Идеята за устройства, работещи самостоятелно, без щепсели или батерии за еднократна употреба, звучеше като научна фантастика преди няколко години. Днес, благодарение на комбинацията от свързан дом, слънчева енергия, биотехнологии и интелигентно управлениеМного по-близо е до това да стане нещо обичайно. От ключалки или сензори, захранвани с просто движение на китката, до текстилни лепенки, които генерират електричество от пот, пейзажът се променя с главоломна скорост.
В този контекст се появяват интелигентни устройства, които генерират собствена енергияСемейство от решения, които не само пестят от кабели и батерии, но и използват по-добре енергията, с която вече разполагаме: слънчева светлина, топлина, движение или дори химичните съединения в телата ни. Нека да разгледаме, спокойно и с много конкретни примери, как работи всичко това и какво въздействие може да окаже върху дома, здравето, спорта и ежедневието.
Събиране на енергия у дома: устройства, които се захранват самостоятелно от движение
Инженерите и изследователските центрове отдавна фантазират за извличане на енергия от почти всичкоЗвукът от обувки, които се трият по земята, докато вървите, колите, преминаващи по пътя, или дори вибрациите на мост. В продължение на години това оставаше по-скоро в лабораторията, отколкото в хола, но последните технологични панаири като CES в Лас Вегас показаха ясна промяна: тези идеи започват да се оформят като реални продукти, предназначени за свързания дом.
Една от компаниите, която вдигна най-много шум, е Gemns, специализирана в това, което е известно като Събиране на енергия, приложено към домашната автоматизацияТяхното предложение се основава на малки модули, способни да генерират кратък, но достатъчен електрически импулс от ежедневен жест, както правят и... трибоелектрични сензориЗавъртане на копче, натискане на превключвател или преместване на дръжка. Този импулс, разбира се, няма да захранва хладилник, но ще изпрати силен безжичен сигнал до други устройства в къщата.
Сърцето на тяхната система е устройство с размерите на голяма монета. Вътре, Магнитът се върти бързо в микрогенератор Когато потребителят извърши механично действие (например, отваряне на врата), това движение индуцира електрически ток, който се съхранява в кондензатор и почти мигновено се разрежда, за да захранва малък радиочестотен модул. Генерираната енергия трае само за миг, но е повече от достатъчна, за да може интелигентната ключалка да получи командата или сензор да предупреди, че вратата е отворена.
По-усъвършенстваните модели, като например Gemns G200, използват тези импулси за повече от просто функция „включване/изключване“. В интелигентен димер например, Жестът на натискане или завъртане може да се преведе в команди за намаляване на светлината.Това ви позволява да включите лампа, разположена другаде в стаята, или да активирате предварително конфигурирани сцени, всичко това без непрекъснато захранване или батерии за подмяна. Технически говорим за десетки миливати, генерирани мигновено: кратко време, но повече от достатъчна мощност за нискоенергийните радиостанции, използвани в Zigbee, Thread или други протоколи за домашна автоматизация.
Основното практическо следствие от този подход е, че Избягва се окабеляването и поддръжката на батерията. в целия дом. Инсталирането на сензори за врати/прозорци, безжични ключове или стенни контролери вече не изисква строителни работи или притеснения за изтощаване на батериите. Освен това, тъй като са самостоятелни модули, те могат лесно да бъдат преместени, ако разположението на къщата се промени.
Безжично зареждане и околна светлина: алтернативи без щепсели или батерии
Движението не е единственият източник на енергия, достъпен за тези интелигентни устройства. Други компании проучват... Безжични методи за захранване, базирани на енергийни полета, светлина или малки слънчеви панелипредназначен предимно за брави, сензори и камери с ниска мощност, които не изискват висок непрекъснат ток.
Един ярък пример е Willo, която работи върху наистина безжични решения за зареждане: вместо да поставя устройството върху индукционна основа, енергийно поле, способно да захранва устройства, разположени в определен радиусбез нужда от физически контакт. Идеята е, че в едно и също пространство няколко сензора или изпълнителни механизми могат да получават необходимата енергия, без да зависят от кабели.
