Výzkum strategie správy energetické efektivnosti domácností založené na distribuovaných fotovoltaických elektrárnách a ESS

1 Systém chytrého domu založený na ZigBee

S neustálým rozvojem počítačové technologie a technologií pro řízení informací se inteligentní domy rychle vyvíjejí. Chytré domy nejen zachovávají tradiční funkce bydlení, ale umožňují uživatelům pohodlně spravovat domácí zařízení. Dokonce i mimo dům mohou uživatelé vzdáleně sledovat stav vnitřního prostředí, což usnadňuje správu energetické efektivity domu a značně zvyšuje kvalitu života.

Tento článek navrhuje systém chytrého domu založený na ZigBee, který se skládá ze tří komponent: domácí sítě, domovského serveru a mobilního terminálu. Systém je jednoduchý, efektivní a velmi škálovatelný, jeho struktura je znázorněna na obrázku 1.

1 Architektura chytrého domu založená na ZigBee
1.1 Domácí síť

Jako základní podstata slouží domácí síť, která připojuje kontrolovatelné zátěže jako uzly pro interní přenos dat a vícejenergetické správy. Volba bezdrátového (ZigBee) řešení namísto drátových zlepšuje flexibilitu, spolehlivost a škálovatelnost. ZigBee, postavený na IEEE 802.15.4, nabízí nízké náklady, spotřebu energie a složitost s vysokou bezpečností. Jeho cenově dostupné čipy snižují náklady na hardwarovou součást systému. Síť zahrnuje:

• Koordinátor: Spravuje síť ZigBee (založený na CC2530, zkompilovaný pomocí IAR), pokrývá typické domy přímou topologií.

• Koncové uzly: Integrovány s měřicími relé (jako inteligentní zásuvky), shromažďují data a provádějí příkazy pro “kontrolu + monitorování” uzavření.

1.2 Domovský server

Server funguje jako “datové - kontrolní jádro” systému, které zajišťuje:

• Datové centrum: Vyměňuje informace mezi ZigBee (pomocí sériového portu) a mobilními terminály (pomocí Socket).

• Monitorování operací: Sleduje stav zátěže, ovládá přepínače a ukládá data o elektrické energii.

• Energeticky efektivní mozek: Analyzuje data o zátěži a fotovoltaické energii, optimalizuje plánování a uzavírá smyčku správy energie.

1.3 Mobilní terminál

Založený na Androidu (Eclipse + Java), terminál umožňuje:

• Viditelnost stavu: Reálně časové zobrazení informací o elektrické energii poskytnutých serverem.

• Vzdálené ovládání: Posílá příkazy pro nepřímé ovládání zátěží.

• Flexibilní plánování: Nastavuje vlastní časy zátěží (např. pro ceny podle času používání).

2 Návrh správy energetické efektivity domu
2.1 Architektura a logika systému

Integrace “chytrý dům + PV + úložiště energie”, systém integruje strategie efektivity do serveru, tvoří “sběr → model → optimalizace” smyčku:

• Datová vrstva: Kombinuje data o zátěži a PV.

• Modelová vrstva: Balancuje využití PV, úložiště a zátěži prostřednictvím optimálních schémat.

• Řídící vrstva: Koordinuje operace PV/úložiště a plánování zátěži pro “nákladovou efektivitu” cílů (struktura na obrázku 2).

2.2 Klíčové komponenty a spolupráce

Klíčové komponenty (PV panely, baterie, inverzory, server, zátěže) pracují takto:

• PV panely: MPPT povolené prostřednictvím inverzorů, přenášejí reálně časový výkon na server.

• Úložiště energie: Připojeno k síti, nabíjí se během nadbytku PV a vybíjí se během nedostatku (měřeno pro interakci s sítí).

• Server: Propojuje inverzory/zásuvky, upravuje zařízení podle pravidel efektivity, aby optimalizoval tok energie.

2.3 Klasifikace a plánování zátěží

Zátěže jsou rozděleny do tří typů pro plánování podle cen podle času používání:

• Kritické zátěže (např. osvětlení): Fixní čas, nenastavitelné.

• Nastavitelné zátěže (např. klimatizace): Proměnné požadavky, nastavitelné výkon.

• Posunutelné zátěže (např. pračky): Flexibilní čas, klíčové pro efektivitu.