نظام إدارة الطاقة المنزلية للمنازل الذكية والتحكم في الطاقة الموزعة

مقدمة: لماذا أصبحت إدارة الطاقة المنزلية ضرورية

تُغيّر تكاليف الطاقة المتزايدة، وتوليد الطاقة المتجددة الموزعة، وكهربة التدفئة والتنقل، بشكل جذري طريقة استهلاك الأسر للطاقة وإدارتها. لم تعد الأجهزة التقليدية المستقلة - مثل منظمات الحرارة، والمقابس الذكية، وعدادات الطاقة - كافية لتحقيق وفورات ملموسة في الطاقة أو للتحكم على مستوى النظام.

A نظام إدارة الطاقة المنزلية (HEMS)يوفر إطارًا موحدًا لـمراقبة استهلاك الطاقة المنزلية والتحكم فيه وتحسينهيشمل ذلك معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وتوليد الطاقة الشمسية، وشواحن السيارات الكهربائية، والأحمال الكهربائية. وبدلاً من الاستجابة لبيانات معزولة، يُمكّن نظام إدارة الطاقة المنزلية من اتخاذ قرارات منسقة بناءً على توافر الطاقة في الوقت الفعلي، والطلب عليها، وسلوك المستخدم.

في شركة OWON، نقوم بتصميم وتصنيع أجهزة الطاقة المتصلة وأجهزة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والتي تُشكل اللبنات الأساسية لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية القابلة للتطوير. تشرح هذه المقالة كيفية عمل بنى أنظمة إدارة الطاقة المنزلية الحديثة، والمشاكل التي تحلها، وكيف يُمكّن النهج الذي يركز على الجهاز من نشرها بشكل موثوق وعلى نطاق واسع.

ما هو نظام إدارة الطاقة المنزلية؟

نظام إدارة الطاقة المنزلية هومنصة تحكم موزعةنظام يدمج مراقبة الطاقة، والتحكم في الأحمال، ومنطق التشغيل الآلي في نظام واحد. هدفه الأساسي هوتحسين استهلاك الطاقة مع الحفاظ على الراحة وموثوقية النظام.

تتصل خدمة الإسعاف الجوي النموذجية بما يلي:

• أجهزة قياس الطاقة (عدادات أحادية الطور وثلاثية الطور)

• معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (الغلايات، ومضخات الحرارة، ومكيفات الهواء)

• مصادر الطاقة الموزعة (الألواح الشمسية، التخزين)

• الأحمال المرنة (شواحن السيارات الكهربائية، المقابس الذكية)

من خلال بوابة مركزية ومنطق محلي أو قائم على السحابة، يقوم النظام بتنسيق كيفية ووقت استهلاك الطاقة.

التحديات الرئيسية في إدارة الطاقة السكنية

قبل تطبيق نظام إدارة الطاقة المنزلية، تواجه معظم الأسر ومشغلي الأنظمة تحديات مشتركة:

• انعدام الرؤيةفي استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي والتاريخي

• أجهزة غير منسقةالعمل بشكل مستقل

• نظام تحكم غير فعال في التدفئة والتهوية وتكييف الهواءوخاصة مع أنظمة التدفئة والتبريد المختلطة

• ضعف التكاملبين توليد الطاقة الشمسية، وشحن السيارات الكهربائية، والأحمال المنزلية

• الاعتماد على التحكم السحابي فقطمما أدى إلى ظهور مخاوف بشأن زمن الاستجابة والموثوقية

يُعالج نظام إدارة الطاقة المنزلية المصمم جيدًا هذه التحديات في المقام الأول.على مستوى الأنظمةليس فقط على مستوى الجهاز.

البنية الأساسية لنظام إدارة الطاقة المنزلية

تُبنى بنى أنظمة إدارة الصحة المنزلية الحديثة عادةً حول أربع طبقات أساسية:

1. طبقة مراقبة الطاقة

توفر هذه الطبقة رؤية آنية وتاريخية حول استخدام وتوليد الكهرباء.

تشمل الأجهزة النموذجية ما يلي:

• عدادات الطاقة أحادية الطور وثلاثية الطور

• مجسات التيار القائمة على المشبك

• عدادات سكة DIN للوحات التوزيع

تقيس هذه الأجهزة الجهد والتيار والطاقة وتدفق الطاقة من الشبكة والألواح الشمسية والأحمال المتصلة.

