ESP32 E-Paper Provisioning - Workflow Visualisierung

🔄 Kompletter Setup-Workflow

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 1: UNBOXING & ERSTKONTAKT                                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

📦 Benutzer erhält ESP32 E-Paper Display
    │
    ├─> Strom anschließen (USB oder 5V Netzteil)
    │
    └─> ESP32 bootet zum ersten Mal
         │
         ├─> Keine WLAN-Konfiguration gefunden
         │
         └─> ⚡ Startet automatisch im SETUP-MODUS



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 2: SETUP-MODUS (Access Point)                                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

ESP32 erstellt eigenes WLAN:

    📡 SSID: "SolarLog-Setup-A1B2"
    🔓 Offen (kein Passwort)

    ┌────────────────────────────────┐
    │  E-Paper Display zeigt:       │
    │                                │
    │  ┌──────────────────────────┐ │
    │  │  🔧 SETUP-MODUS          │ │
    │  │                          │ │
    │  │  📱 Verbinden mit:       │ │
    │  │     SolarLog-Setup-A1B2  │ │
    │  │                          │ │
    │  │  🌐 Browser öffnet       │ │
    │  │     automatisch          │ │
    │  │                          │ │
    │  │  [●●●●○○○] Schritt 1/5  │ │
    │  └──────────────────────────┘ │
    └────────────────────────────────┘



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 3: CAPTIVE PORTAL (Automatische Browser-Umleitung)           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Benutzer:
    │
    ├─> Öffnet WLAN-Einstellungen auf Laptop/Smartphone
    │
    ├─> Wählt "SolarLog-Setup-A1B2"
    │
    └─> Verbindung wird hergestellt
         │
         └─> ✨ Browser öffnet AUTOMATISCH

              ┌──────────────────────────────────────┐
              │  http://192.168.4.1                 │
              ├──────────────────────────────────────┤
              │  🔌 SolarLog ESP32 Setup            │
              │                                      │
              │  Willkommen! In 4 Schritten         │
              │  richten wir dein Gerät ein.        │
              │                                      │
              │  [Los geht's →]                     │
              └──────────────────────────────────────┘



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 4: SCHRITT-FÜR-SCHRITT KONFIGURATION                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ SCHRITT 1: WLAN-VERBINDUNG                                      ┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

Browser-Seite:
    │
    ├─> [📡 Netzwerke scannen] Button
    │
    └─> ESP32 scannt verfügbare WLANs
         │
         └─> Liste wird angezeigt:

             ┌──────────────────────────────────┐
             │ Verfügbare Netzwerke:           │
             │                                  │
             │ ┌────────────────────────────┐  │
             │ │ 📶 PV-Anlage-WLAN  -65 dBm │🔒│
             │ └────────────────────────────┘  │
             │ ┌────────────────────────────┐  │
             │ │ 📶 FritzBox 7590   -48 dBm │🔒│
             │ └────────────────────────────┘  │
             │ ┌────────────────────────────┐  │
             │ │ 📶 Gast-WLAN       -72 dBm │  │
             │ └────────────────────────────┘  │
             │                                  │
             │ Oder manuell eingeben:          │
             │ SSID: [____________]            │
             │ Pass: [____________]            │
             │                                  │
             │ [Weiter →]                      │
             └──────────────────────────────────┘

Benutzer:
    ├─> Klickt auf "PV-Anlage-WLAN"
    ├─> Gibt Passwort ein
    └─> Klickt "Weiter"


┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ SCHRITT 2: PORTAL-ANMELDUNG                                     ┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

Browser-Seite:
             ┌──────────────────────────────────┐
             │ Portal-Verbindung               │
             │                                  │
             │ Portal-URL:                     │
             │ [solarlog-api.karma.organic]    │
             │                                  │
             │ Deine Zugangsdaten:             │
             │ E-Mail: [___________________]   │
             │ Pass:   [___________________]   │
             │                                  │
             │ [Login & Gerät registrieren]    │
             └──────────────────────────────────┘

Was passiert im Hintergrund:

    ESP32 → Portal:
    │
    ├─> POST /api/v1/auth/login
    │   {email, password}
    │
    ├─> ✓ Erhält: access_token
    │
    └─> POST /api/v1/devices/register
        {mac_address: "A1:B2:C3:D4:E5:F6", 
         model: "ESP32-S3 E-Paper"}
        Authorization: Bearer <access_token>

        Portal → ESP32:
        │
        └─> ✓ Generiert Device-Token
            {
              device_id: 42,
              device_token: "eyJhbGc...",
              mqtt_credentials: {...}
            }

    ✅ Gerät ist jetzt im Portal registriert!


┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ SCHRITT 3: INVERTER-ERKENNUNG                                   ┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

Browser-Seite:
             ┌──────────────────────────────────┐
             │ Inverter-Auswahl                │
             │                                  │
             │ [🔍 Inverter scannen]           │
             │                                  │
             │ ⏳ Scanne Netzwerk...           │
             │    192.168.1.1 ... ✗            │
             │    192.168.1.2 ... ✗            │
             │    ...                           │
             │    192.168.1.50 ... ✓ SMA!      │
             │    ...                           │
             │    192.168.1.100 ... ✓ Kostal!  │
             └──────────────────────────────────┘

ESP32 Auto-Discovery:
    │
    ├─> Scannt lokales Netzwerk (192.168.1.1-254)
    │
    ├─> Testet jeden Host:
    │   ├─> HTTP Port 80 (Webinterface?)
    │   ├─> Modbus Port 502
    │   └─> Herstellerspezifische Ports
    │
    └─> Identifiziert Inverter-Typ via:
        ├─> HTTP Response Header
        ├─> Modbus Device ID
        └─> Hersteller-Fingerprinting

Ergebnis:
             ┌──────────────────────────────────┐
             │ Gefundene Inverter:             │
             │                                  │
             │ ┌────────────────────────────┐  │
             │ │ ⚡ SMA Sunny Boy 3.0        │  │
             │ │    192.168.1.50            │  │
             │ │    4.2 kW aktuell          │  │
             │ └────────────────────────────┘  │
             │ ┌────────────────────────────┐  │
             │ │ ⚡ Kostal Plenticore 5.5   │  │
             │ │    192.168.1.100           │  │
             │ │    2.8 kW aktuell          │  │
             │ └────────────────────────────┘  │
             │                                  │
             │ Oder manuell:                   │
             │ Typ: [SMA ▼]                    │
             │ IP:  [____________]             │
             │                                  │
             │ [🧪 Verbindung testen]          │
             │ [Weiter →]                      │
             └──────────────────────────────────┘


┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ SCHRITT 4: FEINABSTIMMUNG                                       ┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

Browser-Seite:
             ┌──────────────────────────────────┐
             │ Einstellungen                   │
             │                                  │
             │ Display Update:                 │
             │ [ 30 Sekunden ▼]                │
             │                                  │
             │ API Daten-Upload:               │
             │ [ 60 Sekunden ▼]                │
             │                                  │
             │ Zeitzone:                       │
             │ [ Europe/Berlin ▼]              │
             │                                  │
             │ [✓ Speichern & Starten]         │
             └──────────────────────────────────┘

ESP32:
    │
    ├─> Speichert komplette Konfiguration in Flash:
    │   
    │   {
    │     "wifi": {
    │       "ssid": "PV-Anlage-WLAN",
    │       "password": "***********"
    │     },
    │     "portal": {
    │       "url": "https://solarlog-api.karma.organic",
    │       "device_id": 42,
    │       "device_token": "eyJhbGc..."
    │     },
    │     "inverter": {
    │       "type": "SMA",
    │       "ip": "192.168.1.50",
    │       "modbus_unit_id": 3
    │     },
    │     "intervals": {
    │       "display_update": 30,
    │       "api_upload": 60
    │     },
    │     "timezone": "Europe/Berlin"
    │   }
    │
    └─> ✅ Konfiguration gespeichert!


┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
┃ SCHRITT 5: FERTIGSTELLUNG                                       ┃
┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

Browser-Seite:
             ┌──────────────────────────────────┐
             │ ✅ Setup abgeschlossen!         │
             │                                  │
             │ Dein ESP32 wurde erfolgreich    │
             │ konfiguriert.                   │
             │                                  │
             │ Das Gerät startet in 3 Sek.     │
             │ neu und verbindet sich          │
             │ automatisch mit deinem WLAN.    │
             │                                  │
             │ Nächste Schritte:               │
             │ 1. Laptop wieder mit normalem   │
             │    WLAN verbinden               │
             │ 2. Portal öffnen:               │
             │    solarlog.karma.organic       │
             │ 3. Gerät sollte nach ~30 Sek    │
             │    online sein                  │
             │                                  │
             │ [Zum Portal →]                  │
             └──────────────────────────────────┘

ESP32:
    │
    ├─> Countdown: 3... 2... 1...
    │
    └─> 🔄 NEUSTART!



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 5: NORMALBETRIEB                                             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

ESP32 bootet neu:
    │
    ├─> Liest Konfiguration aus Flash
    │
    ├─> Verbindet mit "PV-Anlage-WLAN"
    │   └─> ✓ Verbunden! (IP: 192.168.1.201)
    │
    ├─> Verbindet mit Portal
    │   └─> POST /api/v1/devices/42/heartbeat
    │       Authorization: Bearer <device_token>
    │       └─> ✓ Portal antwortet: "Welcome back!"
    │
    ├─> Verbindet mit Inverter (192.168.1.50)
    │   └─> Modbus Read: Register 30775 (AC Power)
    │       └─> ✓ 4237 W
    │
    └─> Startet Haupt-Loop:

        ┌──────────────────────────────────────┐
        │  ENDLOS-SCHLEIFE                    │
        └──────────────────────────────────────┘

        Jede 30 Sekunden:
        │
        ├─> Inverter-Daten lesen
        │   ├─> Current Power: 4237 W
        │   ├─> Daily Energy: 28.5 kWh
        │   └─> Total Energy: 12450 kWh
        │
        ├─> E-Paper Display aktualisieren
        │   
        │   ┌────────────────────────────────┐
        │   │  SMA Sunny Boy 3.0            │
        │   │  192.168.1.50                 │
        │   │                                │
        │   │  ⚡ AKTUELL    4.2 kW         │
        │   │  ☀️ HEUTE     28.5 kWh        │
        │   │  📊 GESAMT    12.45 MWh       │
        │   │                                │
        │   │  📡 Online    ━━━━ 92%        │
        │   │  🕐 18:32    23.10.2025       │
        │   └────────────────────────────────┘
        │
        └─> Jede 60 Sekunden zusätzlich:
            │
            └─> Daten an Portal senden
                │
                └─> POST /api/v1/devices/42/data
                    {
                      "timestamp": "2025-10-23T18:32:15Z",
                      "current_power": 4237,
                      "daily_energy": 28.5,
                      "total_energy": 12450,
                      "dc_voltage": 385.2,
                      "dc_current": 11.4,
                      "ac_voltage": 234.8,
                      "ac_current": 18.0,
                      "temperature": 42.5,
                      "status": "producing"
                    }

                    Portal → ESP32:
                    └─> ✓ 200 OK {"stored": true}



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PHASE 6: PORTAL-ANSICHT (Benutzer-Perspektive)                    │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Benutzer öffnet Portal im Browser:

