Systém pro správu energie v domácnosti pro chytré domy a distribuované řízení energie

Úvod: Proč se energetický management v domácnosti stává nezbytným

Rostoucí náklady na energie, distribuovaná výroba energie z obnovitelných zdrojů a elektrifikace vytápění a mobility zásadně mění způsob, jakým domácnosti spotřebovávají a hospodaří s energií. Tradiční samostatná zařízení – termostaty, chytré zásuvky nebo měřiče energie – již nestačí k dosažení smysluplných úspor energie nebo řízení na úrovni systému.

A Systém hospodaření s energií v domácnosti (HEMS)poskytuje jednotný rámec promonitorovat, řídit a optimalizovat spotřebu energie v domácnostinapříč zařízeními HVAC, solárními panely, nabíječkami elektromobilů a elektrickými zátěžemi. Namísto reakce na izolované datové body umožňuje HEMS koordinované rozhodování na základě dostupnosti energie, poptávky a chování uživatelů v reálném čase.

Ve společnosti OWON navrhujeme a vyrábíme zařízení pro propojenou energii a HVAC, která slouží jako stavební kameny škálovatelných systémů pro správu energie v domácnostech. Tento článek vysvětluje, jak fungují moderní architektury HEMS, jaké problémy řeší a jak přístup zaměřený na zařízení umožňuje spolehlivé nasazení ve velkém měřítku.

Co je to systém energetického managementu v domácnosti?

Systém hospodaření s energií v domácnosti jedistribuovaná řídicí platformakterý integruje monitorování energie, řízení zátěže a automatizační logiku do jednoho systému. Jeho primárním cílem jeoptimalizovat spotřebu energie při zachování komfortu a spolehlivosti systému.

Typický HEMS spojuje:

• Přístroje pro měření energie (jednofázové a třífázové elektroměry)

• Zařízení pro vytápění, větrání a klimatizaci (kotle, tepelná čerpadla, klimatizace)

• Distribuované zdroje energie (solární panely, úložiště)

• Flexibilní zátěže (nabíječky elektromobilů, chytré zásuvky)

Prostřednictvím centrální brány a lokální nebo cloudové logiky systém koordinuje, jak a kdy je energie spotřebovávána.

Klíčové výzvy v oblasti energetického managementu v domácnostech

Před implementací HEMS čelí většina domácností a provozovatelů systémů běžným výzvám:

• Nedostatečná viditelnostdo spotřeby energie v reálném čase a v minulosti

• Nekoordinovaná zařízenífungující nezávisle

• Neefektivní regulace HVAC, zejména u smíšených systémů vytápění a chlazení

• Špatná integracemezi solární generací, nabíjením elektromobilů a spotřebou v domácnostech

• Závislost na cloudovém řízení, což vytváří obavy z latence a spolehlivosti

Dobře navržený systém hospodaření s energií v domácnosti řeší tyto výzvy nasystémová úroveň, nejen na úrovni zařízení.

Základní architektura systému hospodaření s energií v domácnosti

Moderní architektury HEMS jsou obvykle postaveny na čtyřech základních vrstvách:

1. Vrstva pro monitorování energie

Tato vrstva poskytuje v reálném čase i historické informace o spotřebě a výrobě elektřiny.

Mezi typická zařízení patří:

• Jednofázové a třífázové elektroměry

• Klešťové proudové senzory

• Elektroměry na DIN lištu pro rozvaděče

Tato zařízení měří napětí, proud, výkon a tok energie ze sítě, solárních panelů a připojených zátěží.

2. Vrstva řízení HVAC

Vytápění a chlazení tvoří významnou část spotřeby energie v domácnostech. Integrace regulace HVAC do systémů HEMS umožňuje optimalizaci spotřeby energie bez obětování komfortu.

Tato vrstva obvykle zahrnuje:

• Chytré termostatypro kotle, tepelná čerpadla a fan coily

• IR ovladače pro split a mini-split klimatizace

• Plánování a optimalizace teploty na základě obsazenosti nebo dostupnosti energie

Koordinací provozu HVAC s energetickými daty může systém snížit špičkovou spotřebu a zvýšit účinnost.

3. Vrstva řízení zátěže a automatizace

Kromě HVAC řídí HEMS flexibilní elektrické zátěže, jako například:

• Chytré zásuvkya relé

• Nabíječky elektromobilů

• Ohřívače prostorů nebo pomocná zařízení

Pravidla automatizace umožňují interakci mezi komponentami systému. Například:

• Vypnutí klimatizace při otevření okna

• Úprava nabíjecího výkonu elektromobilu na základě generace solární energie

• Plánování zátěže v obdobích mimo špičku

4. Brána a integrační vrstva

Ve středu systému jemístní brána, který propojuje zařízení, spouští automatizační logiku a zpřístupňuje API externím platformám.

Design zaměřený na bránu umožňuje:

• Lokální interakce se zařízením s nízkou latencí

• Pokračování provozu během výpadků cloudu

• Bezpečná integrace s dashboardy, platformami nástrojů nebo mobilními aplikacemi třetích stran

OWONinteligentní brányjsou navrženy s robustními lokálními síťovými funkcemi a kompletními API na úrovni zařízení pro podporu této architektury.