2. طبقة التحكم في نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

تُشكّل التدفئة والتبريد نسبة كبيرة من استهلاك الطاقة المنزلية. ويتيح دمج أنظمة التحكم في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في أنظمة إدارة الطاقة المنزلية تحسين استهلاك الطاقة دون المساس بالراحة.

تتضمن هذه الطبقة عادةً ما يلي:

• منظمات الحرارة الذكيةللغلايات ومضخات الحرارة ووحدات ملفات المروحة

• أجهزة تحكم بالأشعة تحت الحمراء لأجهزة تكييف الهواء المنفصلة والمنفصلة الصغيرة

• جدولة وتحسين درجة الحرارة بناءً على الإشغال أو توافر الطاقة

من خلال تنسيق تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مع بيانات الطاقة، يمكن للنظام تقليل ذروة الطلب وتحسين الكفاءة.

3. طبقة التحكم في الأحمال والأتمتة

بالإضافة إلى أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، يدير نظام إدارة الطاقة المنزلية الأحمال الكهربائية المرنة مثل:

• المقابس الذكيةوالمرحلات

• شواحن السيارات الكهربائية

• سخانات الفضاء أو الأجهزة المساعدة

تُمكّن قواعد الأتمتة التفاعل بين مكونات النظام. على سبيل المثال:

• إطفاء مكيف الهواء عند فتح النافذة

• تعديل طاقة شحن المركبات الكهربائية بناءً على توليد الطاقة الشمسية

• جدولة الأحمال خلال فترات تعريفة خارج أوقات الذروة

4. طبقة البوابة والتكامل

يوجد في مركز النظامبوابة محلية، الذي يربط الأجهزة، وينفذ منطق التشغيل الآلي، ويعرض واجهات برمجة التطبيقات للمنصات الخارجية.

يتيح التصميم الذي يركز على البوابة ما يلي:

• التفاعل مع الأجهزة المحلية بزمن استجابة منخفض

• استمرار التشغيل أثناء انقطاعات الخدمة السحابية

• تكامل آمن مع لوحات معلومات الجهات الخارجية، أو منصات الأدوات المساعدة، أو تطبيقات الجوال

أوونبوابات ذكيةتم تصميمها بقدرات شبكات محلية قوية وواجهات برمجة تطبيقات كاملة على مستوى الجهاز لدعم هذه البنية.

تطبيق إدارة الطاقة المنزلية في الواقع العملي

يأتي مثال عملي على نشر أنظمة الإسعاف الجوي واسعة النطاق من...شركة الاتصالات الأوروبيةالتي خططت لإطلاق نظام إدارة الطاقة المنزلية الذي تديره شركات المرافق لملايين الأسر.

متطلبات المشروع

كان النظام بحاجة إلى:

• مراقبة وضبط إجمالي استهلاك الطاقة المنزلية

• دمج توليد الطاقة الشمسية وشحن المركبات الكهربائية

• التحكم في معدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، بما في ذلك غلايات الغاز ومضخات الحرارة ووحدات تكييف الهواء الصغيرة المنفصلة

• تمكين التفاعل الوظيفي بين الأجهزة (على سبيل المثال، سلوك نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء المرتبط بحالة النوافذ أو ناتج الطاقة الشمسية)

• يمدواجهات برمجة التطبيقات المحلية على مستوى الجهازللتكامل المباشر مع السحابة الخلفية لشركة الاتصالات

حلول أوون

وفرت شركة OWON نظامًا بيئيًا متكاملًا للأجهزة القائمة على تقنية ZigBee، بما في ذلك:

• أجهزة إدارة الطاقة: مقياس الطاقة ذو المشبك، ومرحلات سكة DIN، والمقابس الذكية

• أجهزة التحكم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواءمنظمات حرارة ZigBee وأجهزة تحكم بالأشعة تحت الحمراء

• بوابة زيجبي الذكية: تمكين الشبكات المحلية والتفاعل المرن بين الأجهزة

• واجهات برمجة التطبيقات المحلية: السماح بالوصول المباشر إلى وظائف الجهاز دون الاعتماد على السحابة

سمحت هذه البنية لمشغل الاتصالات بتصميم ونشر نظام إدارة الصحة المنزلية القابل للتطوير مع تقليل وقت التطوير والتعقيد التشغيلي.