    https://solarlog.karma.organic

    ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
    │  🏠 Dashboard                              admin@example.com ▼│
    ├──────────────────────────────────────────────────────────────┤
    │                                                               │
    │  📊 Meine Geräte                            [+ Gerät hinzu]  │
    │                                                               │
    │  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
    │  │  ESP32 E-Paper #42                    🟢 Online      │   │
    │  │  MAC: A1:B2:C3:D4:E5:F6                              │   │
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    │  │  Inverter: SMA Sunny Boy 3.0 @ 192.168.1.50         │   │
    │  │                                                       │   │
    │  │  📊 Aktuelle Leistung:       4.2 kW                 │   │
    │  │  ☀️ Heute produziert:       28.5 kWh                │   │
    │  │  📈 Gesamt produziert:    12.45 MWh                 │   │
    │  │                                                       │   │
    │  │  🔋 Status:                 Producing                │   │
    │  │  🌡️  Temperatur:            42.5°C                  │   │
    │  │  📡 WLAN-Signalstärke:     -65 dBm (gut)            │   │
    │  │  ⏱️  Letzte Aktualisierung: vor 12 Sekunden         │   │
    │  │  ⏰ Online seit:            18:31:45 (42 Min)       │   │
    │  │                                                       │   │
    │  │  [📊 Details] [⚙️ Einstellungen] [🔄 Neu starten]  │   │
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    │  Klick auf [📊 Details]:                                    │
    │                                                               │
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    │  │  📈 Produktions-Verlauf                              │   │
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    │  │  [Heute] [Woche] [Monat] [Jahr]                     │   │
    │  │                                                       │   │
    │  │   30 kWh ┤                                 ╭─────    │   │
    │  │          │                             ╭───╯         │   │
    │  │   20 kWh │                         ╭───╯             │   │
    │  │          │                     ╭───╯                 │   │
    │  │   10 kWh │                 ╭───╯                     │   │
    │  │          │             ╭───╯                         │   │
    │  │    0 kWh └─────────────┴───────────────────────────  │   │
    │  │          06:00   09:00   12:00   15:00   18:00      │   │
    │  │                                                       │   │
    │  │  🐛 Debug-Logs:                                      │   │
    │  │  18:32:15  [INFO]  Data uploaded successfully       │   │
    │  │  18:31:15  [INFO]  Data uploaded successfully       │   │
    │  │  18:30:15  [INFO]  Data uploaded successfully       │   │
    │  │  18:29:15  [WARN]  Inverter read timeout, retry...  │   │
    │  │  18:29:16  [INFO]  Inverter connected               │   │
    │  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
    └──────────────────────────────────────────────────────────────┘



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ FEHLERBEHANDLUNG & RECOVERY                                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Szenario 1: WLAN-Verbindung fehlgeschlagen
    │
    ESP32:
    │
    ├─> Versuch 1: Verbinden... ✗ Timeout
    ├─> Versuch 2: Verbinden... ✗ Auth Failed
    ├─> Versuch 3: Verbinden... ✗ No Response
    │
    └─> ⚠️ 3 Fehlversuche!
        │
        └─> Automatischer Fallback:
            │
            ├─> Startet wieder im AP-Modus
            │   SSID: "SolarLog-Setup-A1B2"
            │
            └─> E-Paper zeigt:
                ┌──────────────────────────────┐
                │  ⚠️ VERBINDUNGSFEHLER       │
                │                              │
                │  WLAN nicht erreichbar.     │
                │                              │
                │  Bitte neu konfigurieren:   │
                │  1. Mit ESP32 verbinden     │
                │  2. Setup-Seite öffnet sich │
                │                              │
                │  SSID: SolarLog-Setup-A1B2  │
                └──────────────────────────────┘

Szenario 2: Portal nicht erreichbar
    │
    ESP32:
    │
    ├─> Inverter-Daten lesen: ✓ OK
    ├─> Display aktualisieren: ✓ OK
    ├─> Portal-Upload versuchen: ✗ Connection Refused
    │
    └─> Fallback-Strategie:
        │
        ├─> Daten lokal zwischenspeichern (Buffer für 100 Datenpunkte)
        │
        ├─> Weiter lokale Anzeige aktualisieren
        │
        ├─> Exponential Backoff:
        │   ├─> Nächster Versuch in 1 Sekunde
        │   ├─> Nächster Versuch in 2 Sekunden
        │   ├─> Nächster Versuch in 4 Sekunden
        │   └─> ... max. 60 Sekunden
        │
        └─> Sobald Portal wieder erreichbar:
            │
            └─> Alle gepufferten Daten nachholen
                (Bulk Upload)

Szenario 3: Inverter nicht erreichbar
    │
    ESP32:
    │
    ├─> Modbus Read: ✗ Timeout
    ├─> Retry 1: ✗ Timeout
    ├─> Retry 2: ✗ Connection Refused
    │
    └─> E-Paper zeigt:
        ┌──────────────────────────────┐
        │  SMA Sunny Boy 3.0          │
        │  192.168.1.50               │
        │                              │
        │  ⚠️ INVERTER OFFLINE        │
        │                              │
        │  Letzte bekannte Daten:     │
        │  ⚡ AKTUELL    0.0 kW       │
        │  ☀️ HEUTE     28.5 kWh      │
        │                              │
        │  🔄 Versuche neu zu          │
        │     verbinden...             │
        │                              │
        │  🕐 18:35    23.10.2025     │
        └──────────────────────────────┘

