خانه هوشمند

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: خانه هـای هـوشـمـنـد، تـرکـیـبـی از تـجـهـیـزات و زیرساخت‌هایی هستند که بـه کـمـک آن هـا، امـکـان مانیتورینگ و کنترل از راه دور خانه فراهم مـی شـود و مزایای زیر را به دنبال دارند:

• بهبود منحنی بار خانگی و در نتیجه کاهش مـیـزان تقاضا در ساعات اوج مصرف
• کاهش نرخ قبوض مشترکان از طریق مشـارکـت در برنامه‌های پاسخگویی بار و ...
• کاهش هزینـه هـای شـرکـت تـوزیـع (از جـملـه هزینه‌های نیروی کـار، هـزیـنـه هـای مـربـوط بـه برق دزدی، هزینه‌های مربوط به خطای قرائت و ...)
• افزایش امنیت و ایمـنـی افـراد از طـریـق تـبـادل اطلاعات با نهاد‌هایی مانند آتش نشانی و ...
• بهبود کیفیت زندگی (به عنـوان مـثـال تـنـظـیـم روشنایی و دمای خانه قبل از ورود)
• کاهش انتشار گازهـای گـلـخـانـه‌ای (بـا افـزایـش بهره وری، تولید برق تجدیدپذیر خانگی و ...)

فناوری‌های به کار رفته در خانه هوشمند را می‌توان بـه چهار دسته کلی تقسیم بنـدی کـرد؛ زیـرسـاخـت هـای اندازه گیری پیشرفته، نمایشگرها، تجهیزات اتوماسـیـون خانگی و سیستم مدیریت انرژی خانگی.
جایگاه این المان‌ها در شکل زیر نشان داده شده است. در ادامه به شـرح هـر یـک از ایـن مـوارد مـی پـردازیـم.

فناوری‌های به کار رفته در خانه هوشمند

۱) زیرساخت‌های اندازه گیری پیشرفته: با تبدیل کنتـورهـای الکترومکانیکی به کنتور‌های دیجیتالـی و در نـتـیـجـه تبدیل داده‌ها به داده‌های الکترونیکی، زمـیـنـه ایـجـاد ارتباط از راه دور با کنتور‌ها فراهم شد و بدین تـرتـیـب سیستم‌های AMR بوجود آمدنـد؛ ایـن سـیـسـتـم هـا قابلیت‌هایی را برای شرکت توزیع فراهم می‌کنـنـد کـه عبارتند از: دریافت خودکار داده‌های مصرف بـه صـورت ماهیانه، تشخیص خاموشی ها، شناسـایـی بـرق دزدی و همچنین قابلیت ترسیم منحنی بار مصرف کنندگان.

با پیشرفت این تکنولوژی کـه در ایـن مـرحلـه⁺AMR نامیده شد، قابلیت دریافت خودکار داده‌های مصرف بـه صورت ماهیانه و یا در زمان‌های مورد نـیـاز (حـتـی در بازه‌های یک ساعته) فراهم شد.

امـا تـا ایـن مـرحلـه هـمـچـنـان امـکـان مشـارکـت مصرف کنندگان در مدیریت مصرف انرژی ایجـاد نشـده بود و با هدف انجام این مهم، زیرساخت‌های اندازه گیری پیشرفته ((AMI بوجود آمدند. این سیستم‌ها تنها یـک کنتور هوشمند ساده نیستند و اجزای آن‌ها عبارتند از:

• کنتور هوشمند با امکان برقراری ارتباط دوسویه
• زیرساخت‌های ارتباطی که کنتور هوشـمـنـد را بـه اپراتور شبکه متصل می‌کنند. نکته قابـل تـوجـه در این زیرساخت ها، امکان برقراری ارتبـاط دو سـویـه میان کنتور هوشمند و اپراتور است. بدین تـرتـیـب امکان انتقال سیگنال‌های کنترلی از اپـراتـور شـبـکـه بـه خانه‌ها ایجاد می‌شود.
• شبکه خانگی ((HAN که برای اتصال یکپارچه تـجـهـیـزات اندازه گیری، اتوماسیون، نمایشگر‌ها و سیستم‌های مدیریـت انرژی موجود در خانه به کار گرفته می‌شود. این شبکه‌ها که متشکل از سخت افزار و نرم افزار هستند، مـوجـب افـزایـش توانایی مدیریت انرژی در ساختمان و همچنیـن تـکـمـیـل شبکه هوشمند می‌شوند. این شبکه نـیـز دارای ارتـبـاطـی دوسویه با کنتور هوشمند است.
• سیستم مدیریت داده‌های اندازه گیری که یک پایگـاه داده با ابزار‌های تحلیلی است و با سیستم‌های اطلاعاتـی دیـگـر نظیر GIS تعامل دارد و به منظور دریـافـت و بـارگـذاری و پردازش قرائت‌های کنتور و داده‌های دیگر بـه کـار مـی رود. باید توجه داشت که این سیستم باید دارای مکانیزمی بـرای
  اولویت بندی فایل‌های دریافتی از AMI باشد (مثلا بر اساس تاریخ قرائت و ...).

