Sistema de monitorització energètica intel·ligent: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

A Kerala (Índia), el consum d’energia es controla i es calcula amb freqüents visites de camp de tècnics del departament d’energia elèctrica per calcular la tarifa energètica, que és una tasca que requereix molt de temps, ja que hi haurà milers de cases a la zona. No hi ha cap disposició per comprovar o analitzar el consum energètic individual de les cases en un període de temps ni per crear un informe del flux d’energia en una àrea determinada. Aquest no és només el cas de Kerala, sinó també a molts llocs del món. Proposo un sistema intel·ligent de control de l’energia amb l’ajut d’Arduino per facilitar la inspecció, la supervisió, l’anàlisi i el càlcul de la tarifa energètica. El sistema carrega constantment dades de consum d’energia (mitjançant un identificador d’usuari únic) a una base de dades al núvol amb l’ajut de la connectivitat al núvol del dispositiu. A més, permetrà generar gràfics i informes específics de l’usuari o de l’àrea per analitzar el consum d’energia i el flux d’energia d’una casa individual o d’una regió.

Subministraments

1. Arduino Uno
2. Pantalla LCD
3. Sensor de corrent (ACS712)

Pas 1: Introducció

A Kerala (Índia), el consum d’energia es controla i es calcula mitjançant freqüents visites de camp de tècnics del departament d’electricitat / energia per al càlcul de la tarifa energètica, que és una tasca que requereix molt de temps, ja que hi haurà milers de cases a la zona. No hi ha cap disposició per comprovar o analitzar el consum energètic individual de les cases en un període de temps ni per crear un informe del flux d’energia en una àrea determinada. Aquest no és només el cas de Kerala, sinó també a molts llocs del món.

Aquest projecte implica el desenvolupament d’un sistema intel·ligent de control de l’energia que faciliti la inspecció, la supervisió, l’anàlisi i el càlcul de la tarifa de l’energia. El sistema permetrà, a més, generar gràfics i informes específics de l’usuari o de l’àrea per analitzar el consum d’energia i el flux d’energia. El mòdul del sistema al qual se li proporcionarà un codi d’usuari únic per identificar la unitat d’habitatge en particular on s’ha de mesurar el consum d’energia. El consum d’energia es controlarà amb l’ajut d’un sensor de corrent connectat a una placa Arduino mitjançant una connexió analògica. Les dades de consum d’energia i el codi d’usuari únic de l’usuari es penjaran a un servei dedicat al núvol en temps real. El departament d’energia accedirà i analitzarà les dades del núvol per calcular el consum d’energia individual, generar gràfics d’energia individuals i col·lectius, generar informes d’energia i per a una inspecció energètica detallada. Es pot integrar un mòdul de pantalla LCD al sistema per mostrar valors de mesura d’energia en temps real. El sistema funcionarà independentment si es connecta una font d’energia portàtil, com ara una bateria de cèl·lula seca o una bateria Li-Po.

Pas 2: flux de treball

L’objectiu principal d’aquest projecte és optimitzar i reduir el consum d’energia per part de l’usuari. Això no només redueix els costos energètics globals, sinó que també permetrà estalviar energia.

L'energia de la xarxa de CA es treu i es fa passar pel sensor de corrent que s'integra al circuit domèstic. El mòdul del sensor de corrent (ACS712) detecta el corrent de CA que passa per la càrrega i les dades de sortida del sensor s’envien al pin analògic (A0) de l’Arduino UNO. Un cop Arduino rep l'entrada analògica, la mesura de potència / energia es troba dins de l'esbós d'Arduino. La potència i l'energia calculades es mostren al mòdul de pantalla LCD. En l'anàlisi de circuits de corrent altern, tant el voltatge com el corrent varien sinusoidalment amb el temps.

Potència real (P): és la potència que fa servir el dispositiu per produir treballs útils. S'expressa en kW.

Potència real = Voltatge (V) x Corrent (I) x cosΦ

Potència reactiva (Q): sovint s’anomena potència imaginària, que és una mesura de la potència que oscil·la entre la font i la càrrega, que no fa cap treball útil. S'expressa en kVAr

Potència reactiva = Voltatge (V) x Corrent (I) x sinΦ

Potència aparent (S): es defineix com el producte de la tensió mitjana-quadrada (RMS) i del corrent RMS. Això també es pot definir com el resultat de la potència real i reactiva. S'expressa en kVA

Potència aparent = Voltatge (V) x Corrent (I)

La relació entre el poder real, el reactiu i l'aparent:

Potència real = Potència aparent x cosΦ

Potència reactiva = Potència aparent x sinΦ

Només ens preocupa el poder real per a l'anàlisi.

Factor de potència (pf): la proporció de la potència real a la potència aparent en un circuit s’anomena factor de potència.

Factor de potència = Potència real / Potència aparent

Per tant, podem mesurar totes les formes de potència i factor de potència mesurant la tensió i el corrent del circuit. A la secció següent es descriuen els passos adoptats per obtenir les mesures necessàries per calcular el consum d'energia.

El corrent altern es mesura convencionalment mitjançant un transformador de corrent. ACS712 va ser escollit com a sensor actual pel seu baix cost i la seva mida més petita. El sensor de corrent ACS712 és un sensor de corrent d'efecte Hall que mesura amb precisió el corrent quan és induït. Es detecta el camp magnètic al voltant del cable de corrent altern que dóna la tensió de sortida analògica equivalent. El microcontrolador processa la sortida de tensió analògica per mesurar el flux de corrent a través de la càrrega.

L’efecte Hall és la producció d’una diferència de tensió (la tensió Hall) a través d’un conductor elèctric, transversal a un corrent elèctric del conductor i un camp magnètic perpendicular al corrent.

Pas 3: proves

El codi font s’actualitza aquí.

La figura representa la sortida en sèrie del càlcul de l'energia.

Pas 4: prototip

Pas 5: referències

instructables.com, electronicshub.org