מערכת ניטור אנרגיה חכמה: 3 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

הביקוש לאנרגיה גדל מיום ליום, כיום צריכת האנרגיה החשמלית של משתמשים באזור מנוטרת ומחושבת על ידי ביקורי שטח תכופים שנעשו על ידי טכנאים ממחלקת החשמל לצורך חישוב תעריפי האנרגיה. זוהי משימה גוזלת זמן שכן יהיו אלפי בתים באזור ודירות רבות באותן הדירות. כשזה מגיע לעיר או לעיר, זהו תהליך מאוד קדחתני. אין הוראה לבדוק או לנתח את צריכת האנרגיה הפרטנית של בתים בפרק זמן ולא ליצור דיווח על זרימת אנרגיה באזור מסוים. זה המצב רק במקומות רבים בעולם.

אין פתרונות קיימים שיושמו כדי להתמודד עם הבעיה הנ ל. מכאן שאנו מפתחים מערכת ניטור אנרגיה חכמה שתקל על הבדיקה, הניטור, הניתוח והחישוב של מחיר האנרגיה. מערכת STEMS תאפשר בנוסף יצירת תרשימים ודוחות ספציפיים למשתמש או לאזור לנתח את צריכת האנרגיה וזרימת האנרגיה.

שלב 1: זרימת עבודה

מודול STEMS כולל בעיקר את מודול Seeedstudio Wio LTE אשר מקבל קוד משתמש ייחודי לזיהוי יחידת הדיור המסוימת בה יש למדוד את צריכת האנרגיה. צריכת החשמל תנוטר על ידי מודול Wio LTE בעזרת חיישן זרם המתממשק באמצעות חיבור החורש האנלוגי.

נתוני צריכת האנרגיה, קוד המשתמש הייחודי והמיקום (Wio מובנה GPS/GNSS) של המודול יועלו לענן STEMS (המתארח ב- AWS) בזמן אמת באמצעות קישוריות Wio LTE ו- SIM Soracom Global. ניתן לגשת ולנתח את הנתונים מהענן לצורך חישוב צריכת האנרגיה האישית, יצירת תרשימי אנרגיה בודדים וקולקטיביים, הפקת דוחות אנרגיה ובדיקת אנרגיה מפורטת. מממירים גם ממסרים לניתוק המכשירים המחוברים במקרה שצריכת האנרגיה חורגת ממגבלות הסף. ניתן לשלב מודול תצוגת LCD במודול STEMS המקומי כדי להציג ערכי מדידת אנרגיה בזמן אמת. המערכת תעבוד באופן עצמאי אם מצורף מקור כוח נייד כגון סוללת תא יבש או סוללת Li-Po. התקנה התקנת החומרה מתוארת להלן:

הגדרת חומרה STEMS

אות ה- GPS נמצא חלש יותר בתוך הבניין. אבל ברגע שהמודולים יועברו החוצה, נתחיל לקבל קליטה טובה. קואורדינטות ה- GPS שהתקבלו מהמודול הושוו לקואורדינטות ה- GPS בפועל במפות Google. התקבלה מידה לא מבוטלת של דיוק.

החשמל מרשת החשמל נמשך ומועבר דרך חיישן הזרם המשולב במעגל הביתי. זרם ה- AC העובר בעומס מורגש על ידי מודול חיישן זרם החורש ונתוני הפלט מהחיישן מוזנים לפין האנלוגי של מודול WIO LTE. לאחר שהכניסה האנלוגית מתקבלת על ידי מודול ה- WIO, מדידת הכוח/האנרגיה נמצאת בתוך התוכנית. הכוח והאנרגיה המחושבים מוצגים לאחר מכן במודול תצוגת ה- LCD.

בניתוח מעגלי AC, המתח והזרם משתנים באופן סינוסי עם הזמן.

כוח אמיתי (P): זהו הכוח המשמש את המכשיר לייצור עבודה שימושית. הוא מתבטא ב- kW.

הספק אמיתי = מתח (V) x זרם (I) x cosΦ

כוח תגובתי (Q): זה נקרא לעתים קרובות כוח דמיוני שהוא מדד של כוח מתנדנד בין מקור לעומס, שאינו עושה עבודה שימושית. הוא מתבטא ב- kVAr

כוח תגובתי = מתח (V) x זרם (I) x sinΦ

הספק לכאורה (S): הוא מוגדר כתוצר של מתח השורש-ממוצע-ריבוע (RMS) וזרם ה- RMS. ניתן להגדיר זאת גם כתוצאה של כוח אמיתי ותגובתי. זה מתבטא ב- kVA

הספק לכאורה = מתח (V) x זרם (I)

הקשר בין כוח אמיתי, תגובתי לכאורה:

כוח אמיתי = כוח לכאורה x cosΦ

כוח ריאקטיבי = כוח לכאורה x sinΦ

אנו דואגים רק לכוח האמיתי לניתוח.

פקטור הספק (pf): היחס בין הכוח האמיתי לכוח הנראה במעגל נקרא גורם ההספק.

פקטור כוח = כוח אמיתי/כוח לכאורה

לפיכך, אנו יכולים למדוד את כל צורות ההספק כמו גם גורם ההספק על ידי מדידת המתח והזרם במעגל. הסעיף הבא דן בצעדים שננקטו להשגת המדידות הנדרשות לחישוב צריכת האנרגיה.

הפלט מחיישן הזרם הוא גל מתח AC. החישוב הבא נעשה:

• מדידת מתח השיא לשיא (Vpp)
• חלק את מתח השיא לשיא (Vpp) בשניים כדי לקבל מתח שיא (Vp)
• כפל Vp ב- 0.707 כדי לקבל את מתח ה- RMS (Vrms)
• הכפל את הרגישות של חיישן הזרם כדי לקבל את זרם ה- RMS.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0.707
• Irms = Vrms x רגישות
• הרגישות למודול הנוכחי היא 200 mV/A.
• כוח אמיתי (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (ידוע)
• pf = 0.85 (ידוע)
• Irms = מתקבל באמצעות החישוב לעיל

לחישוב עלות האנרגיה, הספק בוואט הופך לאנרגיה: Wh = W * (זמן / 3600000.0) שעה ואט מדד לאנרגיה חשמלית המקבילה לצריכת הספק של וואט אחד לשעה. עלות האנרגיה הכוללת היא: עלות = עלות לקוט"ש * קוט"ש. המידע מוצג לאחר מכן על צג ה- LCD ונכתב במקביל לכרטיס ה- SD.

שלב 2: בדיקה

כשהבדיקה נעשתה קרוב למרפסת, התקבלה כמות לא מבוטלת של קליטת GNSS.

שלב 3: תוכניות עתידיות

ייווצר יישום לגישה לנתוני הענן של STEMS כדי לעקוב אחר צריכת האנרגיה של משתמשים בזמן אמת ולצפות או לייצר דוחות ניתוח אנרגיה. ניתן לבצע שדרוג למודול STEMS בקלות בשל תאימות ה- Arduino IDE. לאחר השלמתו בהצלחה, ניתן לייצר מודול זה בשוק ויכול לשמש את ספקי שירותי האנרגיה ברחבי העולם.