ระบบบริหารจัดการพลังงานภายในบ้านสำหรับบ้านอัจฉริยะและการควบคุมพลังงานแบบกระจายศูนย์

บทนำ: เหตุใดการจัดการพลังงานในบ้านจึงมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

ต้นทุนพลังงานที่สูงขึ้น การผลิตพลังงานหมุนเวียนแบบกระจาย และการใช้ไฟฟ้าในการทำความร้อนและการเดินทาง กำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการบริโภคและการจัดการพลังงานของครัวเรือนอย่างพื้นฐาน อุปกรณ์แบบแยกส่วนแบบดั้งเดิม เช่น เทอร์โมสตัท ปลั๊กอัจฉริยะ หรือมิเตอร์วัดพลังงาน ไม่เพียงพอที่จะประหยัดพลังงานหรือควบคุมระบบได้อย่างมีนัยสำคัญอีกต่อไป

A ระบบจัดการพลังงานในบ้าน (HEMS)จัดเตรียมกรอบการทำงานที่เป็นหนึ่งเดียวเพื่อตรวจสอบ ควบคุม และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในครัวเรือนระบบ HEMS ครอบคลุมอุปกรณ์ HVAC, การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์, เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า และโหลดไฟฟ้าต่างๆ แทนที่จะตอบสนองต่อข้อมูลที่กระจัดกระจาย ระบบ HEMS ช่วยให้สามารถตัดสินใจได้อย่างประสานงานกันโดยอิงจากความพร้อมใช้งานของพลังงาน ความต้องการ และพฤติกรรมของผู้ใช้แบบเรียลไทม์

ที่ OWON เราออกแบบและผลิตอุปกรณ์พลังงานเชื่อมต่อและระบบปรับอากาศ (HVAC) ที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบการจัดการพลังงานภายในบ้าน (HEMS) ที่ปรับขนาดได้ บทความนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของสถาปัตยกรรม HEMS สมัยใหม่ ปัญหาที่ระบบเหล่านี้แก้ไข และวิธีการที่แนวทางที่เน้นอุปกรณ์เป็นศูนย์กลางช่วยให้สามารถใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือในวงกว้าง

ระบบจัดการพลังงานในบ้านคืออะไร?

ระบบจัดการพลังงานในบ้านคือ...แพลตฟอร์มควบคุมแบบกระจายระบบที่ผสานรวมการตรวจสอบพลังงาน การควบคุมโหลด และตรรกะการทำงานอัตโนมัติเข้าไว้ในระบบเดียว เป้าหมายหลักคือเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในขณะที่ยังคงรักษาความสะดวกสบายและความน่าเชื่อถือของระบบ.

ระบบ HEMS ทั่วไปจะเชื่อมต่อสิ่งต่อไปนี้:

• อุปกรณ์วัดพลังงาน (มิเตอร์ไฟฟ้าเฟสเดียวและสามเฟส)

• อุปกรณ์ระบบปรับอากาศ (หม้อไอน้ำ ปั๊มความร้อน เครื่องปรับอากาศ)

• แหล่งพลังงานแบบกระจาย (แผงโซลาร์เซลล์, ระบบจัดเก็บพลังงาน)

• โหลดที่ยืดหยุ่น (เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า, ปลั๊กอัจฉริยะ)

ระบบจะประสานงานการใช้พลังงานผ่านทางเกตเวย์ส่วนกลางและตรรกะที่ประมวลผลในระดับท้องถิ่นหรือบนระบบคลาวด์

ความท้าทายหลักในการจัดการพลังงานในที่อยู่อาศัย

ก่อนที่จะนำระบบจัดการน้ำเสียภายในบ้าน (HEMS) มาใช้งาน ครัวเรือนและผู้ใช้งานระบบส่วนใหญ่มักเผชิญกับความท้าทายที่คล้ายคลึงกันดังนี้:

• ขาดทัศนวิสัยการใช้พลังงานแบบเรียลไทม์และในอดีต

• อุปกรณ์ที่ไม่ประสานงานกันดำเนินงานอย่างอิสระ

• การควบคุมระบบปรับอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับระบบทำความร้อนและทำความเย็นแบบผสมผสาน