Друго различно предложение е AuraCharge от компанията Lockin. В този случай предаването се основава на насочен лъч светлина, който пренася енергия на разстояние до няколко метраСтига да има ясна видимост. Това е особено полезно за интелигентни ключалки на вътрешни или външни врати, където инсталирането на голям слънчев панел не би имало смисъл, но може да се постави добре ориентиран светлинен източник.
В допълнение към всичко това, производителите добавят малки миниатюрни слънчеви панели в сензори и други джаджи Тези панели не винаги заместват напълно батерията, но позволяват тя да се зарежда, като използват околна светлина, независимо дали е естествена или изкуствена. По този начин автономността се удължава с месеци или години и потребителят почти не трябва да се тревожи за нищо.
Струва си да се отбележи, че в повечето от тези случаи основната цел не е толкова огромното спестяване на енергия, колкото комфортът и намалената поддръжка. Сензорът за безопасност може да консумира по-малко от 0,5 WМного ключалки могат да работят с месеци с обикновен комплект алкални батерии. Промяната при тези технологии е, че те минимизират необходимостта от пътуване до неудобни места за смяна на батерии и, между другото, намаляват количеството генерирани отпадъци.
Според компании като Gemns, истинската цена се крие в Поставяйте устройствата на сложни места и ги проверявайте честоАко тази задача изчезне, защото самото отваряне на врата или включване на лампата в хола поддържа всичко работещо, системата става по-мащабируема и устойчива, особено когато говорим за стотици или хиляди сензори в сграда или критична инфраструктура.
Къде тези устройства със самостоятелно захранване блестят (и къде не)
Технологиите за събиране на енергия, енергийните полета или мини слънчевите панели се вписват особено добре в устройства, които не е необходимо да бъдат винаги активниВместо това, те работят въз основа на „събития“ или специфични действия. Ключалка, която изисква само едно натискане за отваряне, сензор за отваряне, който изпраща сигнал, когато засече движение, или превключвател, който изпраща радиокоманда всеки път, когато го натиснете, са перфектни кандидати.
Въпреки това, за устройства като камери за видеонаблюдение, гласови асистенти, рутери или хъбове за домашна автоматизация, които изискват непрекъснато захранване и значително по-висока изходна мощностТези решения все още не са жизнеспособни като основен енергиен източник. Електрическите контакти и, в най-добрия случай, батериите с висок капацитет, свързани с конвенционални слънчеви панели, все още царуват.
Дизайнът на устройства със самостоятелно захранване обикновено се основава на един и същ принцип: да улавя преходна енергия, да я съхранява за кратко и да я освобождава контролираноТова се постига с помощта на кондензатори с висок капацитет или малки системи за съхранение, които се зареждат с всяко движение или с получената радиация. След това електронна схема с ултраниска мощност решава как и кога да използва този малък енергиен „резервоар“.
Интегрирани в екосистемата на интелигентния дом, тези устройства предлагат огромен потенциал. Смята се, че милиони домашни сензори могат да бъдат инсталирани без необходимост от редовна поддръжка, което ще намали обема на изхвърлените батерии и ще улесни интегрирането на технологии за интелигентен дом в домовете и сградите. гъсти мрежи от точки за измерване и контролОсвен това, тъй като са съвместими с нискоенергийни протоколи като Zigbee или Thread, те могат да съществуват едновременно с други устройства на пазара, без да създават затворени технологични „острови“.
Накратко, става въпрос за мъдър избор на битките: Не всяка джаджа може да работи без батерия.Въпреки това, има много широк спектър от приложения, където това е възможно и освен това има голям икономически и екологичен смисъл.
Умни контакти: използвайте максимално енергията, която вече генерирате у дома
Освен генерирането на миниатюрна енергия, ключова част от вътрешната революция включва управляваме разумно електроенергията, която вече произвеждаме или купувамеТук се намесват интелигентните щепсели - малки адаптери, които се свързват към всеки електрически контакт и ви позволяват да автоматизирате обикновен домакински уред в движение.