لماذا تعتبر واجهات برمجة التطبيقات على مستوى الجهاز مهمة في إدارة الطاقة المنزلية

بالنسبة لعمليات النشر واسعة النطاق أو تلك التي تعتمد على المرافق العامة،واجهات برمجة التطبيقات المحلية على مستوى الجهازوهي بالغة الأهمية. فهي تسمح لمشغلي النظام بما يلي:

• الحفاظ على السيطرة على البيانات ومنطق النظام

• تقليل الاعتماد على خدمات الحوسبة السحابية الخارجية

• تخصيص قواعد الأتمتة وسير عمل التكامل

• تحسين موثوقية النظام ووقت الاستجابة

تقوم شركة OWON بتصميم بواباتها وأجهزتها باستخدام واجهات برمجة تطبيقات محلية مفتوحة وموثقة لدعم تطور النظام على المدى الطويل.

التطبيقات النموذجية لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية

تُستخدم أنظمة إدارة الطاقة المنزلية بشكل متزايد في:

• مجتمعات سكنية ذكية

• برامج توفير الطاقة للمرافق

• منصات المنازل الذكية بقيادة شركات الاتصالات

• المنازل المتكاملة مع الطاقة الشمسية والمركبات الكهربائية

• مبانٍ متعددة الوحدات السكنية مزودة بنظام مراقبة مركزية للطاقة

في كل حالة، تأتي القيمة منالتحكم المنسق، وليس أجهزة ذكية معزولة.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هي الفائدة الرئيسية لنظام إدارة الطاقة المنزلية؟

يوفر نظام إدارة الطاقة المنزلية رؤية وتحكمًا موحدين في استخدام الطاقة المنزلية، مما يتيح تحسين الطاقة وخفض التكاليف وتحسين الراحة.

هل يمكن لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية (HEMS) العمل مع كل من الألواح الشمسية وشواحن السيارات الكهربائية؟

نعم. يقوم نظام إدارة الطاقة المنزلية المصمم بشكل صحيح بمراقبة توليد الطاقة الشمسية وضبط شحن المركبات الكهربائية أو الأحمال المنزلية وفقًا لذلك.

هل الاتصال السحابي ضروري لإدارة الطاقة المنزلية؟

الاتصال السحابي مفيد ولكنه ليس إلزاميًا. يمكن للأنظمة المحلية القائمة على البوابات أن تعمل بشكل مستقل وتتزامن مع المنصات السحابية عند الحاجة.

اعتبارات نشر النظام وتكامله

عند نشر نظام إدارة الطاقة المنزلية، ينبغي على مصممي النظام ومكامليه تقييم ما يلي:

• استقرار بروتوكول الاتصال (مثل ZigBee)

• توافر واجهات برمجة التطبيقات المحلية

• قابلية التوسع عبر آلاف أو ملايين الأجهزة

• توفر الجهاز ودعم البرامج الثابتة على المدى الطويل

• مرونة في دمج أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والطاقة والأجهزة المستقبلية

تعمل شركة OWON بشكل وثيق مع الشركاء لتوفير منصات الأجهزة والمكونات الجاهزة للنظام التي تدعم هذه المتطلبات.

الخلاصة: بناء أنظمة إدارة الطاقة المنزلية القابلة للتطوير

لم يعد نظام إدارة الطاقة المنزلية مفهوماً مستقبلياً، بل أصبح ضرورة عملية مدفوعة بتحولات الطاقة، والكهرباء، والرقمنة. فمن خلال الجمع بين مراقبة الطاقة، والتحكم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وأتمتة الأحمال، وذكاء البوابة المحلية، يُمكّن نظام إدارة الطاقة المنزلية من إنشاء أنظمة طاقة منزلية أكثر ذكاءً ومرونة.

في OWON، نركز على تقديمأجهزة إنترنت الأشياء القابلة للتصنيع والدمج والتطويرتشكل هذه العناصر أساس أنظمة إدارة الطاقة المنزلية الموثوقة. بالنسبة للمؤسسات التي تبني منصات طاقة من الجيل التالي، يُعدّ اتباع نهج قائم على الأنظمة مفتاحًا للنجاح على المدى الطويل.