• การบูรณาการที่ไม่ดีระหว่างการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า และการใช้พลังงานในครัวเรือน

• การพึ่งพาการควบคุมผ่านระบบคลาวด์เพียงอย่างเดียวซึ่งก่อให้เกิดปัญหาเรื่องความล่าช้าและความน่าเชื่อถือ

ระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านที่ออกแบบมาอย่างดีจะช่วยแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ระดับระบบไม่ใช่แค่ในระดับอุปกรณ์เท่านั้น

โครงสร้างหลักของระบบจัดการพลังงานในบ้าน

สถาปัตยกรรม HEMS สมัยใหม่โดยทั่วไปสร้างขึ้นจากสี่ชั้นหลัก:

1. ชั้นตรวจสอบการใช้พลังงาน

ชั้นข้อมูลนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกแบบเรียลไทม์และข้อมูลในอดีตเกี่ยวกับการใช้และการผลิตไฟฟ้า

อุปกรณ์ทั่วไปได้แก่:

• มิเตอร์วัดกำลังไฟฟ้าแบบเฟสเดียวและสามเฟส

• เซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้าแบบหนีบ

• มิเตอร์แบบราง DIN สำหรับแผงจ่ายไฟ

อุปกรณ์เหล่านี้ใช้วัดแรงดัน กระแส กำลัง และการไหลของพลังงานจากโครงข่ายไฟฟ้า แผงโซลาร์เซลล์ และโหลดที่เชื่อมต่ออยู่

2. ชั้นควบคุมระบบปรับอากาศ (HVAC Control Layer)

การทำความร้อนและความเย็นคิดเป็นสัดส่วนที่สำคัญของการใช้พลังงานในครัวเรือน การบูรณาการระบบควบคุม HVAC เข้ากับระบบ HEMS ช่วยให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยไม่ลดทอนความสะดวกสบาย

โดยทั่วไปแล้วชั้นนี้จะประกอบด้วย:

• เทอร์โมสตัทอัจฉริยะสำหรับหม้อไอน้ำ ปั๊มความร้อน และชุดคอยล์พัดลม

• ตัวควบคุมอินฟราเรดสำหรับเครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วนและแบบมินิสปลิต

• การจัดตารางเวลาและการปรับอุณหภูมิให้เหมาะสมตามอัตราการใช้งานหรือปริมาณพลังงานที่มีอยู่

ด้วยการประสานการทำงานของระบบปรับอากาศกับข้อมูลด้านพลังงาน ระบบสามารถลดความต้องการใช้พลังงานสูงสุดและเพิ่มประสิทธิภาพได้

3. ชั้นควบคุมการโหลดและระบบอัตโนมัติ

นอกเหนือจากระบบปรับอากาศ (HVAC) แล้ว ระบบจัดการพลังงานในบ้าน (HEMS) ยังสามารถจัดการโหลดไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นได้ เช่น:

• ปลั๊กอัจฉริยะและรีเลย์

• เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

• เครื่องทำความร้อนหรืออุปกรณ์เสริม

กฎการทำงานอัตโนมัติช่วยให้ส่วนประกอบต่างๆ ของระบบสามารถโต้ตอบกันได้ ตัวอย่างเช่น:

• การปิดเครื่องปรับอากาศเมื่อเปิดหน้าต่าง

• ปรับกำลังไฟชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าตามปริมาณการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์

• การวางแผนการใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลาที่มีอัตราค่าไฟฟ้าต่ำกว่าช่วงเวลาเร่งด่วน

4. เกตเวย์และเลเยอร์การบูรณาการ

ใจกลางของระบบคือเกตเวย์ท้องถิ่นซึ่งเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ ดำเนินการตามตรรกะอัตโนมัติ และเปิดเผย API ให้กับแพลตฟอร์มภายนอก

การออกแบบที่เน้นเกตเวย์เป็นหลักช่วยให้:

