System zarządzania energią domową dla inteligentnych domów i rozproszonej kontroli energii

Wprowadzenie: Dlaczego zarządzanie energią w domu staje się niezbędne

Rosnące koszty energii, rozproszona generacja energii odnawialnej oraz elektryfikacja systemów ogrzewania i mobilności fundamentalnie zmieniają sposób, w jaki gospodarstwa domowe zużywają i zarządzają energią. Tradycyjne, autonomiczne urządzenia – termostaty, inteligentne wtyczki czy liczniki energii – nie wystarczają już do zapewnienia znaczących oszczędności energii ani kontroli na poziomie systemu.

A System zarządzania energią domową (HEMS)zapewnia ujednolicone ramy dlamonitorować, kontrolować i optymalizować zużycie energii w gospodarstwie domowymw zakresie urządzeń HVAC, generatorów słonecznych, ładowarek pojazdów elektrycznych i obciążeń elektrycznych. Zamiast reagować na odizolowane punkty danych, system HEMS umożliwia skoordynowane podejmowanie decyzji w oparciu o dostępność energii, zapotrzebowanie i zachowania użytkowników w czasie rzeczywistym.

W firmie OWON projektujemy i produkujemy połączone urządzenia energetyczne i HVAC, które stanowią fundament skalowalnych systemów zarządzania energią w domu. W tym artykule wyjaśniono, jak działają nowoczesne architektury HEMS, jakie problemy rozwiązują oraz jak podejście skoncentrowane na urządzeniach umożliwia niezawodne wdrożenie na dużą skalę.

Czym jest system zarządzania energią w domu?

System zarządzania energią domową torozproszona platforma sterowaniaktóry integruje monitorowanie energii, kontrolę obciążenia i logikę automatyzacji w jednym systemie. Jego głównym celem jestoptymalizacja zużycia energii przy jednoczesnym zachowaniu komfortu i niezawodności systemu.

Typowy HEMS łączy:

• Urządzenia do pomiaru energii (liczniki jednofazowe i trójfazowe)

• Sprzęt HVAC (kotły, pompy ciepła, klimatyzatory)

• Rozproszone źródła energii (panele słoneczne, magazyny)

• Elastyczne obciążenia (ładowarki pojazdów elektrycznych, inteligentne wtyczki)

Za pośrednictwem centralnej bramy i lokalnej lub chmurowej logiki system koordynuje sposób i czas zużycia energii.

Kluczowe wyzwania w zarządzaniu energią w budynkach mieszkalnych

Przed wdrożeniem systemu HEMS większość gospodarstw domowych i operatorów systemów staje przed następującymi wyzwaniami:

• Brak widocznoścido zużycia energii w czasie rzeczywistym i w czasie rzeczywistym

• Nieskoordynowane urządzeniadziałający niezależnie

• Nieefektywna kontrola HVAC, szczególnie w przypadku mieszanych systemów ogrzewania i chłodzenia

• Słaba integracjamiędzy generacją energii słonecznej, ładowaniem pojazdów elektrycznych i obciążeniami gospodarstwa domowego

• Zależność od kontroli wyłącznie w chmurze, co powoduje problemy z opóźnieniami i niezawodnością

Dobrze zaprojektowany system zarządzania energią w domu rozwiązuje te wyzwania na każdym etapiepoziom systemu, nie tylko na poziomie urządzenia.

Podstawowa architektura domowego systemu zarządzania energią

Nowoczesne architektury HEMS są zazwyczaj zbudowane wokół czterech warstw rdzeniowych:

1. Warstwa monitorowania energii

Ta warstwa zapewnia wgląd w czasie rzeczywistym i dane historyczne dotyczące zużycia i wytwarzania energii elektrycznej.

Typowe urządzenia obejmują:

• Liczniki mocy jednofazowe i trójfazowe

• Czujniki prądu oparte na cęgach

• Liczniki szynowe DIN do paneli rozdzielczych

Urządzenia te mierzą napięcie, prąd, moc i przepływ energii z sieci, paneli słonecznych i podłączonych obciążeń.

