Systém domáceho energetického manažmentu pre inteligentné domy a distribuované riadenie energie

Úvod: Prečo sa energetický manažment v domácnosti stáva nevyhnutným

Rastúce náklady na energie, distribuovaná výroba energie z obnoviteľných zdrojov a elektrifikácia vykurovania a mobility zásadne menia spôsob, akým domácnosti spotrebúvajú a hospodária s energiou. Tradičné samostatné zariadenia – termostaty, inteligentné zásuvky alebo merače spotreby energie – už nestačia na dosiahnutie zmysluplných úspor energie alebo riadenia na úrovni systému.

A Systém energetického manažmentu domácnosti (HEMS)poskytuje jednotný rámec premonitorovať, kontrolovať a optimalizovať spotrebu energie v domácnostiv rámci zariadení HVAC, solárnej energie, nabíjačiek elektromobilov a elektrických záťaží. Namiesto reakcie na izolované dátové body umožňuje HEMS koordinované rozhodovanie na základe dostupnosti energie v reálnom čase, dopytu a správania používateľov.

V spoločnosti OWON navrhujeme a vyrábame zariadenia prepojeného zdroja energie a HVAC, ktoré slúžia ako stavebné kamene škálovateľných systémov riadenia energie v domácnostiach. Tento článok vysvetľuje, ako fungujú moderné architektúry HEMS, aké problémy riešia a ako prístup zameraný na zariadenia umožňuje spoľahlivé nasadenie vo veľkom meradle.

Čo je systém energetického manažmentu v domácnosti?

Systém energetického manažmentu v domácnosti jedistribuovaná riadiaca platformaktorý integruje monitorovanie energie, riadenie záťaže a automatizačnú logiku do jedného systému. Jeho hlavným cieľom jeoptimalizovať spotrebu energie pri zachovaní komfortu a spoľahlivosti systému.

Typický HEMS spája:

• Zariadenia na meranie energie (jednofázové a trojfázové elektromery)

• Zariadenia HVAC (kotly, tepelné čerpadlá, klimatizácie)

• Distribuované zdroje energie (solárne panely, úložiská)

• Flexibilné záťaže (nabíjačky pre elektromobily, inteligentné zásuvky)

Prostredníctvom centrálnej brány a lokálnej alebo cloudovej logiky systém koordinuje, ako a kedy sa energia spotrebúva.

Kľúčové výzvy v oblasti energetického manažmentu v domácnostiach

Pred implementáciou HEMS čelí väčšina domácností a prevádzkovateľov systémov bežným výzvam:

• Nedostatočná viditeľnosťdo spotreby energie v reálnom čase a v minulosti

• Nekoordinované zariadeniafungujúce nezávisle

• Neefektívne ovládanie HVAC, najmä pri zmiešaných systémoch vykurovania a chladenia

• Slabá integráciamedzi solárnou výrobou, nabíjaním elektromobilov a spotrebou energie v domácnostiach

• Závislosť od cloudového riadenia, čo vytvára obavy z latencie a spoľahlivosti

Dobre navrhnutý systém energetického manažmentu v domácnosti rieši tieto výzvy nasystémová úroveň, nielen na úrovni zariadenia.

Základná architektúra systému energetického manažmentu v domácnosti

Moderné architektúry HEMS sú typicky postavené na štyroch základných vrstvách:

1. Vrstva monitorovania energie

Táto vrstva poskytuje prehľad o spotrebe a výrobe elektriny v reálnom čase a historický prehľad.

Medzi typické zariadenia patria:

• Jednofázové a trojfázové elektromery

• Prúdové senzory na báze klieští

• Merače na DIN lištu pre rozvádzače

Tieto zariadenia merajú napätie, prúd, výkon a tok energie zo siete, solárnych panelov a pripojených záťaží.

2. Vrstva riadenia HVAC

Kúrenie a chladenie tvoria významnú časť spotreby energie v domácnostiach. Integrácia riadenia HVAC do HEMS umožňuje optimalizáciu energie bez obetovania komfortu.

Táto vrstva zvyčajne obsahuje:

• Inteligentné termostatypre kotly, tepelné čerpadlá a fan-coily

• IR ovládače pre split a mini-split klimatizácie

• Plánovanie a optimalizácia teploty na základe obsadenosti alebo dostupnosti energie

Koordináciou prevádzky HVAC s energetickými údajmi môže systém znížiť špičkovú spotrebu a zlepšiť účinnosť.

3. Vrstva riadenia a automatizácie záťaže

Okrem HVAC riadi HEMS flexibilné elektrické záťaže, ako napríklad:

• Inteligentné zásuvkya relé

• Nabíjačky pre elektromobily

• Ohrievače priestorov alebo pomocné zariadenia

Pravidlá automatizácie umožňujú interakciu medzi komponentmi systému. Napríklad:

• Vypnutie klimatizácie pri otvorení okna

• Úprava nabíjacieho výkonu elektromobilu na základe solárnej energie

• Plánovanie záťaže počas období mimo špičky

4. Brána a integračná vrstva

V strede systému sa nachádzalokálna brána, ktorý pripája zariadenia, vykonáva automatizačnú logiku a sprístupňuje API externým platformám.

Dizajn zameraný na bránu umožňuje:

• Lokálna interakcia so zariadením s nízkou latenciou

• Pokračovanie prevádzky počas výpadkov cloudu

• Bezpečná integrácia s dashboardmi, platformami nástrojov alebo mobilnými aplikáciami tretích strán

OWONinteligentné bránysú navrhnuté so silnými lokálnymi sieťovými funkciami a kompletnými API na úrovni zariadenia na podporu tejto architektúry.