• การโต้ตอบระหว่างอุปกรณ์ในพื้นที่ด้วยความหน่วงต่ำ

• การดำเนินงานยังคงดำเนินต่อไปได้แม้ในขณะที่ระบบคลาวด์ขัดข้อง

• การผสานรวมอย่างปลอดภัยกับแดชบอร์ดของบุคคลที่สาม แพลตฟอร์มยูทิลิตี้ หรือแอปพลิเคชันมือถือ

โอวอนสมาร์ทเกตเวย์ได้รับการออกแบบให้มีคุณสมบัติการเชื่อมต่อเครือข่ายภายในที่แข็งแกร่ง และมี API ระดับอุปกรณ์ที่ครบถ้วนเพื่อรองรับสถาปัตยกรรมนี้

การนำระบบจัดการพลังงานในบ้านไปใช้ในโลกแห่งความเป็นจริง

ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมของการใช้งานระบบบริการการแพทย์ฉุกเฉินทางอากาศขนาดใหญ่มาจาก...บริษัทโทรคมนาคมยุโรปซึ่งวางแผนที่จะนำระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านที่ขับเคลื่อนด้วยสาธารณูปโภคไปใช้กับครัวเรือนหลายล้านครัวเรือน

ข้อกำหนดของโครงการ

ระบบจำเป็นต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ตรวจสอบและควบคุมการใช้พลังงานทั้งหมดในครัวเรือน

• บูรณาการการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

• ควบคุมอุปกรณ์ระบบปรับอากาศ (HVAC) รวมถึงหม้อต้มแก๊ส ปั๊มความร้อน และเครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วนขนาดเล็ก

• เปิดใช้งานการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์ (เช่น พฤติกรรมของระบบปรับอากาศที่เชื่อมโยงกับสถานะของหน้าต่างหรือปริมาณแสงอาทิตย์ที่ปล่อยออกมา)

• จัดเตรียมAPI ระดับอุปกรณ์ในเครื่องเพื่อการผสานรวมโดยตรงกับระบบคลาวด์แบ็กเอนด์ของบริษัทโทรคมนาคม

โซลูชัน OWON

OWON ได้จัดเตรียมระบบนิเวศของอุปกรณ์ที่ใช้ ZigBee อย่างครบวงจร ซึ่งรวมถึง:

• อุปกรณ์จัดการพลังงาน: เครื่องวัดกำลังไฟฟ้าแบบหนีบรีเลย์แบบติดตั้งบนราง DIN และปลั๊กอัจฉริยะ

• อุปกรณ์ควบคุมระบบปรับอากาศเทอร์โมสตัท ZigBee และตัวควบคุมอินฟราเรด

• เกตเวย์ ZigBee อัจฉริยะ: ช่วยให้สามารถสร้างเครือข่ายภายในองค์กรและโต้ตอบกับอุปกรณ์ได้อย่างยืดหยุ่น

• อินเทอร์เฟซ API ภายใน: ช่วยให้เข้าถึงฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์ได้โดยตรงโดยไม่ต้องพึ่งพาระบบคลาวด์

สถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้ผู้ให้บริการโทรคมนาคมสามารถออกแบบและใช้งานระบบ HEMS ที่ปรับขนาดได้ โดยลดเวลาในการพัฒนาและความซับซ้อนในการดำเนินงานลง

เหตุใด API ระดับอุปกรณ์จึงมีความสำคัญในการจัดการพลังงานในบ้าน

สำหรับการใช้งานขนาดใหญ่หรือการใช้งานที่เน้นประโยชน์ใช้สอยAPI ระดับอุปกรณ์ในเครื่องมีความสำคัญอย่างยิ่ง ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานระบบสามารถ:

• รักษาการควบคุมข้อมูลและตรรกะของระบบ

• ลดการพึ่งพาบริการคลาวด์จากผู้ให้บริการภายนอก

• ปรับแต่งกฎการทำงานอัตโนมัติและเวิร์กโฟลว์การผสานรวม

• ปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบและเวลาตอบสนอง

OWON ออกแบบเกตเวย์และอุปกรณ์ต่างๆ โดยใช้ API ภายในองค์กรแบบเปิดและมีเอกสารประกอบ เพื่อรองรับการพัฒนาระบบในระยะยาว

ตัวอย่างการใช้งานทั่วไปของระบบจัดการพลังงานในบ้าน

ระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านกำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นใน:

