Электричество — это кровь и воздух любого современного умного дома. Если критически важные узлы системы не обеспечены надежным и непрерывным энергоснабжением, то все умные функции вашего дома превращаются в ничто. Но надежность и непрерывность — это только один из аспектов, которые учитываются при построении домашних систем управления энергопотреблением (Home Energy Management System — HEMS). Важной характеристикой современных систем становится их способность осмысленно выбирать и при необходимости переключаться на разные источники энергии с учетом времени суток и текущего потребления энергии в доме. Внешние электрические сети, солнечные панели на крыше, ветряки, электрогенераторы, аккумуляторы и даже электромобили — все они входят в контур управления системы умного дома, а их текущий режим работы (заряда, разряда) задается с учетом множества внешних и внутренних условий на основе заданных алгоритмов.
Умные счетчики и многотарифный учет
Любая система управления энергопотреблением начинается с умных счетчиков, которые способны передавать свои показания системе через какие-то цифровые интерфейсы. Реклама сделала такие счетчики чем-то выдающимся, что само по себе позволяет экономить деньги. На деле любая экономия возможна только как следствие многотарифного учета, предлагаемого операторами электроснабжения, или как следствие использования автономных источников электроэнергии (солнечные панели и т.п.). Так вот, установка современных умных счетчиков делает возможным переход на многотарифную схему оплаты электроэнергии, а вот как дальше пользователь распорядится этой возможностью — зависит уже только от самого пользователя, но никак не от умных счетчиков.
Между тем, именно система умного дома и берет на себя функцию управления потреблением электроэнергии таким образом, чтобы в часы, когда тариф электроснабжающей организации особенно высок, потребление электричества из внешней сети было бы минимизировано. Это становится возможным, если дом оснащен собственными накопителями энергии (аккумуляторами) и основные энергопотребители (бытовые устройства и подсистемы умного дома) также могут непосредственно управляться (включаться/выключаться) системой умного дома.
В описанной схеме роль умного счетчика заключается в том, чтобы передавать системе умного дома информацию о текущем энергопотреблении. На основе этой информации, а также с учетом того, какие приборы в данный момент включены, есть ли дома жильцы, каков уровень заряда аккумуляторов и т.п. система принимает решения. Как видим, роль умного счетчика достаточно проста, хотя для удобства последующего анализа в составе системы может функционировать и множество таких счетчиков, чтобы индивидуально отслеживать энергопотребление в разных контурах для разных групп потребителей.
В конечном счете оказывается, что электроснабжающие организации требуют гораздо больше «ума» от многотарифных счетчиков, чем это объективно необходимо для их интеграции в систему умного дома. И именно требования ваших местных электроснабжающих организаций приходится учитывать в первую очередь при их выборе и установке.
Солнечные батареи и аккумуляторы
Современные солнечные панели (Solar PV Panels) могут устанавливаться на крыше и стенах домов, на придомовых участках и сооружениях. При вполне приемлемой для домашнего пользователя цене они обеспечивают и достаточно высокую эффективность работы не только в южных широтах и при наличии прямого солнечного света. Даже в пасмурную погоду и на широте Санкт-Петербурга использование солнечных панелей оказывается возможным и достаточно разумным решением для снижения затрат на покупку электроэнергии.
Важно понимать, что в системе управления энергопотреблением умного дома солнечные панели выступают не каким-то резервным источником электроснабжения, который задействуется только в случае обрыва внешних линий, а в качестве постоянного дополнительного источника, который утилизируется системами умного дома на все 100%, что позволяет резко повысить их окупаемость и делает не просто элементом дополнительного комфорта для обитателей дома, а действенным средством снижения текущих затрат и зависимости от монополизма энергоснабжающих организаций.
Важно понимать, что непрерывная и эффективная утилизация солнечной энергии невозможна без установки специальных накопительных аккумуляторов. Такие аккумуляторы заряжаются в часы, когда выработка электроэнергии солнечными панелями превышает потребности дома и отдают накопленную энергию, когда это необходимо потребителю. Для интеграции солнечных панелей и накопительных аккумуляторов в систему энергоснабжения используются специальные силовые приборы, называемые солнечные инверторы (Solar Inverter). Обычно такие инверторы также выполняют роль стабилизатора напряжения, защищая устройства умного дома от скачков напряжения во внешних и внутренних сетях. В более сложных комплексных системах разные функции могут быть разделены по разным силовым блокам и устройствам. Как правило, разные производители выпускают собственные линейки устройств, которые бывает довольно трудно заставить работать вместе, если речь идет об устройствах разных производителей.
Между тем, в простейшем случае для создания умной системы электроснабжения с аккумуляторами, солнечными панелями и стабилизацией напряжения бывает вполне достаточно единственного солнечного инвертора от одного производителя — важно только выбрать правильную мощность и обепеспечить взаимодействие этого устройства с контроллером умного дома. Собственно вопрос тогда упирается именно в подбор совместимой пары инвертор–контроллер. В настоящее время производители крайне закрыты в этом вопросе. Никакой стандартизации и типовых решений на рынке пока нет, а значит — каждый производитель ориентируется на продвижение собственных устройств и делает «кто во что горазд» так, как удобно именно ему.
Другие альтернативные источники электроснабжения
Не стоит забывать, что существуют различные решения для генерации электроэнергии, которые также находят применение в частных домах. Такие решения могут обеспечивать как периодическую подпитку (дополнение), так и полное резервирование внешних линий электроснабжения. Прежде всего, можно вспомнить различные электрогенераторы на бензине, дизеле или природном газе. В системах управления умным домом возможно интеллектуальное управление и подобными устройствами при их наличии. А в труднодоступных и удаленных районах, где просто нет линий электроснабжения, электрогенераторы вообще становятся обязательным компонентом системы, без которого невозможно гарантировать ее непрерывное функционирование.
В зависимости от климатических условий весьма эффективным может быть использование ветряных электрогенераторов (турбин). Если в вашем регионе постоянно дуют достаточно сильные ветра, то даже одна относительно небольшая ветряная установка способна обеспечивать электрические потребности всего домохозяйства.
Рассматривая комплексно задачу интеллектуального управления потреблением электроэнергии при одновременном «умном» использовании дополнительных альтернативных источников электроснабжения, разработчики систем умного дома постепенно приходят к гибридным решениям, которые используют целый набор разных методов. То есть дом оснащается и солнечными панелями, и ветряной турбиной, и резервным генератором на газе или дизельном топливе. Совместная работа этих устройств при использовании автоматизированного управления позволяет наиболее эффективно утилизировать возможности каждой подсистемы и добиваться их более быстрой окупаемости. А в некоторых странах уже реализуется и дополнительная возможность продажи излишков выработанной домашними системами электроэнергии прямо местному поставщику через обычную сеть электроснабжения.