Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach

Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach

Stale rosnąca w ostatnich kilku latach ilość domowych instalacji produkcji energii z systemów PV, pomp ciepła oraz integracji tych systemów z magazynami energii powoduje, że coraz częściej zaczynamy mówić o potrzebie zarządzania tymi systemami, a najlepiej jeśli to będą tzw. rozwiązania inteligentne czyli smart. „Smart home” ponoć gwarantuje oszczędności, komfort użytkowania domu oraz większe bezpieczeństwo jego mieszkańców. Czy tak jest naprawdę? Czy musimy „być smart”?

Czym jest Inteligentny system zarządzania energią?
Inteligentny system zarządzania energią w domach (ang. HEMS - Home Energy Management Systems) jest rozwiązaniem informatycznym, które umożliwia monitorowanie i zarządzanie zużyciem energii elektrycznej w danym budynku. Przetwarza dane z urządzeń domowych, które trafiają do chmury zintegrowanej z głównym oprogramowaniem. Do systemu można włączyć np. wentylację, klimatyzację, grzejniki, panele fotowoltaiczne, pompy ciepła, stacje ładowania oraz wszelkie inne urządzenia. W zależności od producenta, w ramach systemu można realizować wiele czynności. Przede wszystkim za jego pomocą można monitorować pobór energii, gazu, wody powietrza a nawet pary wodnej. Dzięki panelowi sterującemu lub dedykowanej aplikacji można zdalne włączać i wyłączać określone urządzenia, użytkować urządzenia zgodnie z ustalonymi wcześniej harmonogramami lub zarządzać zużyciem energii. Wszystkie działania opierają się na zadanym modelu automatyzacji procesów. Przykładowo wychodząc z pracy do domu możemy zdalnie włączyć pralkę, lub ustawić jej uruchomienie w nocy. W zależności od typu rynek tego typu systemów jest skalowalny: podzielony na system zarządzania energią w domu, system zarządzania energią w budynku i systemy zarządzania energią w przemyśle [1][3][4][5].

Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach Rys. 1. System zarządzania energia w naszym domu [6]

Podstawą jego działania jest IoT, czyli tzw. Internet Rzeczy. To koncepcja zakładająca połączenie w jedną sieć przedmiotów i urządzeń, które mogą się wzajemnie komunikować ze sobą i z którymi komunikować się mogą także sami użytkownicy [9][10][11].
To działanie oczywiście może zachodzić w skali mikro, czyli w domach jak i w skali makro: w obiektach użyteczności publicznej, szkołach, szpitalach itp. Rynek jest napędzany rosnącym wykorzystaniem inteligentnych sieci i inteligentnych liczników. Wraz z rosnącym zużyciem energii i koniecznością modyfikacji przestarzałej infrastruktury energetycznej, rządy na całym świecie coraz częściej zwracają się do technologii, aby zmodernizować swoją infrastrukturę energetyczną. Wszyscy użytkownicy końcowi, w tym przemysł, użytkownicy komercyjni i mieszkaniowi, wyrażają zainteresowanie tą technologią. Pod względem przychodów cały światowy rynek systemów zarządzania energią został wyceniony na ponad 9 mld USD w 2021 r. i oczekuje się, że do 2030 r. osiągnie wartość ponad 35 mld USD, co oznacza wzrost o ponad 16 % [4].
W ostatnich latach nastąpił znaczny wzrost tworzenia połączonych, inteligentnych urządzeń dla inteligentnych domów, takich jak inteligentne liczniki, inteligentne czujniki i inteligentne termostaty. Wraz z pojawieniem się technologii monitorowania zasilania, oświetlania oraz grzania „gadżety” te stają się coraz bardziej zaawansowane. Inteligentne liczniki mogą już rejestrować dane o zużyciu energii w regularnych i bardzo krótkich odstępach czasu. Szybki postęp technologiczny w obszarach takich jak inteligentna sieć, dwukierunkowe liczniki, komunikacja sieciowa, infrastruktura informacyjna, metodologie oszczędzania energii i różnorodne inne technologie zaowocowały rewolucyjną zmianą w różnych dziedzinach zużycia energii, takich jak wzorce zużycia energii elektrycznej i oszczędzanie energii w obiektach mieszkalnych [3][4][6].
Co nam praktycznie daje efektywny HEMS?
System zarządzania energią pozwala połączyć w jedną sieć wszystkie urządzenia wykorzystujące energię, produkujące ją oraz magazynujące. Dzięki gromadzeniu szczegółowych danych, system generuje najkorzystniejsze rozwiązania dotyczące możliwości oszczędzania energii przy zachowaniu komfortu mieszkania. Korzyści HEMS to [3][4][5]:
  • poprawa efektywności energetycznej domu - oszczędności na kosztach energii,
  • jeszcze efektywniejsze wykorzystanie darmowej energii z fotowoltaiki z magazynem energii oraz pompy ciepła – integracja OZE,
  • zmniejszenie śladu węglowego gospodarstwa domowego (dzięki lepszemu wykorzystaniu energii z OZE potrzebujesz mniej tej z konwencjonalnych źródeł),
  • kontrola działania urządzeń domowych,
  • codzienny komfort, dzięki stałej temperaturze powietrza utrzymywanej w pomieszczeniach,
  • wszystko w jednym miejscu – możliwość kontroli zdalnej – oszczędność czasu (zdalne sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem, klimatyzacją, podnoszenie i opuszczanie rolet itp.)

Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach Rys. 2. Umiejętne zarzadzanie energią elektryczną i cieplną w naszych domach obniża jej zużycie nawet o 20- 30%. Przykłady inteligentnego: a) gniazdka elektrycznego, b) głowicy termostatycznej, centrali sterowania [9]

Ile to kosztuje?
Jakie są koszty instalacji takiego systemu? Jego cena zależy oraz liczby i zakresu zautomatyzowanych instalacji. Według portali branżowych najprostszy z nich może kosztować minimum kilka-kilkanaście tysięcy złotych. Jeszcze rok temu twierdzono, że przy optymalnym wykorzystaniu technologii czas zwrotu inwestycji sięga 10 lat. Przeciętny koszt systemu fizycznego inteligentnego domu dla nieruchomości o powierzchni około 100 – 120 m wynosił około 20 tysięcy złotych. Przyjmowano, że minimalna stawka za instalację podstawowego systemu to około 200 zł/m2. Obecnie po wzrostach cen energii i konieczności wdrażania efektywności jej zużycia koszt ten zdecydowanie nie jest już tak duży [2]. Generalnie koszt zależy od m.in. [9][10][11]:
  • Zaawansowania systemu – im więcej funkcji ma posiadać HEMS/EMS, tym bardziej rozbudowane oprogramowanie oraz tym więcej urządzeń typu czujniki, sterowniki itd. Ważne jest czy wdrażamy układ przewodowy czy bezprzewodowy. To podnosi ogólną cenę.

  • Typu rozbudowy systemu – na rynku dostępne są zarówno rozwiązania kompleksowe (oprogramowanie plus kompatybilne urządzenia) oraz również pojedyncze elementy systemu, które można spiąć za pomocą zewnętrznych programów. Ważne jest tutaj przyjęta idea możliwości rozbudowy systemu oraz czy stosujemy system otwarty umożliwiający dobór podsystemów różnych producentów czy też zamknięty składający się z elementów tylko jednego producenta.
Koszt ten może się szybko zwrócić. Nawet 800 zł rocznie mniej za ogrzewanie, do 70% spadku zużycia gazu, 30% mniejsze zużycie prądu: to realne parametry amortyzacji. Domy inteligentne opłacają się mieszkańcom i deweloperom. Między innymi dlatego stają się standardem w nowych inwestycjach [8][9][11].


Nie tylko inteligentne, ale jeszcze ze sztuczną inteligencją?
Tradycyjne systemy automatyki budynkowej ewaluują. Już nie wystarczy tylko sterować i funkcjonować na zasadzie zadanych wartości, ale docelowym sukcesem jest automatyzacja tego procesu oraz adaptowanie się nastaw regulatorów do zmiennych warunków. Tradycyjne systemy automatyki domowej działają w pewnym sensie w sposób chaotyczny. Dzisiaj innowacyjną potrzebą jest dopasowywanie intensywności systemów grzania, wentylacji czy oświetlenia do liczby osób w budynku, do warunków pogodowych, czy do sygnałów z hurtowego rynku energii. Wysokie wartości efektywności energetycznej osiągamy obecnie poprzez nowe algorytmy, sztuczną inteligencję i metodę, która została wcześniej zwalidowana w danym budynku. System w danym przypadku po prostu „nauczył się” budynku (inaczej będzie przecież w domu jednorodzinnym, a jeszcze inaczej w budynku biurowym) i do jego indywidulanej charakterystyki dostosowuje dalej nastawy wybranych parametrów [11][12].
Poniżej przestawiono przykład funkcjonowania systemu dla większych obiektów (budynki wielorodzinne), ale pokazuje to możliwość skalowania współczesnych aplikacji do zarządzania energią. Aplikacja Leanheat firmy Danfoss gromadzi dane ze źródeł wewnątrz budynku i poza nim oraz umożliwia monitorowanie, analizę danych i zdalną regulację parametrów. Dzięki zapewnieniu optymalnego poziomu temperatury i wilgotności w pomieszczeniu, aplikacja zapewnia znaczną poprawę komfortu dziennego mieszkańców i użytkowników. Jednocześnie system zapewnia oszczędności na kosztach stałych dostawy energii do budynku zmniejszając do 20% zapotrzebowanie na moc szczytową poprzez precyzyjne przesuwanie obciążeń wynikających z zapotrzebowania na CO i CWU. Wykorzystując sztuczną inteligencję, system uczy się profilu zużycia ciepłej wody użytkowej i dostosowuje zużycie ciepła tak, by je minimalizować w godzinach szczytu. Pozwala to równoważyć zużycie energii w budynku [13].

Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach Rys. 3. Aplikacja oparta na algorytmach sztucznej inteligencji przy użyciu danych z różnych źródeł uczy się budynku aby zoptymalizować pracę systemu grzejnego [13]

Właściciele tak zarządzanych budynków mogą zaoszczędzić 10-20% typowych kosztów zużycia energii w budynku. Aplikacja wykorzystuje sztuczną inteligencję do „nauczenia się” termodynamicznego zachowania budynku i optymalnego sterowania systemem ogrzewania. Ogrzewanie jest zawsze optymalizowane niezależnie od zmian warunków pogodowych lub właściwości budynku, które zmieniają się w miarę jego starzenia się. Wraz z aktywną kalibracją, system zapewnia stałą efektywność energetyczną wszystkim zarządzanym budynkom wielorodzinnym [13].

Inteligentne systemy zarządzania energią w naszym domach Rys. 4. Raporty i analizy, które w czytelny sposób prezentują rekomendacje dotyczące działań mających na celu zmniejszenie zużycia energii cieplnej w aplikacji Egain Edge [14]


Inna przykładowa aplikacja funkcjonująca na rynku - Egain Edge składa się z platformy IoT, która jest połączona z oprogramowaniem opartym na chmurze. Wszystkie dane pobierane i ładowane przez urządzenia pomiarowe, wraz z innymi danymi zewnętrznymi, są przetwarzane przez samouczące się algorytmy. Proaktywna i ciągła optymalizacja zużycia energii, daje właścicielowi budynków pełną kontrolę nad wszystkimi parametrami [14].


Podsumowanie
W niniejszym artykule pokazaliśmy ze warto być smart! Inteligentny system zarządzania energią w domach jednorodzinnych i wielorodzinnych przekłada się bezpośrednio na redukcję kosztów eksploatacji naszych domów. Urządzenia grzewcze, klimatyzacyjne bądź użytkowe mogą być uruchamiane, gdy energia jest najtańsza, lub wyłączyć je, gdy pobór energii w Polsce jest największy. Pokazywaliśmy już to na tym blogu na przykładzie rozwiązania smart grid w pompach ciepła w całej krajowej sieci energetycznej. Sprawdzi się to także w układzie domowym, przede wszystkim w przypadku dużej ilości wyprodukowanej energii w instalacji fotowoltaicznej. Wówczas możemy zrealizować duże pranie w domu, włączyć zmywarkę lub naładować samochód. Współczesne oprogramowanie do zarzadzania energią pozwala użytkownikowi zoptymalizować użytkowanie energochłonnych urządzeń w domu. System powinien dać nam odpowiedzi na pytania dotyczące zużycia energii w domu i jej kosztów.
Ponadto obok walorów ekonomicznych, inteligentny system zarządzania energią zwiększa także bezpieczeństwo mieszkańców domu. Z systemem można także zsynchronizować wszelkie czujniki np. do wykrywania dymu lub gazu oraz włamania czy zalania wodą.
Można zakładać, że rozbudowane, kompleksowe systemy bezprzewodowe będą kosztować nas nie więcej niż kilka tysięcy złotych. Oczywiście wszystko zależy od wielkości mieszkania/domu, rodzaju i liczby instalacji, gniazdek itp. Tak jak już wspomnieliśmy – technologia tego typu będzie się upowszechniać, wraz z rozwojem sieci 5G i Internetu rzeczy. Z czasem zapewne rozwiązania tego typu będą po prostu standardem.

