Hệ thống quản lý năng lượng gia đình dành cho nhà thông minh và điều khiển năng lượng phân tán.

Giới thiệu: Tại sao quản lý năng lượng gia đình ngày càng trở nên thiết yếu

Chi phí năng lượng tăng cao, việc phân tán nguồn năng lượng tái tạo và điện khí hóa hệ thống sưởi ấm và giao thông đang làm thay đổi căn bản cách các hộ gia đình tiêu thụ và quản lý năng lượng. Các thiết bị độc lập truyền thống—như bộ điều nhiệt, ổ cắm thông minh hoặc đồng hồ đo điện—không còn đủ để mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể hoặc khả năng kiểm soát toàn hệ thống.

A Hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS)cung cấp một khuôn khổ thống nhất choTheo dõi, kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong gia đình.Hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS) bao gồm thiết bị HVAC, hệ thống phát điện mặt trời, bộ sạc xe điện và các tải điện. Thay vì phản ứng với các điểm dữ liệu riêng lẻ, HEMS cho phép đưa ra quyết định phối hợp dựa trên khả năng cung cấp năng lượng, nhu cầu và hành vi người dùng theo thời gian thực.

Tại OWON, chúng tôi thiết kế và sản xuất các thiết bị năng lượng và HVAC kết nối, đóng vai trò là nền tảng của các hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS) có khả năng mở rộng. Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của các kiến ​​trúc HEMS hiện đại, những vấn đề mà chúng giải quyết và cách tiếp cận lấy thiết bị làm trung tâm giúp triển khai đáng tin cậy trên quy mô lớn.

Hệ thống quản lý năng lượng gia đình là gì?

Hệ thống quản lý năng lượng gia đình là mộtnền tảng điều khiển phân tánHệ thống này tích hợp việc giám sát năng lượng, điều khiển tải và logic tự động hóa vào một hệ thống duy nhất. Mục tiêu chính của nó là...Tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng đồng thời duy trì sự thoải mái và độ tin cậy của hệ thống..

Một hệ thống HEMS điển hình kết nối:

• Thiết bị đo năng lượng (đồng hồ đo một pha và ba pha)

• Thiết bị HVAC (lò hơi, máy bơm nhiệt, máy điều hòa không khí)

• Các nguồn năng lượng phân tán (tấm pin mặt trời, hệ thống lưu trữ)

• Tải linh hoạt (bộ sạc xe điện, ổ cắm thông minh)

Thông qua một cổng điều khiển trung tâm và hệ thống logic cục bộ hoặc dựa trên đám mây, hệ thống điều phối cách thức và thời điểm tiêu thụ năng lượng.

Những thách thức chính trong quản lý năng lượng nhà ở

Trước khi triển khai hệ thống quản lý dịch vụ y tế tại nhà (HEMS), hầu hết các hộ gia đình và nhà điều hành hệ thống đều phải đối mặt với những thách thức chung:

• Thiếu tầm nhìnthành mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực và lịch sử

• Các thiết bị không phối hợphoạt động độc lập

• Điều khiển HVAC không hiệu quảđặc biệt là với các hệ thống sưởi và làm mát kết hợp.

• Sự tích hợp kémgiữa sản xuất điện mặt trời, sạc xe điện và tải điện gia dụng

• Sự phụ thuộc vào khả năng điều khiển hoàn toàn trên đám mây, gây ra độ trễ và những lo ngại về độ tin cậy.

Một hệ thống quản lý năng lượng gia đình được thiết kế tốt sẽ giải quyết những thách thức này ngay từ đầu.cấp độ hệ thốngKhông chỉ ở cấp độ thiết bị.

Kiến trúc cốt lõi của hệ thống quản lý năng lượng gia đình

Các kiến ​​trúc HEMS hiện đại thường được xây dựng dựa trên bốn lớp cốt lõi:

1. Lớp Giám sát Năng lượng

Lớp dữ liệu này cung cấp thông tin theo thời gian thực và dữ liệu lịch sử về việc sử dụng và sản xuất điện năng.

Các thiết bị điển hình bao gồm:

• Đồng hồ đo điện một pha và ba pha

• Cảm biến dòng điện dựa trên kẹp

• Đồng hồ đo gắn ray DIN cho bảng phân phối điện.

Các thiết bị này đo điện áp, dòng điện, công suất và lưu lượng năng lượng từ lưới điện, tấm pin mặt trời và các tải được kết nối.

