Akıllı Enerji İzleme Sistemi: 3 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Enerji talebi her geçen gün artıyor, Halihazırda bir bölgedeki kullanıcılardan gelen elektrik enerjisi tüketimi, enerji ücretinin hesaplanması için elektrik departmanından teknisyenler tarafından yapılan sık saha ziyaretleri ile izlenmekte ve hesaplanmaktadır. Bir bölgede binlerce ev ve aynı apartman dairelerinde çok sayıda daire olacağı için bu zaman alıcı bir iştir. Bir şehir veya kasaba söz konusu olduğunda, bu çok telaşlı bir süreçtir. Konutların belirli bir zaman dilimindeki bireysel enerji tüketimini kontrol etme veya analiz etme veya belirli bir bölgedeki enerji akışı raporu oluşturma hükmü yoktur. Bu sadece dünyanın birçok yerinde böyle.

Yukarıdaki sorunu çözmek için uygulanan mevcut çözümler yoktur. Bu nedenle, enerji ücretinin denetlenmesini, izlenmesini, analizini ve hesaplanmasını kolaylaştıracak akıllı bir enerji izleme sistemi geliştiriyoruz. STEMS sistemi ayrıca, enerji tüketimini ve enerji akışını analiz etmek için kullanıcıya özel veya alana özel çizelgeler ve raporlar oluşturulmasına izin verecektir.

1. Adım: İş Akışı

STEMS modülü temel olarak, enerji tüketiminin ölçülmesi gereken belirli konut birimini tanımlamak için benzersiz bir kullanıcı kodu verilen Seeedstudio Wio LTE modülünü içerir. Güç tüketimi, analog grove bağlantısı kullanılarak arayüzlenen bir akım sensörü yardımıyla Wio LTE modülü tarafından izlenecektir.

Modülün enerji tüketimi verileri, benzersiz kullanıcı kodu ve konumu (Wio dahili GPS/GNSS), Wio LTE bağlantısı ve Soracom Global SIM kullanılarak gerçek zamanlı olarak STEMS bulutuna (AWS'de barındırılır) yüklenecektir. Bireysel enerji tüketimini hesaplamak, bireysel ve toplu enerji çizelgeleri oluşturmak, enerji raporları oluşturmak ve ayrıntılı enerji denetimi için buluttan gelen verilere erişilebilir ve analiz edilebilir. Enerji tüketiminin eşik sınırlarını aşması durumunda bağlı cihazları kesmek için röleler de arayüzlenmiştir. Gerçek zamanlı enerji ölçüm değerlerini görüntülemek için yerel STEMS modülüne bir LCD ekran modülü entegre edilebilir. Kuru pil veya Li-Po pil gibi taşınabilir bir güç kaynağı takılıysa sistem bağımsız olarak çalışacaktır. Kurulum Donanım kurulumu aşağıda gösterilmiştir:

STEMS Donanım kurulumu

Binanın içinde GPS sinyalinin daha zayıf olduğu tespit edildi. Ancak modüller dışarıya kaydırıldığında, iyi bir resepsiyon almaya başlayacağız. Modülden alınan GPS koordinatları, Google Haritalar'daki gerçek GPS koordinatlarıyla karşılaştırılmıştır. Makul miktarda doğruluk elde edildi.

AC şebekesinden gelen güç, ev devresine entegre edilmiş akım sensöründen çekilir ve geçirilir. Yükten geçen AC akım, koru akım sensör modülü tarafından algılanır ve sensörden gelen çıkış verileri WIO LTE modülünün analog pinine beslenir. Analog giriş WIO modülü tarafından alındığında, güç/enerji ölçümü programın içindedir. Hesaplanan güç ve enerji daha sonra LCD ekran modülünde görüntülenir.

AC devre analizinde hem voltaj hem de akım zamanla sinüzoidal olarak değişir.

Gerçek Güç (P): Cihazın faydalı iş üretmek için kullandığı güçtür. kW olarak ifade edilir.

Gerçek Güç = Gerilim (V) x Akım (I) x cosΦ

Reaktif Güç (Q): Kaynak ve yük arasında salınan gücün bir ölçüsü olan ve hiçbir işe yaramayan hayali güç olarak adlandırılır. kVAr cinsinden ifade edilir.

Reaktif Güç = Gerilim (V) x Akım (I) x sinΦ

Görünen Güç (S): Ortalama Kare Kök (RMS) Gerilimi ile RMS Akımının çarpımı olarak tanımlanır. Bu aynı zamanda gerçek ve reaktif gücün sonucu olarak da tanımlanabilir. kVA olarak ifade edilir

Görünen Güç = Gerilim (V) x Akım (I)

Gerçek, Reaktif ve Görünür güç arasındaki ilişki:

Gerçek Güç = Görünen Güç x cosΦ

Reaktif Güç = Görünür Güç x sinΦ

Analiz için sadece Gerçek güçle ilgileniyoruz.

Güç Faktörü (pf): Bir devrede gerçek gücün görünen güce oranına güç faktörü denir.

Güç Faktörü = Gerçek Güç/Görünür Güç

Böylece, devredeki voltajı ve akımı ölçerek güç faktörünün yanı sıra her türlü gücü ölçebiliriz. Aşağıdaki bölüm, enerji tüketimini hesaplamak için gerekli ölçümleri elde etmek için atılan adımları tartışmaktadır.

Akım Sensöründen gelen çıkış, bir AC voltaj dalgasıdır. Aşağıdaki hesaplama yapılır:

• Tepeden tepeye voltajın ölçülmesi (Vpp)
• Tepe voltajı (Vp) elde etmek için tepeden tepeye voltajı (Vpp) ikiye bölün
• rms voltajını (Vrms) elde etmek için Vp'yi 0.707 ile çarpın
• rms akımını elde etmek için akım sensörünün Hassasiyetini çarpın.
• Vp = Vpp/2
• Vrms = Vp x 0.707
• Irms = Vrms x Hassasiyet
• Akım modülü için hassasiyet 200 mV/A'dır.
• Gerçek Güç (W) = Vrms x Irms x pf
• Vrms = 230V (bilinen)
• pf = 0.85 (bilinen)
• Irms = Yukarıdaki hesaplama kullanılarak elde edildi

Enerji maliyetini hesaplamak için, watt cinsinden güç enerjiye dönüştürülür: Wh = W * (zaman / 36000000.0)Watt saat, bir saat için bir watt'lık bir güç tüketimine eşdeğer elektrik enerjisi ölçüsüdür. kWh için: kWh = Ws / 1000Toplam Enerji maliyeti: Maliyet = kWh başına maliyet * kWh. Bilgiler daha sonra LCD ekranda görüntülenir ve eş zamanlı olarak SD Karta yazılır.

2. Adım: Test Etme

Test balkona yakın yapıldığından, makul miktarda GNSS alımı elde edildi.

3. Adım: Gelecek Planları

Kullanıcı enerji tüketimini gerçek zamanlı olarak izlemek ve enerji analiz raporlarını görüntülemek veya oluşturmak için STEMS bulut verilerine erişmek için bir uygulama oluşturulacaktır. Arduino IDE uyumluluğu nedeniyle STEMS modülüne yükseltme kolayca yapılabilir. Başarılı bir şekilde tamamlandığında, bu modül piyasada üretilebilir ve dünya çapındaki enerji hizmet sağlayıcıları tarafından kullanılabilir.