نصب و راه اندازی زیرساخت‌های اندازه گیری پیشرفته در کـنـار هزینه هایش، مزایای اقتصادی نیز به همـراه دارد.

۲) نمایشگرها: با ایجاد زیرساخت‌های انـدازه گـیـری پـیـشـرفـتـه، مصرف کنندگان می‌توانند اطلاعات مربوط به میزان مصـرف خـود و همچنین نرخ برق مصرفی را از طریق نمایشگر‌هایی که بـا ایـن هدف طراحی شده اند، مشاهده کنند. این نمایشگرها، هـمـانـطـور که از نامشان پیداست، به منظور نمایش اطلاعاتی از قبیل میـزان مصرف، نرخ برق مصرفی، اطلاعات مربوط به مشوق‌ها و ... بـه کـار می‌روند. تلویزیون، موبایل و کامپیوتر شخصی، هر یک م یتوانـنـد به عنوان نمایشگر در خانه هوشمند به کار گرفته شوند. تحقیقـات صورت گرفته در جهان نشان م یدهد که استفاده از نمایشـگـرهـا، موجب کاهش ۵ تا ۱۵ درصدی مصرف برق خانگی می‌شود.

۳) تجهیزات اتوماسیـون خـانـگـی: بـا بـه کارگیری زیرساخت هـای انـدازه گـیـری پیشرفته و نـمـایشـگـرهـای خـانـگـی، مصرف کنندگان می‌توانـنـد بـه صـورت آگاهانه تصمیم بگیرند که در مـدیـریـت مصرف انرژی خانه خود مشارکت کننـد یا خیر. اما برای مشارکت مؤثر مشترکان در این برنامه‌ها تنها آگاهی از اطلاعات مربوطـه کافی نیست و بایـد امـکـان نـظـارت و کنترل از راه دور تجهیـزات نـیـز بـرای آن‌ها فراهم شود. تجهیزات اتوماسـیـون خانگی با این هدف بوجود آمدند. این تجهیزات عبارتند از:

• سنسور‌ها
• کلید‌های اتوماتیک
• وسایل برقی هوشمند که تـوانـایـی پـاسـخ دهـی بـه سـیـگـنـال هـای تأمین کنندگان برق و مشتـرکـان را دارند؛ این امر پیـچـیـده تـر از یـک روشن و خاموش کردن ساده اسـت. به عنوان مثال یک فریزر هوشمـنـد می‌تواند سیکل یخ زایی خـود را بـه ساعات بعد از اوج مصرف مـنـتـقـل کند و بدین ترتیب به کاهش میـزان تقاضا در این ساعات کـمـک کـنـد.
• پریز‌ها و دوشاخه‌های هوشـمـنـد کـه وسایل برقی معمولـی را بـه وسـایـل برقی هوشمند تبدیل کرده و ارتـبـاط آن‌ها را با شبکه خانگی برقرار می‌کند.
• ترموستات هوشمند کـه وسـیلـه‌ای دیجیتالی است و امکان مانیتورینگ مصـرف انـرژی وسـایـل تـهـویـه و گرمایشی ـ سرمایشـی مـوجـود در خانه را برای مصرف کننـده فـراهـم می‌کند تا بـدین تـرتـیـب مصـرف کنندگان بتوانند به نوسانات قیـمـت برق، پاسخ داده و بار مصرفی خود را مدیریت کنند.

۴) سیستم‌های مدیریت انـرژی خـانـگـی: همانطور که پیشتر نـیـز اشـاره شـد، تمامی تجهیزات مـوجـود در خـانـه، از طریق شبکه خانگی به یکدیگر مـتـصـل خواهند شد؛ در قلب این شبکه، سیستم مدیریت انرژی قرار گـرفـتـه اسـت. ایـن سیستم از یک پردازشگر و یک گـذرگـاه (Gateway)، تشکـیـل شـده اسـت کـه مجـمـوع آن هـا گـذرگـاه هـوشـمـنـد (Networked Smart Gateway) نامیده می‌شود. جایگاه این المان در شـکـل بالا قابل مشاهده است. این تجهیز، واسطـی میان شبکه هوشمند کنترل شـونـده بـه وسـیلـه شـرکـت بـرق و تـجـهـیـزات مصرف کننده انرژی موجود در خـانـه هـا است. همچنین این وسیله اتصال مـیـان کنتور هوشمند، تجهیـزات مـربـوط بـه اتوماسیون و نمایشگر‌ها را به اینـتـرنـت برقرار می‌کند. علاوه بر این، سیستم‌های مدیریت انرژی خانگی وظیفه کنترل ایستگاه‌های شـارژ خودرو و همچنین واحد‌های تولید انرژی تجدیدپذیر خانگی را نیز بر عهده دارند. همانطور که اشاره شد یکـی از اجـزای سیستم مدیریت انرژی خانگی، گـذرگـاه هوشمند است. در ادامه کارکرد‌های ایـن المان را در یک خانه هوشمند مشـاهـده می‌کنید.