2. Lớp điều khiển HVAC

Hệ thống sưởi và làm mát chiếm một phần đáng kể trong tổng lượng tiêu thụ năng lượng của hộ gia đình. Việc tích hợp điều khiển HVAC vào hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS) cho phép tối ưu hóa năng lượng mà không làm giảm sự thoải mái.

Lớp này thường bao gồm:

• Bộ điều nhiệt thông minhDùng cho nồi hơi, máy bơm nhiệt và dàn trao đổi nhiệt.

• Bộ điều khiển hồng ngoại cho máy điều hòa không khí loại tách rời và loại mini-split.

• Lập lịch và tối ưu hóa nhiệt độ dựa trên số lượng người sử dụng hoặc lượng năng lượng sẵn có.

Bằng cách phối hợp hoạt động của hệ thống HVAC với dữ liệu năng lượng, hệ thống có thể giảm nhu cầu tiêu thụ điện năng cao điểm và cải thiện hiệu quả.

3. Lớp Điều khiển Tải và Tự động hóa

Ngoài hệ thống HVAC, HEMS còn quản lý các tải điện linh hoạt như:

• Ổ cắm thông minhvà rơle

• Bộ sạc xe điện

• Máy sưởi không gian hoặc các thiết bị phụ trợ

Các quy tắc tự động hóa cho phép tương tác giữa các thành phần hệ thống. Ví dụ:

• Tắt máy điều hòa khi cửa sổ đang mở.

• Điều chỉnh công suất sạc xe điện dựa trên sản lượng điện mặt trời.

• Lập kế hoạch phân bổ tải trong thời gian ngoài giờ cao điểm.

4. Lớp cổng và tích hợp

Ở trung tâm của hệ thống là mộtcổng địa phươngNó kết nối các thiết bị, thực thi logic tự động hóa và cung cấp API cho các nền tảng bên ngoài.

Thiết kế tập trung vào cổng kết nối cho phép:

• Tương tác thiết bị cục bộ với độ trễ thấp

• Hoạt động liên tục trong thời gian mất kết nối đám mây.

• Tích hợp an toàn với các bảng điều khiển, nền tảng tiện ích hoặc ứng dụng di động của bên thứ ba.

OWONcổng thông minhChúng được thiết kế với khả năng kết nối mạng cục bộ mạnh mẽ và API cấp thiết bị hoàn chỉnh để hỗ trợ kiến ​​trúc này.

Ứng dụng thực tế quản lý năng lượng gia đình

Một ví dụ thực tiễn về việc triển khai HEMS quy mô lớn đến từ...Công ty viễn thông châu Âuđó đã lên kế hoạch triển khai Hệ thống Quản lý Năng lượng Gia đình do công ty điện lực điều khiển cho hàng triệu hộ gia đình.

Yêu cầu dự án

Hệ thống cần phải:

• Theo dõi và kiểm soát tổng mức tiêu thụ năng lượng của hộ gia đình.

• Tích hợp sản xuất điện năng lượng mặt trời và trạm sạc xe điện

• Điều khiển thiết bị HVAC, bao gồm nồi hơi gas, máy bơm nhiệt và máy điều hòa không khí mini-split.

• Cho phép tương tác chức năng giữa các thiết bị (ví dụ: hoạt động của hệ thống HVAC liên kết với trạng thái cửa sổ hoặc sản lượng năng lượng mặt trời).

• Cung cấpAPI cục bộ cấp thiết bịđể tích hợp trực tiếp với hệ thống đám mây phụ trợ của công ty viễn thông.

Giải pháp OWON

OWON cung cấp một hệ sinh thái thiết bị hoàn chỉnh dựa trên ZigBee, bao gồm:

• Thiết bị quản lý năng lượng: đồng hồ đo công suất kẹp, rơle gắn ray DIN và ổ cắm thông minh

• thiết bị điều khiển HVAC: Bộ điều nhiệt ZigBee và bộ điều khiển hồng ngoại

• Cổng ZigBee thông minh: cho phép kết nối mạng cục bộ và tương tác thiết bị linh hoạt

• Giao diện API cục bộCho phép truy cập trực tiếp vào chức năng thiết bị mà không cần phụ thuộc vào điện toán đám mây.

Kiến trúc này cho phép nhà khai thác viễn thông thiết kế và triển khai một hệ thống quản lý dịch vụ y tế trên không (HEMS) có khả năng mở rộng, với thời gian phát triển và độ phức tạp vận hành được giảm thiểu.