Умен контакт се поставя между стената и устройството, което искате да контролирате, и действа като превключвател, който може да се управлява чрез Wi-Fi, Zigbee или подобни протоколи. Благодарение на приложение, гласов асистент или централизирана система за домашна автоматизация, можете... включване или изключване на оборудването, планиране на часове, преглед на потреблението и интегрирането му в автоматизации по-сложно. Изведнъж, стара пералня или електрически бойлер без свързаност стават част от вашия умен дом.
В областта на фотоволтаичната собствена консумация на енергия, тези устройства са безценни. Най-големият проблем със слънчевите панели у дома е, че Те произвеждат повече енергия по обяд, точно когато често няма никой вкъщи.Този излишък се подава в мрежата и се компенсира в сметката, но икономически обикновено е по-изгодно да консумирате собственото си производство директно, отколкото да го „продавате“ на системата.
Красотата на умните контакти е, че те позволяват синхронизиране на използването на уреди с кривата на производство на слънчева енергияНапример, можете да програмирате съдомиялната машина да се стартира, когато системата надвиши определено ниво на мощност, бойлерът да се активира само ако има излишна топлина или сушилнята да работи по време на пиковите часове на слънчева светлина. Това може да се направи по фиксиран график или, още по-добре, чрез свързване на щепсела към система за наблюдение на фотоволтаичната инсталация.
Основната настройка обикновено е проста: включвате устройството, свързвате го към Wi-Fi и системата за управление и оттам можете Управлявайте го от мобилния си телефон, получавайте известия за потребление и го интегрирайте с Alexa или Google Home. и дори експортиране на данни. Някои усъвършенствани модели позволяват правила като „ако производството на слънчева енергия надвишава X вата за Y минути, включете това устройство“. С други думи, те реагират в реално време на поведението на вашата собствена инсталация.
Истинският им потенциал се отключва, когато ги комбинирате с платформи за мониторинг на енергията (като тези от големи производители на инвертори или приложения за инсталатори). Тези инструменти показват производство, потребление и захранване на мрежата в реално времекоето ви позволява да регулирате точките на активиране на всеки интелигентен щепсел: бойлерът се включва само ако има ясен излишък, зарядното за лаптоп само през най-евтините или най-слънчевите часове и т.н.
Практически приложения в собственото потребление, батериите и климатизацията
Умните контакти имат много специфични приложения в дом със слънчеви панели, а някои са особено интересни поради потенциалното им икономическо въздействие. Едно от най-очевидните е автоматизирайте уреди с висока консумация като пералня, съдомиялна машина, сушилня или фурна, така че да работят по време на пиковите часове на генериране на енергия, дори ако не сте у дома.
Друго много печелившо приложение е контролът на електрически бойлери и бойлериЗагряването на вода изисква много енергия и ако го правите, когато вашата слънчева система произвежда повече от необходимото, спестяванията са значителни. Умен контакт може да включи бойлера, когато засече излишна енергия, и да го изключи, когато се достигне желаната температура или когато производството спадне, като по този начин се използва максимално всеки kWh, идващ от покрива.
Полезен е и при зареждане малки устройства и инструментиБезжични прахосмукачки, компютри, бормашини, скутери или градински батерии. Вместо да оставяте зарядните устройства включени в контакта през целия ден, можете да ги програмирате да работят само през дневните часове, като минимизирате фантомните натоварвания и, между другото, подобрите живота на батерията, като предотвратите постоянното презареждане.
Ако имате битови батерии за съхранение на енергияУмните контакти помагат за определяне на приоритети. Можете да програмирате определени уреди да работят само когато има директно производство, което позволява на други да бъдат захранвани, когато батерията е пълна или когато тарифите за електроенергия извън пиковите часове са по-ниски. По този начин извличате максимума както от вашите слънчеви панели, така и от вашите системи за съхранение, като минимизирате закупуването на електроенергия от мрежата по време на пиковите часове.
