's plus een apparaat van 15 W | 1,416 | 295 Ah | 755w |
| Bestaande camera's plus een apparaat van 25 W | 1,656 | 345 Ah | 883w |
| Vier AI-camera's | 1,800 | 375 Ah | 960w |
Het break-evenpunt ligt rond de 31W. Een apparaat dat meer verbruikt op vier kanalen, geeft het volledige voordeel weer weg, dus dit is een berekening die je moet uitvoeren in plaats van een aanname. Bij een systeem met vier camera's is de oplossing met een apparaat meestal voordeliger. De marge wordt kleiner naarmate het aantal kanalen toeneemt.
Vier bezwaren:
De kosten voor het decoderen schalen mee met het aantal kanalen en de resolutie. Het apparaat moet elke stream decoderen voordat het deze kan bekijken, waardoor het voordeel afneemt naarmate de locatie groeit. Bij acht of twaalf camera's kan het voordeel zelfs verdwijnen.
Het is een enkelvoudig storingspunt. Verlies je een camera, dan verlies je één beeld. Verlies je het apparaat, dan verlies je alle detectie.
Een oudere camera is niet ontworpen om een model te voeden. Lagere framesnelheid, zwakkere sensor bij weinig licht, meer compressieartefacten. De detectiekwaliteit van een vijf jaar oude camera kan slechter zijn dan die van een speciaal daarvoor ontworpen camera, en geen enkele hoeveelheid rekenkracht achteraf kan een ruisige 10fps-stream corrigeren.
Het apparaat heeft voldoende thermische ruimte nodig in een afgesloten behuizing. Soms betekent dat een ventilator, wat meer watt verbruikt en een extra bewegend onderdeel is.
Ga er niet van uit dat het verplaatsen van de computer ook de stroomvoorziening verplaatst.
Een logische vervolgvraag: waarom niet alles naar de cloud sturen en daar verwerken?
Soms klopt het, vaak niet, en de reden is het modem.
Een inactieve mobiele modem verbruikt zeer weinig stroom. Een modem die continu een verbinding onderhoudt, verbruikt aanzienlijk meer, en het verbruik is evenredig met de belasting van de verbinding. Op een afgelegen locatie met slechts twee streepjes signaalsterkte kan het zendvermogen alleen al even groot zijn als het stroomverbruik van de inferentie-engine.
Edge processing bestaat deels zodat je metadata en korte clips kunt verzenden in plaats van een continue stream. Dat bespaart bandbreedte en, bij gebruik op een accu, meestal ook energie.
Ter aanvulling: een richtantenne die op de juiste zendmast is gericht, zorgt voor vermogensoptimalisatie, niet alleen voor een betere connectiviteit. Een beter signaal betekent een lager zendvermogen en dus minder wattuur.
Wat te veranderen
Meten, niet specificeren. Plaats de camera op een voedingseenheid, richt hem op een scène met realistische activiteit en registreer het aantal wattuur gedurende 24 uur. Deze ene stap voorkomt de meeste meetfouten.
Maak twee belastingprofielen aan. Rustige en drukke locaties. De drukke locatie geeft een indicatie van de beschikbare ruimte. De rustige locatie laat je de werkelijke stahoogte zien.
Beschouw dag en nacht als afzonderlijke blokken. Neem niet het gemiddelde, maar gebruik de urenverdeling van je slechtste maand.
Ontwerp de ontladingsdiepte in overeenstemming met uw beoogde levensduur. Niet alleen je autonomiedoelstelling. Een bank met een looptijd van vijf jaar betekent kortere cycli en meer capaciteit.
Stel detectiezones in op basis van vermogen, niet alleen op basis van valse alarmen. Door een drukke weg aan de rand van het frame te maskeren, wordt de inferentiecyclus verkort. De meeste mensen doen dit om valse alarmen te verminderen en merken de energiebesparing niet op. Het is de goedkoopste manier om energie te besparen en het eerste wat je moet controleren op een website die onder druk staat.
Gebruik MPPT. Het verschil in opbrengst tussen de twee methoden wordt groter naarmate de belasting toeneemt en is vooral merkbaar in de koude omstandigheden met weinig licht, die kenmerkend zijn voor uw slechtste maand.
Reserveer de radio en de verwarming expliciet in je budget. Beide worden steevast niet in spreadsheets opgenomen, terwijl ze samen goed zijn voor een vijfde van het dagelijkse verbruik.
Twee dingen die je niet moet doen. Hergebruik de oude accu niet omdat de trailer nog werkt, want die laadt twee keer zo diep op en zal daardoor eerder kapot gaan. En voeg geen panelen toe in plaats van de capaciteit te vergroten: meer panelen helpen op een zonnige dag, maar hebben geen effect gedurende een bewolkte periode van vijf dagen, omdat de autonomie dan afhangt van de accu.
Spiek briefje
| Vraag | Werkend antwoord |
|---|---|
| Uitgangsveronderstelling voor de bouw van een AI-camera | 1.5 tot 2 keer zo groot als een vergelijkbare build zonder AI, en vervolgens meten. |
| piek tot gemiddelde, vaste camera | Over 1.2 |
| piek naar gemiddelde, continue inferentie | Ongeveer 1.5 tot 2.0 |
| Voor welke maand moet je ontwerpen? | De ergste weersomstandigheden, plus een week bewolkt weer. |
| Ontwerp een DoD (Definition of Development) voor een bank met een looptijd van vijf jaar. | 50% of ondieper |
| Toeslag voor verwarming in koude klimaten | 10 tot 15% van de dagelijkse wattuur |
| Gecentraliseerde inferentie, break-evenpunt, vier kanalen | Ongeveer 31W stroomverbruik van het apparaat |
| Laadregelaar | MPPT |
Ter conclusie
De overstap van vaste camera's naar camera's met ingebouwde detectie lijkt misschien een simpele vervanging, maar qua energieverbruik is het een heel andere belasting: gemiddeld hoger, variabel afhankelijk van de activiteit in de omgeving, zwaarder meegewogen tijdens uren zonder zon en gecorreleerd met het weer dat de energieopwekking beïnvloedt.
Een waarde tussen 1.5 en 2 keer het dagelijkse wattuurverbruik is een goed uitgangspunt. Meet vervolgens de werkelijke waarde, want de vermenigvuldigingsfactor voor jouw camera in de betreffende scène is het enige getal dat telt.