Tại sao API cấp thiết bị lại quan trọng trong quản lý năng lượng gia đình?

Đối với các triển khai quy mô lớn hoặc phục vụ mục đích tiện ích,API cục bộ cấp thiết bịChúng rất quan trọng. Chúng cho phép người vận hành hệ thống:

• Duy trì quyền kiểm soát dữ liệu và logic hệ thống.

• Giảm sự phụ thuộc vào các dịch vụ đám mây của bên thứ ba.

• Tùy chỉnh các quy tắc tự động hóa và quy trình tích hợp.

• Cải thiện độ tin cậy và thời gian phản hồi của hệ thống.

OWON thiết kế các thiết bị và cổng kết nối của mình với các API cục bộ mở, được ghi chép đầy đủ để hỗ trợ sự phát triển hệ thống lâu dài.

Các ứng dụng điển hình của hệ thống quản lý năng lượng gia đình

Hệ thống quản lý năng lượng gia đình ngày càng được sử dụng rộng rãi trong:

• Khu dân cư thông minh

• Chương trình tiết kiệm năng lượng của công ty điện lực

• Nền tảng nhà thông minh do viễn thông dẫn đầu

• Các hộ gia đình tích hợp năng lượng mặt trời và xe điện

• Các tòa nhà chung cư với hệ thống giám sát năng lượng tập trung

Trong mỗi trường hợp, giá trị đều đến từ...kiểm soát phối hợpKhông phải là các thiết bị thông minh riêng lẻ.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Lợi ích chính của hệ thống quản lý năng lượng gia đình là gì?

Hệ thống quản lý năng lượng gia đình (HEMS) cung cấp khả năng giám sát và kiểm soát thống nhất việc sử dụng năng lượng trong hộ gia đình, cho phép tối ưu hóa năng lượng, giảm chi phí và cải thiện sự thoải mái.

Hệ thống HEMS có thể hoạt động được với cả tấm pin mặt trời và bộ sạc xe điện không?

Đúng vậy. Một hệ thống HEMS được thiết kế đúng cách sẽ giám sát lượng điện mặt trời tạo ra và điều chỉnh việc sạc xe điện hoặc tải điện trong nhà cho phù hợp.

Liệu kết nối đám mây có cần thiết cho việc quản lý năng lượng gia đình không?

Kết nối đám mây rất hữu ích nhưng không bắt buộc. Các hệ thống dựa trên cổng cục bộ có thể hoạt động độc lập và đồng bộ hóa với nền tảng đám mây khi cần thiết.

Những điều cần cân nhắc khi triển khai và tích hợp hệ thống.

Khi triển khai Hệ thống Quản lý Năng lượng Gia đình, các nhà thiết kế và tích hợp hệ thống cần đánh giá:

• Tính ổn định của giao thức truyền thông (ví dụ: ZigBee)

• Tính khả dụng của các API cục bộ

• Khả năng mở rộng trên hàng nghìn hoặc hàng triệu thiết bị

• Đảm bảo tính khả dụng lâu dài của thiết bị và hỗ trợ phần mềm.

• Khả năng linh hoạt tích hợp hệ thống HVAC, năng lượng và các thiết bị tương lai.

OWON hợp tác chặt chẽ với các đối tác để cung cấp nền tảng thiết bị và các linh kiện sẵn sàng cho hệ thống, đáp ứng các yêu cầu này.

Kết luận: Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng nhà ở có khả năng mở rộng

Quản lý năng lượng gia đình (HEMS) không còn là khái niệm của tương lai mà là một nhu cầu thiết thực được thúc đẩy bởi quá trình chuyển đổi năng lượng, điện khí hóa và số hóa. Bằng cách kết hợp giám sát năng lượng, điều khiển hệ thống HVAC, tự động hóa tải và trí tuệ cổng kết nối cục bộ, HEMS cho phép tạo ra các hệ thống năng lượng dân dụng thông minh hơn và bền vững hơn.

Tại OWON, chúng tôi tập trung vào việc cung cấpcác thiết bị IoT có thể sản xuất, tích hợp và mở rộng quy môĐó là nền tảng của các hệ thống quản lý năng lượng gia đình đáng tin cậy. Đối với các tổ chức xây dựng nền tảng năng lượng thế hệ tiếp theo, cách tiếp cận theo hệ thống là chìa khóa cho sự thành công lâu dài.