2. Warstwa sterowania HVAC

Ogrzewanie i chłodzenie odpowiadają za znaczną część zużycia energii w gospodarstwach domowych. Zintegrowanie sterowania HVAC z systemem HEMS pozwala na optymalizację zużycia energii bez utraty komfortu.

Warstwa ta zazwyczaj obejmuje:

• Inteligentne termostatydo kotłów, pomp ciepła i wentylatorów konwektorowych

• Sterowniki IR do klimatyzatorów typu split i mini-split

• Harmonogramowanie i optymalizacja temperatury na podstawie obłożenia lub dostępności energii

Koordynując działanie systemu HVAC z danymi dotyczącymi zużycia energii, system może ograniczyć szczytowe zapotrzebowanie na energię i poprawić wydajność.

3. Warstwa kontroli obciążenia i automatyzacji

Oprócz systemów HVAC, HEMS zarządza elastycznymi obciążeniami elektrycznymi, takimi jak:

• Inteligentne wtyczkii przekaźniki

• Ładowarki pojazdów elektrycznych

• Grzejniki lub urządzenia pomocnicze

Reguły automatyzacji umożliwiają interakcję między komponentami systemu. Na przykład:

• Wyłączanie klimatyzacji po otwarciu okna

• Dostosowywanie mocy ładowania pojazdu elektrycznego w oparciu o generację energii słonecznej

• Planowanie obciążeń w okresach poza szczytem taryfowym

4. Warstwa bramy i integracji

W centrum systemu znajduje siębrama lokalna, który łączy urządzenia, wykonuje logikę automatyzacji i udostępnia interfejsy API platformom zewnętrznym.

Konstrukcja skoncentrowana na bramce umożliwia:

• Lokalna interakcja urządzenia z niskim opóźnieniem

• Ciągła praca podczas przerw w działaniu chmury

• Bezpieczna integracja z panelami sterowania innych firm, platformami narzędziowymi i aplikacjami mobilnymi

OWONinteligentne bramkizostały zaprojektowane z myślą o silnych możliwościach obsługi sieci lokalnych i kompletnych interfejsach API na poziomie urządzenia, które obsługują tę architekturę.

Wdrożenie systemu zarządzania energią w domu w warunkach rzeczywistych

Praktycznym przykładem wdrożenia HEMS na dużą skalę jestEuropejska firma telekomunikacyjnaktóra planowała udostępnić milionom gospodarstw domowych system zarządzania energią w domu, oparty na wykorzystaniu energii elektrycznej.

Wymagania projektu

System musiał:

• Monitoruj i kontroluj całkowite zużycie energii w gospodarstwie domowym

• Zintegruj wytwarzanie energii słonecznej i ładowanie pojazdów elektrycznych

• Sterowanie urządzeniami HVAC, w tym kotłami gazowymi, pompami ciepła i klimatyzatorami typu mini-split

• Włącz interakcję funkcjonalną między urządzeniami (np. zachowanie systemu HVAC powiązane ze stanem okien lub mocą solarną)

• Dostarczaćlokalne interfejsy API na poziomie urządzeniado bezpośredniej integracji z chmurą zaplecza firmy telekomunikacyjnej

Rozwiązanie OWON

OWON dostarczył kompletny ekosystem urządzeń opartych na standardzie ZigBee, obejmujący:

• Urządzenia do zarządzania energią: mierniki mocy cęgowe, przekaźniki na szynę DIN i inteligentne wtyczki

• Urządzenia sterujące HVAC:Termostaty ZigBee i kontrolery IR

• Inteligentna bramka ZigBee:umożliwianie pracy w sieci lokalnej i elastycznej interakcji urządzeń

• Lokalne interfejsy API:umożliwiający bezpośredni dostęp do funkcjonalności urządzenia bez konieczności uzależnienia od chmury

Taka architektura pozwoliła operatorowi telekomunikacyjnemu zaprojektować i wdrożyć skalowalny system HEMS, skracając czas opracowywania i zmniejszając złożoność operacyjną.