Дори в термопомпи въздух-вода или отоплителни и охладителни системи, където управлението, базирано на време, е от съществено значение, тези устройства могат да направят огромна разлика. Интелигентен контакт или свързано реле могат активирайте термопомпата по време на периоди с високо производство на слънчева енергияТова включва предварително затопляне или предварително охлаждане на дома, за да се избегне прекомерно потребление на енергия от мрежата по време на пиковите часове. Същият принцип важи и за по-простите зарядни устройства за електрически превозни средства, където междинен интелигентен контакт ограничава зареждането до определени часове или периоди на обилна слънчева светлина.
По отношение на ползите, използването на тези щепсели в домове със собствено потребление се изразява в По-директно собствено потребление, по-малка зависимост от мрежата, по-добро използване на батериите и по-ниска сметка за токЦената им обикновено е достъпна, така че обичайната препоръка е да се започне с един или два уреда с висока консумация на енергия и в зависимост от резултата да се разшири броят на наблюдаваните точки.
Носими устройства, които извличат енергия от потта: проектът SELF-SENS
Идеята за интелигентни устройства, които генерират собствена енергия, не се ограничава само до дома. Ново поколение устройства се появява в секторите на здравеопазването и спорта. Носими сензори, захранвани от нашето собствено тялоДобър пример е проектът SELF-SENS, координиран от Института за енергийни технологии (ITE) съвместно с изследователския център за текстил AITEX.
SELF-SENS е ангажиран със създаването Умни текстилни лепенки, способни да наблюдават здравните и функционалните параметри в реално времеТези пластири измерват електрофизиологични сигнали или концентрацията на лактат, докато човекът се занимава с нормалния си живот. Ключовото е, че тези пластири получават пробата директно от потта или интерстициалната течност под кожата, без да са необходими неудобни убождания или традиционни проводими гелове.
За да захранва цялата необходима електроника, проектът разработва ензимни биогорива, които Те генерират електричество от съединения, присъстващи в поттаС други думи, самото тяло се превръща в източник на енергия. Проектът ще се фокусира върху няколко прототипа: биобатерия, интегрирана в текстилна лепенка, която преобразува потта в енергия, носимо устройство, което записва сигнали като ЕКГ с помощта на сухи електроди, и биосензор, който измерва лактат в интерстициална течност.
Параметърът лактат е особено интересен в спорта, защото Това показва нивото на усилие, състоянието на възстановяване и риска от нараняване.За достъп до интерстициалната течност се използват микроекстракционни системи, които насочват течността към сензори, интегрирани в пластира. Цялата система е проектирана да бъде удобна, дискретна, за многократна употреба и изработена от биосъвместими и перящи се текстилни материали.
Електрониката, интегрирана в тези пластири, трябва да е с ултраниска консумация на енергия, точно за да е достатъчна енергията, получена от биопилота. Комбинацията от автоматично събиране на проби и самостоятелно захранване с енергия Това означава, че потребителят не е нужно да се тревожи за презареждане на устройството или смяна на батерии, което улеснява непрекъснатото наблюдение ежедневно.
Проектът е в сътрудничество с няколко компании от Валенсианската общност, което ще помогне за определянето на изискванията и валидирането на прототипи в реални условия, особено в спортни условия. Очакваното въздействие е двойно: от една страна, по-добра превенция и наблюдение на здравето, особено при хора с хронични заболявания или по-възрастни активни лица; от друга страна, намаляване на употребата на конвенционални батерии и електронни отпадъци, като се насочваме към решения, по-съобразени с кръговата икономика.
Умни домове, които генерират и управляват собствената си енергия
Ако добавим всичко гореизброено към бума на фотоволтаичните инсталации, резултатът е идеята за... умен дом, способен да произвежда голяма част от необходимата му енергия И освен това, да се управлява автоматично, за да се извлече максимална полза. Вече не става въпрос само за поставяне на слънчеви панели на покрива, а за интегрирането им с домашна автоматизация, интелигентни контакти, системи за климатичен контрол и батерии за съхранение на енергия.
Свързаният дом може да открие колко слънчева радиация получава, нивото на производство на панелите и текущото си потребление на енергия. Оттам нататък задачи като зареждайте устройства и уреди по време на излишъкРегулирайте термостатите, преместете щорите, за да намалите използването на климатик, или дайте приоритет на зареждането на електрически превозни средства, когато енергията е по-изобилна или по-евтина.