Nasadenie domáceho energetického manažmentu v reálnom svete

Praktický príklad rozsiahleho nasadenia HEMS pochádza zEurópska telekomunikačná spoločnosťktorá plánovala zaviesť systém energetického manažmentu v domácnostiach riadený verejnou dopravou.

Požiadavky na projekt

Systém potreboval:

• Monitorovanie a kontrola celkovej spotreby energie v domácnosti

• Integrácia výroby solárnej energie a nabíjania elektromobilov

• Ovládajte zariadenia HVAC vrátane plynových kotlov, tepelných čerpadiel a mini-split klimatizačných jednotiek

• Umožniť funkčnú interakciu medzi zariadeniami (napr. správanie HVAC prepojené so stavom okien alebo solárnym výkonom)

• Poskytnúťlokálne API na úrovni zariadeniapre priamu integráciu s cloudovým backendom telekomunikačnej spoločnosti

Riešenie OWON

Spoločnosť OWON poskytla kompletný ekosystém zariadení založený na ZigBee vrátane:

• Zariadenia na správu energie: kliešťové merače výkonu, relé na DIN lištu a inteligentné zásuvky

• Riadiace zariadenia HVACZigBee termostaty a IR ovládače

• Inteligentná ZigBee brána: umožnenie lokálnych sietí a flexibilnej interakcie zariadení

• Lokálne API rozhrania: umožňuje priamy prístup k funkciám zariadenia bez závislosti od cloudu

Táto architektúra umožnila telekomunikačnému operátorovi navrhnúť a nasadiť škálovateľný systém HEMS so skráteným časom vývoja a prevádzkovou zložitosťou.

Prečo sú API na úrovni zariadení dôležité v oblasti správy energie v domácnosti

Pre rozsiahle alebo úžitkové nasadenia,lokálne API na úrovni zariadeniasú kritické. Umožňujú prevádzkovateľom systému:

• Udržiavajte kontrolu nad dátami a systémovou logikou

• Znížte závislosť od cloudových služieb tretích strán

• Prispôsobte si pravidlá automatizácie a pracovné postupy integrácie

• Zlepšite spoľahlivosť systému a čas odozvy

Spoločnosť OWON navrhuje svoje brány a zariadenia s otvorenými, zdokumentovanými lokálnymi API na podporu dlhodobého vývoja systému.

Typické aplikácie systémov domáceho energetického manažmentu

Systémy energetického manažmentu v domácnostiach sa čoraz viac používajú v:

• Inteligentné obytné komunity

• Programy na úsporu energie v oblasti verejných služieb

• Platformy inteligentnej domácnosti vedené telekomunikáciami

• Domácnosti integrované so solárnymi panelmi a elektromobilmi

• Viacbytové budovy s centralizovaným monitorovaním energie

V každom prípade hodnota pochádza zkoordinované riadenie, nie izolované inteligentné zariadenia.

Často kladené otázky (FAQ)

Aká je hlavná výhoda systému energetického manažmentu v domácnosti?

Systém HEMS poskytuje jednotný prehľad a kontrolu nad spotrebou energie v domácnosti, čo umožňuje optimalizáciu energie, znižovanie nákladov a zvyšovanie komfortu.

Môže HEMS fungovať so solárnymi panelmi aj nabíjačkami pre elektromobily?

Áno. Správne navrhnutý systém HEMS monitoruje výrobu solárnej energie a podľa toho upravuje nabíjanie elektromobilov alebo záťaž domácností.

Je pre správu energie v domácnosti potrebné pripojenie ku cloudu?

Pripojenie ku cloudu je užitočné, ale nie povinné. Lokálne systémy založené na bránach môžu fungovať nezávisle a v prípade potreby sa synchronizovať s cloudovými platformami.

Úvahy o nasadení a integrácii systému

Pri zavádzaní systému riadenia energie v domácnosti by mali projektanti a integrátori systémov zhodnotiť:

• Stabilita komunikačného protokolu (napr. ZigBee)

• Dostupnosť lokálnych API

• Škálovateľnosť naprieč tisíckami alebo miliónmi zariadení

• Dlhodobá dostupnosť zariadení a podpora firmvéru

• Flexibilita integrácie HVAC, energetiky a budúcich zariadení

Spoločnosť OWON úzko spolupracuje s partnermi s cieľom poskytovať platformy zariadení a komponenty pripravené na systém, ktoré tieto požiadavky podporujú.

Záver: Budovanie škálovateľných systémov energetického manažmentu v domácnosti

Domáci energetický manažment už nie je len konceptom budúcnosti – je to praktická nevyhnutnosť, ktorú poháňa energetická transformácia, elektrifikácia a digitalizácia. Kombináciou monitorovania energie, regulácie HVAC, automatizácie záťaže a inteligencie lokálnych brán umožňuje systém HEMS vytvárať inteligentnejšie a odolnejšie energetické systémy pre domácnosti.

V spoločnosti OWON sa zameriavame na poskytovanievyrobiteľné, integrovateľné a škálovateľné zariadenia internetu vecíktoré tvoria základ spoľahlivých systémov riadenia energie v domácnostiach. Pre organizácie, ktoré budujú energetické platformy novej generácie, je systémovo orientovaný prístup kľúčom k dlhodobému úspechu.