Hydroponic & IoT Projekt

Hier werde ich nun über mein erstes Hydroponic Projekt berichten.

Was ist eigentlich Hydroponic?

Hydroponic ist eigentlich schon ein relativ alter Hut der mal als Hydrokultur für Büropflanzen begonnen hat. Nun aber geht es in die Richtung Nutzpflanzen optimal zu kultivieren. Vom keinen Heimprojekt seinen Salat in der eigenen Wohnung anzubauen bis hin zur Industrialisierung des Pflanzenanbaus nah am Verbraucher ist alles darunter zu verstehen. Die Vorteile der Hydroponic im Industriellen Umfeld sind erheblich, so kann man eine konstante Qualität erzeugen und Transportkosten einsparen wenn man im Stadt nahen Umfeld die notwendigen Nahrungsmittel erzeugt. Des weiteren kann man die Kulturzeit beeinflussen so das die Pflanzen deutlich schneller wachsen und Ertrag bringen. Dadurch rechnet sich der notwendige Einsatz von Strom für die Beleuchtung und man kann in „grünen Fabriken“ mit relativ geringem Personaleinsatz hohe Erträge erzielen.
Das möchte ich hier aber nicht, mir geht es mehr darum die Zusammenhänge zu verstehen und zu analysieren ob ein Hydroponic Anbau auch im kleinen sinnvoll sein kann. Dazu habe ich nun einen kleinen Versuchsaufbau errichtet den ich in der nächsten Zeit noch mit diversen Sensoren und Steuerelementen ausbauen werden.

Grundlagen

Es gibt diverse Systeme nach dem man Hydroponic betreiben kann:

  1. Deep Water Culture (DWC)
    Bei DWC schwimmt ein Träger mit den Pflanzen auf einem Bottich mit Nährstofflösung. Hierbei fehlt den Wurzeln die Möglichkeit Sauerstoff aufzunehmen. Darum muss bei der DWC Methode mit Sprudelsteinen zusätzlicher Sauerstoff an die Wurzeln gebracht werden.
  2. Kratky Methode
    Die Kratky Methode ist eine abgewandelte DWC, hier haben die Pflanzen am Anfang ein wenig Luft über der Wasseroberfläche so das sie dort Luft Wurzeln bilden können. Die Pflanzen verbrauchen nun das Wasser und der Wasserstand sinkt langsam. Den neu gewonnenen Raub füllen die Pflanzen mit weiteren Luft Wurzeln aus.
  3. Ebbe & Flut
    Bei dieser Methode wird in einem Rhytmus von 2 Stunden das Becken mit Nährlösung geflutet und nach ca. 15 Minuten wieder abgelassen. So kann die Pflanze in den Trockenen Zeiten Sauerstoff aufnehmen und in der Flut Zeit Nährstoffe. Diese Methode sehe ich für die Pflanzen aber als nicht optimal an und es bedarf natürlich auch mehr Technik zur Wasserversorgung
  4. Nutrition Film Technic (NFT)
    Hier sitzen die Wurzeln in einem Rohr durch das ständig eine geringe Menge Nährstofflösung gepumpt wird.
  5. Aeroponic (ISS Methode)
    Bei dieser Methode wir der Wurzelbereich mit einem feinen Nebel aus Nährlösung besprüht. Diese Art der Hydroponic ist die Aufwändigste aber auch für den Einsatz auf der ISS möglich.

Hydroponic aus IoT Sicht

Die IoT kommt zum Einsatz weil man einige Parameter im Auge halten möchte.
Diese sind:

  • Temperatur der Luft
  • Temperatur des Wassers
  • PH Wert der Nährstofflösung
  • EC Wert der Nährstofflösung
  • Beleuchtungsstärke
  • Steuerung von Pumpen, Lüfter oder Heizungen

Projektbeschreibung

Aufbau einer Versuchsanlage nach der Katky Methode, als Container werde ich eine niedrige Eurobox nehmen. Damit man vergleichen kann sobald man Parameter verändert, wird es demnächst auch noch einen zweiten Versuchsaufbau geben.
Gepflanzt werden Salat und Chili
Beleuchtet wird das System mit einem 45W 31x31cm Pflanzen LED Element
Die Überwachung der Anlage wird ein zu entwickelndes Hydroponic Control übernehmen.

Aktueller Status

Zur Zeit sind die Sensoren bestellt, der Dünger geliefert und die Eurokiste mit der Pflanzen LED bestückt. Die Gittertöpfe warten auf die ersten Setzlinge. Also ist das Projekt nun im Stand By Modus da ich noch nicht den PH Wert des Wassers und die EC Leitfähigkeit der Nährstofflösung messen kann.

Allerdings sind die Sensoren wohl schon in Deutschland so das ich in den kommenden Tagen endlich starten kann.

Hydroponic Control

Der Controler soll Modular aufgebaut werden. Es wird Container Einheiten geben die am Hydroponic Container messen und die erfassten Daten an eine Zentraleinheit weiter geben. Wie diese HCE die Daten weiter gibt ist noch nicht geklärt. Ob nur die Zentraleinheit (HCZ) soll die Daten anzeigen es sollen dort Steuerbefehle abgesetzt werden können. Die Daten sollten aber gerne auch an eine zentrale Datenbank übertragen werden um später auch eine Steuerung über App und Web zu ermöglichen. Die Einheiten sollten die Möglichkeit bekommen über WLAN, BT oder LoRa zu kommunizieren.

Materialliste

Kostenberechnung

Dieser Teil wird später ergänzt

Referenzen

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