Система управління енергоспоживанням для розумних будинків та розподіленого контролю енергії

Вступ: Чому управління енергією вдома стає важливим

Зростання цін на енергоносії, розподілена відновлювана генерація енергії та електрифікація опалення та мобільності докорінно змінюють те, як домогосподарства споживають та управляють енергією. Традиційних автономних пристроїв — термостатів, розумних розеток або лічильників електроенергії — більше недостатньо для забезпечення значної економії енергії або контролю на рівні системи.

A Система управління енергією вдома (HEMS)забезпечує єдину основу длямоніторити, контролювати та оптимізувати споживання енергії в домогосподарствахдля обладнання HVAC, сонячної генерації, зарядних пристроїв для електромобілів та електричних навантажень. Замість реагування на окремі точки даних, HEMS дозволяє приймати скоординовані рішення на основі доступності енергії, попиту та поведінки користувачів у режимі реального часу.

У компанії OWON ми проектуємо та виробляємо пристрої підключеної енергії та HVAC, які слугують будівельними блоками масштабованих систем управління енергією вдома. У цій статті пояснюється, як працюють сучасні архітектури HEMS, які проблеми вони вирішують і як пристрій-орієнтований підхід забезпечує надійне розгортання у великих масштабах.

Що таке система енергоменеджменту вдома?

Система управління енергією вдома – церозподілена платформа керуванняяка об'єднує моніторинг енергії, керування навантаженням та логіку автоматизації в єдину систему. Її основна мета —оптимізувати споживання енергії, зберігаючи комфорт та надійність системи.

Типова HEMS з'єднує:

• Прилади для вимірювання енергії (однофазні та трифазні лічильники)

• Обладнання для опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (котли, теплові насоси, кондиціонери)

• Розподілені джерела енергії (сонячні панелі, накопичувачі)

• Гнучкі навантаження (зарядні пристрої для електромобілів, розумні розетки)

Через центральний шлюз та локальну або хмарну логіку система координує, як і коли споживається енергія.

Ключові проблеми в управлінні енергією в житлових приміщеннях

Перед впровадженням HEMS більшість домогосподарств та системних операторів стикаються з поширеними проблемами:

• Відсутність видимостіу споживання енергії в режимі реального часу та за минулі періоди

• Неузгоджені пристроїдіючи незалежно

• Неефективне керування системою опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, особливо зі змішаними системами опалення та охолодження

• Погана інтеграціяміж сонячною генерацією, зарядкою електромобілів та побутовим навантаженням

• Залежність від керування лише з хмари, що створює проблеми із затримкою та надійністю

Добре розроблена система управління енергоспоживанням у будинку вирішує ці проблеми на одному рівні.системний рівень, а не лише на рівні пристрою.

Основна архітектура системи управління енергією вдома

Сучасні архітектури HEMS зазвичай будуються навколо чотирьох основних шарів:

1. Шар моніторингу енергії

Цей рівень надає інформацію про використання та виробництво електроенергії в режимі реального часу та за минулі періоди.

Типові пристрої включають:

• Однофазні та трифазні лічильники електроенергії

• Датчики струму на основі кліщів

• Лічильники на DIN-рейку для розподільчих щитів

Ці пристрої вимірюють напругу, струм, потужність та потік енергії від мережі, сонячних панелей та підключених навантажень.

2. Рівень керування системою опалення, вентиляції та кондиціонування повітря

Опалення та охолодження становлять значну частину споживання енергії в домогосподарствах. Інтеграція системи управління опаленням, вентиляцією та кондиціонуванням повітря (HVAC) у систему управління енергоспоживанням (HEMS) дозволяє оптимізувати енергоспоживання без шкоди для комфорту.

Цей шар зазвичай включає:

• Розумні термостатидля котлів, теплових насосів та фанкойлів

• ІЧ-контролери для спліт- та міні-спліт кондиціонерів

• Планування та оптимізація температури на основі заповненості або доступності енергії

Координуючи роботу системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (ОВК) з даними про енергію, система може зменшити пікове навантаження та підвищити ефективність.

3. Рівень керування навантаженням та автоматизації

Окрім опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, система HEMS керує гнучкими електричними навантаженнями, такими як:

• Розумні розеткита реле

• Зарядні пристрої для електромобілів

• Обігрівачі або допоміжні пристрої

Правила автоматизації забезпечують взаємодію між компонентами системи. Наприклад:

• Вимкнення кондиціонера при відкритті вікна

• Регулювання потужності заряджання електромобілів на основі сонячної генерації

• Планування навантажень у періоди позапікового тарифу

4. Шлюз та рівень інтеграції

У центрі системи знаходитьсялокальний шлюз, який підключає пристрої, виконує логіку автоматизації та надає доступ до API зовнішнім платформам.