В много случаи инсталирането на домашна автоматизация без слънчева енергия позволява известни спестявания, но все пак зависи от тарифите за електроенергия от мрежата. Истинската разлика идва, когато Къщата генерира собствено електричество, а автоматизацията решава кога и как да го използваС добри слънчеви панели е възможно да намалите сметката си с до около 80%, а ако добавите правилно оразмерена батерия, има сценарии, при които разходите за енергия се доближават почти до нула в определени периоди от годината.
Сред предимствата на тази комбинация се открояват следните: значително намаляване на сметките, по-голямо удобство, благодарение на възможността да контролирате всичко от мобилния си телефон или с глас, по-малък въглероден отпечатък и по-голяма устойчивостВ случай на прекъсване на електрозахранването, съоръжение, захранвано от батерии, с критични системи, захранвани от възобновяеми енергийни източници, може да продължи да работи, поддържайки основно осветление, комуникации и сигурност.
Пътят към постигането на този самодостатъчен дом обикновено се изминава на етапи: първо фотоволтаична инсталация, след това вграждане на интелигентни устройства (крушки, контакти, термостати, щори), след това батерия за съхранение на излишъци и накрая усъвършенствана автоматизация чрез системи за управление на енергията, които се учат от вашите навици и коригират потреблението почти невидимо.
Фотоволтаични системи и усъвършенствано управление в интелигентния дом
За да може един дом наистина да се възползва от своите слънчеви панели, е необходимо да се разбере как е съставен един слънчев панел. жилищна фотоволтаична система и как тя се интегрира с останалата част от домаОсвен панелите на покрива, има редица ключови компоненти, които позволяват слънчевата светлина да се преобразува в използваема енергия и да се управлява интелигентно.
Слънчевите панели са изградени от фотоволтаични клетки, обикновено силициеви, които Те преобразуват светлината в постоянен ток (DC)Техният брой, вид и разположение определят пиковата мощност на инсталацията. Те се монтират на фиксирани конструкции или соларни тракери, които оптимизират ориентацията им. Цялата тази енергия преминава през окабеляването до инвертора, истинският мозък на системата.
Инверторът преобразува постоянен ток (DC) в променлив ток (AC), който се използва в контактите и повечето домакински уреди. Той също така обикновено обработва... синхронизиране с мрежата, управление на електрическата безопасност и предоставяне на точни производствени данниЗаедно с окабеляването, защитните елементи и, където има такава, системата за съхранение (батерии или ESS), те допълват физическата част на системата.
Почти всички съвременни системи включват платформи за мониторинг Достъпно през уеб или приложение, можете да видите кривата на производство, потреблението на домакинствата и в някои случаи енергията, изнесена към мрежата. По-всеобхватни решения, като например хъбове за интелигентен дом, отиват още една крачка напред: те също събират информация от други устройства (щепсели, термостати, зарядни за автомобили) и ви позволяват да създавате автоматизации въз основа на тези данни.
Когато интегрирате производството на слънчева енергия с усъвършенствана система за домашна автоматизация, е възможно да се постигне интелигентно балансиране на натоварванетоАко се установи излишък и цените на електроенергията са високи, могат да се активират перални машини, термопомпите или зарядните устройства за автомобили. И обратно, ако къщата внася твърде много енергия от мрежата, консумацията на енергия може да се намали или несъществените товари да се изключат, за да се избегне превишаване на определени лимити или влизане в скъпи тарифни нива.
Можете също да използвате динамично ценообразуване и прогнозиране на цените. Например, ако се очаква значително увеличение на цените следобед и сутринта е слънчево, системата може да реши активирайте съдомиялната машина, загрейте предварително топлата вода или заредете батерията за да се достигнат тези моменти с максимално възможна съхранена енергия. По подобен начин, ако мрежата е много евтина по време на период на ниско производство на слънчева енергия, може да е по-рентабилно излишъкът да се съхранява за друг път.