Dlaczego interfejsy API na poziomie urządzeń są ważne w zarządzaniu energią w domu

W przypadku wdrożeń na dużą skalę lub wdrożeń ukierunkowanych na użyteczność,lokalne interfejsy API na poziomie urządzeniasą kluczowe. Umożliwiają operatorom systemów:

• Zachowaj kontrolę nad danymi i logiką systemu

• Zmniejsz zależność od usług chmurowych innych firm

• Dostosuj reguły automatyzacji i przepływy pracy integracyjne

• Popraw niezawodność systemu i czas reakcji

OWON projektuje swoje bramy i urządzenia przy użyciu otwartych, udokumentowanych lokalnych interfejsów API, aby wspierać długoterminową ewolucję systemu.

Typowe zastosowania systemów zarządzania energią domową

Systemy zarządzania energią w domu są coraz częściej stosowane w:

• Inteligentne społeczności mieszkaniowe

• Programy oszczędzania energii w przedsiębiorstwach użyteczności publicznej

• Platformy inteligentnego domu oparte na telekomunikacji

• Gospodarstwa domowe z integracją energii słonecznej i pojazdów elektrycznych

• Budynki wielorodzinne z centralnym monitorowaniem energii

W każdym przypadku wartość pochodzi zskoordynowana kontrola, a nie izolowane inteligentne urządzenia.

Często zadawane pytania (FAQ)

Jaka jest główna korzyść z posiadania systemu zarządzania energią w domu?

System HEMS zapewnia kompleksową widoczność i kontrolę zużycia energii w gospodarstwie domowym, umożliwiając optymalizację zużycia energii, redukcję kosztów i większy komfort.

Czy system HEMS może współpracować zarówno z panelami słonecznymi, jak i ładowarkami pojazdów elektrycznych?

Tak. Prawidłowo zaprojektowany system HEMS monitoruje wytwarzanie energii słonecznej i odpowiednio dostosowuje ładowanie pojazdów elektrycznych lub obciążenie gospodarstw domowych.

Czy do zarządzania energią w domu potrzebna jest łączność w chmurze?

Łączność z chmurą jest przydatna, ale nie jest obowiązkowa. Lokalne systemy oparte na bramach mogą działać niezależnie i synchronizować się z platformami chmurowymi w razie potrzeby.

Rozważania dotyczące wdrażania i integracji systemu

Wdrażając system zarządzania energią w domu, projektanci i integratorzy systemów powinni ocenić:

• Stabilność protokołu komunikacyjnego (np. ZigBee)

• Dostępność lokalnych interfejsów API

• Skalowalność na tysiącach lub milionach urządzeń

• Długoterminowa dostępność urządzenia i wsparcie oprogramowania sprzętowego

• Elastyczność w zakresie integracji systemów HVAC, energii i urządzeń przyszłości

OWON ściśle współpracuje z partnerami w celu zapewnienia platform urządzeń i gotowych do użycia komponentów systemowych, które spełniają te wymagania.

Wnioski: Budowanie skalowalnych systemów zarządzania energią w domu

Zarządzanie energią w domu nie jest już koncepcją przyszłości – to praktyczna konieczność wynikająca z transformacji energetycznej, elektryfikacji i cyfryzacji. Łącząc monitorowanie zużycia energii, sterowanie systemami HVAC, automatyzację obciążenia i lokalną inteligencję bramową, system HEMS umożliwia inteligentniejsze i bardziej odporne domowe systemy energetyczne.

W OWON skupiamy się na dostarczaniuurządzenia IoT możliwe do produkcji, integracji i skalowaniaktóre stanowią fundament niezawodnych systemów zarządzania energią w domu. Dla organizacji budujących platformy energetyczne nowej generacji, podejście zorientowane na system jest kluczem do długoterminowego sukcesu.