• ชุมชนที่อยู่อาศัยอัจฉริยะ

• โครงการประหยัดพลังงานของหน่วยงานสาธารณูปโภค

• แพลตฟอร์มบ้านอัจฉริยะที่นำโดยภาคโทรคมนาคม

• ครัวเรือนที่ผสานพลังงานแสงอาทิตย์และรถยนต์ไฟฟ้าเข้าด้วยกัน

• อาคารที่พักอาศัยหลายยูนิตพร้อมระบบตรวจสอบพลังงานส่วนกลาง

ในแต่ละกรณี ค่าดังกล่าวมาจากการควบคุมแบบประสานงานไม่ใช่เฉพาะอุปกรณ์อัจฉริยะที่แยกตัวออกมาต่างหาก

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

ประโยชน์หลักของระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านคืออะไร?

ระบบบริหารจัดการพลังงานในครัวเรือน (HEMS) ช่วยให้มองเห็นและควบคุมการใช้พลังงานในครัวเรือนได้อย่างครบวงจร ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ลดค่าใช้จ่าย และเพิ่มความสะดวกสบายยิ่งขึ้น

ระบบ HEMS สามารถใช้งานร่วมกับทั้งแผงโซลาร์เซลล์และเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้หรือไม่?

ใช่แล้ว ระบบ HEMS ที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะตรวจสอบการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์และปรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าหรือการใช้พลังงานในครัวเรือนตามนั้น

จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อระบบคลาวด์สำหรับการจัดการพลังงานในบ้านหรือไม่?

การเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์มีประโยชน์ แต่ไม่ใช่สิ่งจำเป็น ระบบที่ใช้เกตเวย์ในพื้นที่สามารถทำงานได้อย่างอิสระและซิงโครไนซ์กับแพลตฟอร์มคลาวด์เมื่อจำเป็น

ข้อควรพิจารณาสำหรับการติดตั้งและการบูรณาการระบบ

ในการติดตั้งระบบจัดการพลังงานในบ้าน ผู้ออกแบบและผู้ติดตั้งระบบควรประเมินสิ่งต่อไปนี้:

• ความเสถียรของโปรโตคอลการสื่อสาร (เช่น ZigBee)

• ความพร้อมใช้งานของ API ในพื้นที่

• ความสามารถในการขยายขนาดให้ครอบคลุมอุปกรณ์หลายพันหรือหลายล้านเครื่อง

• ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์และการสนับสนุนเฟิร์มแวร์ในระยะยาว

• ความยืดหยุ่นในการบูรณาการระบบปรับอากาศ ระบบพลังงาน และอุปกรณ์ในอนาคต

OWON ทำงานอย่างใกล้ชิดกับพันธมิตรเพื่อจัดหาแพลตฟอร์มอุปกรณ์และส่วนประกอบที่พร้อมใช้งานสำหรับระบบ ซึ่งรองรับข้อกำหนดเหล่านี้

สรุป: การสร้างระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านที่ปรับขนาดได้

ระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้าน (Home Energy Management หรือ HEMS) ไม่ใช่แนวคิดแห่งอนาคตอีกต่อไป แต่เป็นสิ่งจำเป็นในทางปฏิบัติที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงาน การใช้ไฟฟ้า และการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบดิจิทัล ด้วยการผสานรวมการตรวจสอบพลังงาน การควบคุมระบบปรับอากาศ การควบคุมโหลดอัตโนมัติ และระบบอัจฉริยะในพื้นที่ ระบบ HEMS จึงช่วยให้ระบบพลังงานในบ้านมีความชาญฉลาดและยืดหยุ่นมากขึ้น

ที่ OWON เรามุ่งเน้นที่การส่งมอบสิ่งที่ดีที่สุดอุปกรณ์ IoT ที่สามารถผลิตได้ ผสานรวมได้ และปรับขนาดได้ซึ่งเป็นรากฐานของระบบการจัดการพลังงานในบ้านที่เชื่อถือได้ สำหรับองค์กรที่กำลังสร้างแพลตฟอร์มพลังงานยุคใหม่ แนวทางที่เน้นระบบเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จในระยะยาว