Źródła

  1. https://globenergia.pl/inteligentny-dom-w-moj-prad-4-0-czy-warto-postawic-na-system-zarzadzania-energia/ (dostęp – 11.2022r.)
  2. https://rynekpierwotny.pl/wiadomosci-mieszkaniowe/inteligentny-dom-co-znaczy-i-ile-kosztuje/9065/ - (dostęp – 11.2022r.)
  3. https://nestino.pl/system-zarzadzania-energia/ (dostęp – 11.2022r.)
  4. https://inkwoodresearch.com/reports/energy-management-systems-market/ (dostęp – 11.2022r.)
  5. https://www.verifiedmarketresearch.com/product/energy-management-system-market/ (dostęp – 11.2022r.)
  6. https://teletype.in/@carlg/BJPvswTqH (dostęp – 11.2022r.)
  7. https://swiatoze.pl/hems-czyli-system-zarzadzania-energia-jak-dziala/ (dostęp – 11.2022r.)
  8. https://najlepiejwdomu.pl/co-to-jest-hems-i-jakie-sa-korzysci-z-jego-stosowania/ (dostęp – 11.2022r.)
  9. https://www.dobrzemieszkaj.pl/najlepsze_domy/technologie/334/sprawdz_ile_mozesz_zaoszczedzic_na_inteligentnym_domu,221846.html (dostęp – 11.2022r.)
  10. https://www.morizon.pl/blog/oszczedzanie-energii-w-domu/ (dostęp – 11.2022r.)
  11. https://auratonsmart.com/inteligentny-dom-jaki-system-wybrac/ (dostęp – 11.2022r.)
  12. https://wlaczoszczedzanie.pl/innowacyjne-technologie-i-sztuczna-inteligencja-pozwola-ograniczyc-zuzycie-energii-elektrycznej-nawet-o-40/ (dostęp – 11.2022r.)
  13. https://www.danfoss.com/pl-pl/products/dhs/software-solutions/danfoss-leanheat-software-suite-services/?utm_source=administrator24.info&utm_medium=administrator24.info&utm_campaign=administrator24.info#tab-overview (dostęp – 11.2022r.)
  14. https://www.egain.io/pl/ (dostęp – 11.2022r.)
Ekspert ds OZE - dr inż. Adam Mroziński
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, działacz na rzecz biznesu, dydaktyk.
Dr inż. Adam Mroziński - naukowiec, wspiera rozwój relacji uczelnia-biznes, dydaktyk. Autor patentów z zakresu ekologii i OZE nagradzanych na wystawach krajowych i międzynarodowych. Wykładowca Politechniki Bydgoskiej, Wydział Inżynierii Mechanicznej oraz Dyrektor Centrum Kompetencji - Interdyscyplinarnego Centrum Odnawialnych Źródeł Energii na PB

więcej informacji o autorze
Zostań partenrem i sprzedawaj fotowoltaikę

Kontakt

Spytaj o bezpłatną wycenę lub umów się na spotkanie.

Zostaw nam swoje dane, a my oddzwonimy do Ciebie w przeciągu 24h. Nasz ekspert może przyjechać do Ciebie i omówić szczegóły przy ciepłej kawie i to całkowicie za darmo. Zapraszamy do kontaktu.

Flixenergy.pl

Zadzwoń lub napisz

56 665 14 00

kontakt@flixenergy.pl

Nasz adres

ul. Szosa Bydgoska 60a
87-100 Toruń

Nasze punkty obsługi klienta

Oddział Bydgoszcz

ul. Szajnochy 2
85-738 Bydgoszcz
56 665 15 50

godziny otwarcia:
poniedziałek - piątek ⟩ 10.00 - 18.00
sobota ⟩ 10:00 - 14:00

Oddział Przysiek k. Torunia

ul. Leśna 3b
87-134 Przysiek
56 665 15 51

godziny otwarcia:
poniedziałek - piątek ⟩ 9.00 - 17.00
sobota ⟩ 10:00 - 14:00

Ciasteczka


Używamy plików cookies, aby ułatwić Ci korzystanie z naszego serwisu oraz do celów statystycznych. Jeśli nie blokujesz tych plików, to zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia. Pamiętaj, że możesz samodzielnie zarządzać cookies, zmieniając ustawienia przeglądarki.

Polityka Prywatności i Polityka Cookies
Akceptuj
ładowanie strony...