Дизайн, орієнтований на шлюз, дозволяє:

• Взаємодія з локальним пристроєм з низькою затримкою

• Безперервна робота під час перебоїв у хмарі

• Безпечна інтеграція зі сторонніми інформаційними панелями, утилітними платформами або мобільними додатками

ОВОНрозумні шлюзирозроблені з потужними можливостями локальної мережі та повноцінними API на рівні пристрою для підтримки цієї архітектури.

Розгортання системи управління енергією вдома в реальних умовах

Практичним прикладом широкомасштабного розгортання HEMS є…Європейська телекомунікаційна компаніяяка планувала впровадити систему управління енергією вдома, керовану комунальними службами, для мільйонів домогосподарств.

Вимоги до проекту

Система мала:

• Моніторинг та контроль загального споживання енергії в домогосподарствах

• Інтегруйте виробництво сонячної енергії та зарядку електромобілів

• Керування обладнанням опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, включаючи газові котли, теплові насоси та міні-спліт-системи кондиціонування повітря

• Забезпечити функціональну взаємодію між пристроями (наприклад, поведінку системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, пов'язану зі станом вікон або сонячною потужністю)

• Надатилокальні API на рівні пристроюдля прямої інтеграції з хмарним сервером телекомунікаційної компанії

Рішення OWON

OWON надала повну екосистему пристроїв на базі ZigBee, включаючи:

• Пристрої управління енергією: затискачі для вимірювання потужності, реле для DIN-рейки та розумні розетки

• Пристрої керування опаленням, вентиляцією та кондиціонуванням повітряТермостати та ІЧ-контролери ZigBee

• Розумний шлюз ZigBee: забезпечення локальної мережі та гнучкої взаємодії з пристроями

• Локальні API-інтерфейси: забезпечення прямого доступу до функціональності пристрою без залежності від хмари

Ця архітектура дозволила телекомунікаційному оператору розробити та розгорнути масштабовану систему HEMS зі скороченим часом розробки та експлуатаційною складністю.

Чому API на рівні пристроїв важливі в управлінні енергією вдома

Для масштабних або комунальних розгортань,локальні API на рівні пристроює критично важливими. Вони дозволяють системним операторам:

• Зберігайте контроль над даними та системною логікою

• Зменште залежність від сторонніх хмарних сервісів

• Налаштування правил автоматизації та робочих процесів інтеграції

• Покращення надійності системи та часу відгуку

OWON розробляє свої шлюзи та пристрої з відкритими, документованими локальними API для підтримки довгострокової еволюції системи.

Типові застосування систем управління енергією вдома

Системи управління енергією вдома все частіше використовуються в:

• Розумні житлові громади

• Програми енергозбереження комунальних підприємств

• Телекомунікаційні платформи розумного дому

• Домогосподарства, інтегровані з сонячними батареями та електромобілями

• Багатоквартирні будинки з централізованим енергетичним моніторингом

У кожному випадку значення походить відскоординований контроль, а не ізольовані розумні пристрої.

Часті запитання (FAQ)

Яка основна перевага системи енергоменеджменту вдома?

Система управління енергоспоживанням (HEMS) забезпечує єдину видимість та контроль над споживанням енергії в домогосподарствах, що дозволяє оптимізувати енергоспоживання, знизити витрати та підвищити комфорт.

Чи може HEMS працювати як із сонячними панелями, так і із зарядними пристроями для електромобілів?

Так. Правильно спроектована система управління енергією (HEMS) контролює генерацію сонячної енергії та відповідно регулює зарядку електромобілів або навантаження на домогосподарства.

Чи потрібне підключення до хмари для управління енергією вдома?

Підключення до хмари корисне, але не обов'язкове. Системи на основі локальних шлюзів можуть працювати незалежно та синхронізуватися з хмарними платформами за потреби.

Міркування щодо розгортання та інтеграції системи

Під час розгортання системи управління енергоспоживанням у будинку, розробники та інтегратори систем повинні оцінити:

• Стабільність протоколу зв'язку (наприклад, ZigBee)

• Доступність локальних API

• Масштабованість на тисячі або мільйони пристроїв

• Довгострокова доступність пристроїв та підтримка прошивки

• Гнучкість для інтеграції систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, енергетики та майбутніх пристроїв

OWON тісно співпрацює з партнерами, щоб забезпечити платформи пристроїв та готові до роботи компоненти, які відповідають цим вимогам.

Висновок: Створення масштабованих систем управління енергією вдома

Управління енергією вдома більше не є концепцією майбутнього, а практичною необхідністю, зумовленою енергетичним переходом, електрифікацією та цифровізацією. Поєднуючи моніторинг енергії, керування опаленням, вентиляцією та кондиціонуванням повітря, автоматизацію навантаження та локальний інтелектуальний шлюз, HEMS забезпечує розумніші та стійкіші житлові енергетичні системи.

В OWON ми зосереджуємося на наданні послугтехнологічні, інтегровані та масштабовані пристрої Інтернету речейщо формують основу надійних систем управління енергією вдома. Для організацій, що створюють енергетичні платформи наступного покоління, системно-орієнтований підхід є ключем до довгострокового успіху.