        Portal erhält:
        POST /api/v1/devices/42/data
        {
          "current_power": 0,
          "status": "inverter_offline",
          "error": "Modbus read timeout after 3 retries"
        }



┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ WARTUNG & UPDATES                                                   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Over-The-Air (OTA) Firmware Update:

    Portal-Admin:
    │
    ├─> Lädt neue Firmware-Version hoch (v1.2.0)
    │
    └─> Markiert Geräte für Update:
        ├─> ESP32 #42
        ├─> ESP32 #43
        └─> ESP32 #44

    ESP32 #42:
    │
    ├─> Nächster Heartbeat:
    │   POST /api/v1/devices/42/heartbeat
    │   {firmware_version: "1.1.0"}
    │
    │   Portal → ESP32:
    │   {
    │     "update_available": true,
    │     "version": "1.2.0",
    │     "url": "https://solarlog-api.karma.organic/firmware/v1.2.0.bin",
    │     "checksum": "sha256:abc123..."
    │   }
    │
    ├─> E-Paper zeigt:
    │   ┌──────────────────────────────┐
    │   │  🔄 UPDATE VERFÜGBAR        │
    │   │                              │
    │   │  v1.1.0 → v1.2.0            │
    │   │                              │
    │   │  Download läuft...          │
    │   │  [████████░░] 80%           │
    │   └──────────────────────────────┘
    │
    ├─> Download Firmware
    ├─> Checksum verifizieren
    ├─> Flash schreiben
    └─> Neustart

        Nach Neustart:
        └─> POST /api/v1/devices/42/heartbeat
            {firmware_version: "1.2.0"}

            Portal → ESP32:
            └─> "Update successful! ✓"

Remote-Konfiguration:

    Portal-Benutzer ändert Einstellung:
    │
    ├─> "API Upload Intervall: 60s → 300s"
    │
    └─> Speichern

        Portal:
        │
        └─> Nächster Heartbeat von ESP32:
            │
            └─> Sendet neue Konfiguration:
                {
                  "config_updated": true,
                  "intervals": {
                    "api_upload": 300
                  }
                }

        ESP32:
        │
        ├─> Empfängt neue Config
        ├─> Speichert in Flash
        ├─> Wendet sofort an
        └─> Bestätigung:
            POST /api/v1/devices/42/config-ack
            {"applied": true}

📊 Statistiken & Performance

Typischer Datenfluss (pro Stunde)

ESP32 → Inverter:    120 Requests  (alle 30s Display-Update)
ESP32 → Portal:       60 Requests  (alle 60s API-Upload)
Portal → ESP32:        1 Request   (Heartbeat-Response)

Datenvolumen:
├─> Upstream (ESP32 → Portal):   ~15 KB/Stunde  (~360 KB/Tag)
├─> Downstream (Portal → ESP32): ~2 KB/Stunde   (~48 KB/Tag)
└─> GESAMT:                      ~17 KB/Stunde  (~408 KB/Tag)

Pro Gerät und Monat: ~12 MB
Bei 1000 Geräten:    ~12 GB/Monat

Stromverbrauch ESP32

Idle:                 ~80 mA  @ 5V = 0.4W
WiFi aktiv:          ~120 mA @ 5V = 0.6W
E-Paper Update:      ~150 mA @ 5V = 0.75W (2-3 Sekunden)
Durchschnitt:        ~100 mA @ 5V = 0.5W

Pro Tag:  0.5W × 24h = 12 Wh = 0.012 kWh
Pro Jahr: 0.012 kWh × 365 = 4.4 kWh
Kosten:   4.4 kWh × 0.35 €/kWh = 1.54 € pro Jahr

Zuverlässigkeit

MTBF (Mean Time Between Failures): >2 Jahre
Verfügbarkeit:                      99.9%
Max. Offline-Zeit:                  <5 Minuten (bei WLAN-Ausfall)
Recovery-Zeit:                      <30 Sekunden