Nasazení domácího energetického managementu v reálném světě

Praktický příklad rozsáhlého nasazení HEMS pochází zEvropská telekomunikační společnostkterá plánovala zavést systém hospodaření s energií v domácnostech řízený veřejnými službami.

Požadavky na projekt

Systém potřeboval:

• Sledování a řízení celkové spotřeby energie v domácnosti

• Integrace výroby solární energie a nabíjení elektromobilů

• Ovládání zařízení HVAC, včetně plynových kotlů, tepelných čerpadel a mini-splitových klimatizačních jednotek

• Umožnit funkční interakci mezi zařízeními (např. chování HVAC v závislosti na stavu oken nebo solárním výkonu)

• Poskytnoutlokální API na úrovni zařízenípro přímou integraci s backendovým cloudem telekomunikační společnosti

Řešení OWON

Společnost OWON poskytla kompletní ekosystém zařízení založených na ZigBee, včetně:

• Zařízení pro správu energie: klešťové měřiče výkonu, relé na DIN lištu a chytré zásuvky

• Řídicí zařízení HVACZigBee termostaty a IR ovladače

• Inteligentní ZigBee brána: umožnění lokálních sítí a flexibilní interakce zařízení

• Lokální API rozhraní: umožňuje přímý přístup k funkcím zařízení bez závislosti na cloudu

Tato architektura umožnila telekomunikačnímu operátorovi navrhnout a nasadit škálovatelný systém HEMS se zkrácenou dobou vývoje a provozní složitostí.

Proč jsou API na úrovni zařízení důležitá v domácím energetickém managementu

Pro rozsáhlé nebo energeticky řízené nasazení,lokální API na úrovni zařízeníjsou kritické. Umožňují provozovatelům systému:

• Udržujte kontrolu nad daty a systémovou logikou

• Snižte závislost na cloudových službách třetích stran

• Přizpůsobení pravidel automatizace a integračních pracovních postupů

• Zlepšení spolehlivosti systému a doby odezvy

Společnost OWON navrhuje své brány a zařízení s otevřenými, dokumentovanými lokálními API, aby podporovala dlouhodobý vývoj systému.

Typické aplikace systémů pro správu energie v domácnostech

Systémy pro správu energie v domácnostech se stále častěji používají v:

• Chytré obytné komunity

• Programy na úsporu energie v energetických společnostech

• Platformy pro chytré domácnosti vedené telekomunikačními společnostmi

• Domácnosti integrované se solární energií a elektromobily

• Vícebytové domy s centralizovaným monitorováním energie

V každém případě hodnota pochází zkoordinované řízení, nikoli izolovaná chytrá zařízení.

Často kladené otázky (FAQ)

Jaká je hlavní výhoda systému energetického managementu v domácnosti?

Systém HEMS poskytuje jednotný přehled a kontrolu nad spotřebou energie v domácnosti, což umožňuje optimalizaci energie, snížení nákladů a zvýšení komfortu.

Může HEMS fungovat jak se solárními panely, tak s nabíječkami elektromobilů?

Ano. Správně navržený systém HEMS monitoruje výrobu solární energie a podle toho upravuje nabíjení elektromobilů nebo zátěž domácností.

Je pro správu energie v domácnosti vyžadováno připojení ke cloudu?

Cloudové připojení je užitečné, ale není povinné. Systémy založené na lokálních branách mohou fungovat nezávisle a v případě potřeby se synchronizovat s cloudovými platformami.

Aspekty nasazení a integrace systému

Při zavádění systému pro správu energie v domácnosti by návrháři a integrátoři systémů měli zhodnotit:

• Stabilita komunikačního protokolu (např. ZigBee)

• Dostupnost lokálních API

• Škálovatelnost napříč tisíci nebo miliony zařízení

• Dlouhodobá dostupnost zařízení a podpora firmwaru

• Flexibilita pro integraci HVAC, energetiky a budoucích zařízení

Společnost OWON úzce spolupracuje s partnery na poskytování platforem zařízení a systémově připravených komponent, které tyto požadavky podporují.

Závěr: Budování škálovatelných systémů pro správu energie v domácnosti

Energetický management v domácnostech již není konceptem budoucnosti – je to praktická nutnost, kterou vyvolává energetická transformace, elektrifikace a digitalizace. Kombinací monitorování energie, řízení vytápění, větrání a klimatizace, automatizace zátěže a inteligence lokálních komunikačních sítí umožňuje systém HEMS vytvářet inteligentnější a odolnější energetické systémy pro domácnosti.

V OWON se zaměřujeme na poskytovánívyrobitelná, integrovatelná a škálovatelná zařízení IoTkteré tvoří základ spolehlivých systémů pro správu energie v domácnostech. Pro organizace, které budují energetické platformy nové generace, je systémově orientovaný přístup klíčem k dlouhodobému úspěchu.