کارکرد‌های گـذرگـاه هوشمند در یک خانه هوشمند

۱) فراهم کردن اطلاعات برای مصرفکننده: گـذرگـاه هوشمند، وظیفـه جـمـع آوری اطـلاعـات مـربـوط بـه کنتور‌های هوشمند برق، آب و گاز و همچنین اطلاعـات مربوط به تجهیزات و وسایل برقی خانگی را بـر عـهـده دارد و همانطور که پیشتر نیز اشاره شد، این اطلاعـات را از طریق نمایشگر‌ها در اختیار مصرف کننـدگـان قـرار می‌دهد. همچنین شرکت برق می‌تواند از طـریـق ایـن تجهیز اطلاعات مربوط به مشوق‌های مالی مربوطه را به اطلاع مصرف کنندگان برساند. علاوه بر این مصرف کنندگان می‌تواننـد از طـریـق ایـن سیستم، سوابق مربوط به مصرف خود را نیز در اختـیـار داشته باشند؛ این اطلاعات به مصرف کنندگـان کـمـک میکند که الگوی مصرف خود را به درستـی تـعـیـیـن کنند.
۲) امکان کنترل بار بوسیله مصرفکننده نهـایـی: در کنار تعیین الگوی مصرف، مصرف کنندگان باید بتواننـد وسایل و تجهیزات موجود در خانه را کنترل کنند. ایـن امکان نیز به وسیله NSG، فراهم می‌شود. از طریق ایـن تجهیز، می‌توان الگوی عملکرد وسـایـل و تـجـهـیـزات خانگی را تنظیم کرد و یا بوسیله آن و از طریق اینترنت، دستورات کنترلی لازم را به صورت لحظـه‌ای بـه آن هـا منتقل کرد.
۳) امکان کنترل بار بوسیله شرکت توزیع: این کارکـرد در واقع همان اجرای برنامه پاسخگویـی بـار اسـت. بـه کمک NSG، عـلاوه بـر ایـنـکـه امـکـان پـاسـخ دهـی شرکت کنندگان در این برنامه به سیگنال هـای شـرکـت توزیع برای کاهش میزان مصرف، فراهم می‌شود، شرکت توزیع می‌تواند وسایل موجود در خـانـه هـا را بـه طـور مستقیم کنترل کند. بدین ترتیب زمینه اجرای صحیح و کامل برنامه‌های پاسخگویی بار فراهم می‌شود.
۴) مدیریت تولید برق خانگی (خورشید، باد و ...): این تجهیز، وظیفه جمع آوری و ارسال اطلاعات مـربـوط بـه میزان تولید برق خانگی و همچنین میزان تزریق مـازاد تولید برق به شبکه را به عهده دارد. در ضمن محاسبـات مربوط به تسویه حساب‌های مصرف بـرق از شـبـکـه و همچنین میزان تزریق برق به آن، بوسیله NSG صورت می‌گیرد.
۵) مدیریت شارژ خودرو‌های الکتریکی: رویکـرد NSG در زمان شارژ خودروها، مشابه با وسایل مصرفی خانگـی و در زمان تزریق برق باتری آن‌ها به شبکه، مشـابـه بـا تجهیزات تولید برق خانگی است. به این معنا کـه بـرای خودرو‌های الکتریکی امکان مدیریـت بـار دریـافـتـی از شبکه و بار تحویلی به شبکه را فراهم می‌کند.
۶) فراهم کردن خدمات ایمنی و امنیتی: NSG وظیفـه جمع آوری داده‌های مربوط به سنسور‌ها و دوربیـن هـای امنیتی را بر عهده دارد و این اطلاعات از طریق اینترنت، در اختیار مصرف کننده و نهادهـای مـربـوطـه مـانـنـد آتشنشانی، اداره پلیس و ... قرار می‌گیرد.
۷) ارائه خدمات جانبی: NSG با جـمـع آوری اطـلاعـات مربوط به هر یک از تجهیزات، امکان مانـیـتـوریـنـگ و عیب یابی وسایل را برای تولیدکـنـنـدگـانشـان فـراهـم می‌کند.

فیلمی از نمونه‌ای از ساختمان‌های هوشمند مجهز به فناوری‌های نوین در حوزه انرژی‌های سبز