В този сценарий батериите придобиват особено значение. Енергийният мениджър може да реши кога да се зарежда и разрежда въз основа на излишъка или недостига на слънчева енергия и цената на електроенергията от мрежата, като по този начин се максимизира независимостта. По този начин домът не само може да произвежда електроенергия, но и да я използва стратегически, като избягва пикове на внос и използва максимално всеки kWh.
Накрая, чрез комбиниране на данни за производството на слънчева енергия с интелигентен климатичен контрол, системата може за предварително отопление или охлаждане на домаТова включва използване на слънчевата радиация в определени моменти за акумулиране на топлина за битова гореща вода или активиране на вентилацията, когато разходите за енергия са по-ниски. В крайна сметка, това е още една стъпка към самоуправляващи се домове, които оптимизират комфорта и потреблението на енергия.
Уреди, захранвани със слънчева енергия, и други решения, работещи на слънце
Не става въпрос само за монтаж на големи покривни панели. Има все повече домакински уреди и устройства, работещи директно със слънчева енергияпредназначен за хора, които не искат (или не могат) да направят голяма първоначална инвестиция, но искат да намалят зависимостта си от мрежата и въздействието си върху околната среда.
Едни от най-разпространените продукти са преносими слънчеви зарядни устройства за мобилни телефони, таблети или други джаджиТе включват малки, сгъваеми панели, които улавят слънчевата светлина и я преобразуват в електричество, достъпно чрез USB портове. Колкото повече панели имат, толкова по-голяма е мощността им на зареждане и толкова по-малко време отнема зареждането на вашите устройства. Те са много полезни при походи, пътувания или в ситуации, когато няма електрически контакти наблизо.
Съществуват и системи от охранителни камери, захранвани от интегрирани слънчеви панелиТъй като обикновено се инсталират на открито, те могат да се възползват от пряката слънчева светлина, за да поддържат вътрешната батерия заредена през деня и да работят през нощта. Това значително намалява нуждата от окабеляване и улеснява монтажа на места, далеч от електрически контакти, като например алеи, градини или фасади на сгради.
Друга класика са слънчеви бойлериТези системи заместват или допълват конвенционалните бойлери и електрически бойлери. Те се състоят от външен слънчев термален колектор и резервоар, където се съхранява топлата вода. Те са особено подходящи за домове с добро слънцеизлагане, жилищни сгради и закрити плувни басейни, където могат да предложат значителни дългосрочни икономии.
Що се отнася до кухнята, освен използването на енергията, генерирана от фотоволтаични панели, за захранване на котлони, фурна или микровълнова печка, има слънчеви печки, които концентрират слънчевите лъчи, използвайки отразяващи повърхностиВъпреки че може да са обемисти, те достигат температури над 300°C, достатъчни за приготвяне на практически всяко ястие, без да се консумира електричество или газ.
Накрая, заслужава да се споменат системите на климатици, захранвани от слънчева енергияТе обикновено са малко по-скъпи от конвенционалните устройства, но ви позволяват да намалите консумацията на енергия от електрическата мрежа с между 35% и 50%, като същевременно поддържате подобен охладителен капацитет. Те могат да се изплатят само за няколко години, особено в топли климатични условия, където разходите за климатизация са много високи.
Всички тези решения, от малкото преносимо зарядно устройство до слънчевия климатик, споделят един и същ подход: да се използва директно енергията, налична в околната среданамаляване на сметките за електроенергия и свързаните с тях емисии, без да е необходима голяма инфраструктура или сложни строителни работи.
Общият знаменател на всички тези постижения е, че нашите домове, лични устройства и дори физическата ни активност започват да се трансформират в интелигентни енергийни източници и мениджъри. Чрез комбиниране на слънчеви панели, интелигентни контакти, системи за събиране на енергия, текстилни биогорива и здравословна доза автоматизация е възможно да се изгради много по-ефективна, комфортна и устойчива среда, където всеки жест, всеки слънчев лъч и всяка капка пот са от значение, когато става въпрос за захранване на технологиите, които ни заобикалят.
