LoRaWAN a fotovoltika

Smartcity, LoRaWAN a fotovoltika: ako spojiť slnko, senzory a automatizáciu do jedného celku

Predstav si mesto, kde:

• strechy škôl, úradov a bytoviek sú pokryté fotovoltickými panelmi,

• budovy si výrobu elektriny merajú a riadia samé,

• prebytky energie sa využívajú rozumne – na nabíjanie áut, ohrev vody alebo napájanie technológií,

• celé to má pod kontrolou Loxone ako „mozog“ a LoRaWAN ako „nervová sústava“, ktorá zväzuje všetky senzory a merače dokopy.

Znie to ako sci-fi? V skutočnosti je to už dnes celkom reálne – a vôbec na to netreba jadrový výskum.

V tomto blogu si povieme po ľudsky:

• čo je smartcity a prečo v ňom fotovoltika a LoRaWAN dávajú zmysel,

• ako vyzerá technika ovládania a topológia zapojenia,

• aké úspory a výhody sa dajú dosiahnuť,

• ako do toho všetkého zapadá Loxone ako riadiaci systém.

1. Smartcity v praxi, nie v brožúre

Smartcity – inteligentné mesto – je pojem, ktorý sa často používa v marketingu. V praxi však znamená hlavne tri veci:

1. Meranie – mať čo najviac reálnych údajov (energia, doprava, voda, vzduch…).

2. Riadenie – vedieť na tieto údaje reagovať automaticky, nie len spätne v Exceli.

3. Prepojenie – jednotlivé systémy (osvetlenie, budovy, voda, doprava, fotovoltika…) sa navzájom vedia „porozprávať“.

Dlho sa riešilo len to, aby bolo mesto „lacnejšie na prevádzku“ – lacnejšie svetlá, lacnejšie kúrenie, menej únikov vody. Dnes sa do toho pridáva ešte jeden kľúčový prvok: vlastná výroba elektriny z fotovoltiky.

Prečo fotovoltika do smartcity patrí

• mestá a obce majú množstvo strešných plôch – školy, úrady, športové haly, parkovacie domy,

• fotovoltika vie výrazne znížiť náklady na elektrinu,

• v čase prebytkov (slnečné víkendy, prázdniny) je rozumné túto energiu použiť alebo uskladniť, nie „pustiť do siete za pár centov“.

A práve pri koordinácii výroby, spotreby a ukladania energie je dôležité mať:

• dáta (kto koľko vyrába a míňa),

• riadenie (čo sa má zapnúť/vypnúť),

• komunikačnú infraštruktúru.

Tu vystupuje na scénu LoRaWAN a Loxone.

2. Čo je LoRaWAN a prečo sa hodí k fotovoltike

LoRaWAN ľudskou rečou

LoRaWAN je druh bezdrôtovej siete na veľké vzdialenosti, ktorý:

• prenáša malé množstvo dát (napr. číslo z merača, stav senzora),

• funguje na nelicencovanom pásme okolo 868 MHz,

• má veľmi nízku spotrebu energie,

• zvládne komunikáciu na stovky metrov až kilometre.

Predstav si ho ako „mestský rozhlas pre senzory“ – namiesto hudby cez vzduch lietajú čísla: koľko elektriny vyrobil panel, koľko vody pretieklo vodomerom, či je baterka plná, či je parkovisko obsadené…

Prečo práve LoRaWAN?

V smartcity projektoch je veľa miest, kde sa neoplatí ťahať kábel ani montovať Wi-Fi:

• rozvodne a elektromerové skrine,

• strechy budov,

• vzdialené vodojemy, trafostanice,

• stĺpy verejného osvetlenia.

LoRaWAN tam vie dostať dáta za zlomok ceny oproti káblovému riešeniu. Každý merač alebo senzor dostane malý modul, ktorý:

• raz za čas posiela informácie,

• berie si toľko energie, že mu batéria vydrží roky.

3. Fotovoltické systémy v meste – čo všetko treba sledovať

Keď obec nainštaluje fotovoltiku na školy, úrady a haly, nie je to len o „paneloch na streche“. Dôležité sú tieto časti:

1. Panely a meniče (striedače) – vyrábajú elektrinu, posielajú ju do siete budovy alebo do batérií.

2. Merače výroby – aby sme vedeli, koľko panel vyrobil.

3. Merače spotreby – koľko budova skutočne minula (celkovo, alebo po sekciách – kuchyňa, ventilácia, bazén…).

4. Bateriové úložiská – kde sa prebytočná energia môže uskladniť.

5. Riadené záťaže – zariadenia, ktorým nevadí, že bežia „podľa počasia“ – ohrev vody, čerpadlá, klimatizácia, nabíjačky áut, verejné osvetlenie.

A teraz si k tomu domysli, že takéto systémy máš na:

• 5 školách,

• 3 športoviskách,

• 2 administratívnych budovách,

• plus niekoľko menších objektov (obecný úrad, kultúrny dom…).

Bez dobrej komunikácie by to bolo peklo – desiatky samostatných aplikácií, portálov a grafov.

4. Topológia: ako spojiť PV, LoRaWAN a Loxone do jedného celku

Poďme na jednoduchý obrázok „v hlave“ – bez čiarových schém, len logiku.

4.1 Na úrovni budovy

Každá budova má:

• fotovoltický menič (alebo viac),

• elektromer výroby,

• elektromer spotreby (alebo viac podružných meračov),

• prípadne batériové úložisko,

• lokálny Loxone Miniserver alebo iný riadiaci systém budovy.

Merače môžu byť:

• priamo LoRaWAN elektromery,

• alebo klasické merače s impulzným výstupom, ku ktorým sa pridá LoRa senzor (napr. impulzný modul).

Tieto LoRa zariadenia posielajú informácie o:

• aktuálnej výrobe,

• spotrebe,

• stave batérie,

• prípadne ďalších hodnotách (teplota, stav ističov…).

Informácie letia do najbližšej LoRaWAN brány – tá môže byť na streche tej istej budovy alebo na inom mestskom objekte.

4.2 LoRaWAN brány a sieť

Brány sú „zberné body“:

• počúvajú signály zo všetkých LoRa zariadení v okolí,

• prenášajú ich cez internet (optika, DSL, LTE) do centrálneho servera.

Na mesto veľkosti niekoľko tisíc až desaťtisíc obyvateľov často stačia 2–4 brány rozmiestnené na strategických miestach.

Topológia je:

PV merače → LoRa modul → LoRaWAN brána → internet → server

4.3 Centrálny server a Loxone

Na serveri beží IoT platforma (cloud), ktorá:

• prijíma všetky dáta z LoRaWAN,

• triedi ich podľa budovy a typu merača,

• ukladá históriu a grafy,

• vie posielať alarmy (napr. výpadok meniča, nulová výroba v slnečný deň, preťaženie ističa).

Od tejto platformy sú dve možnosti:

1. Priama vizualizácia – správa mesta sleduje grafy spotreby, výroby, stav batérií a prípadné poruchy.

2. Integrácia s Loxone – Loxone (v jednej dôležitej budove alebo ako centrálny „energetický mozog“) si tieto údaje berie cez:

   • MQTT,

   • alebo HTTP/REST rozhranie.

V Loxone potom vidíme:

• prehľad výroby a spotreby na všetkých objektoch,

• môžeme podľa toho automaticky ovládať záťaže – napr. zapnúť ohrev vody, keď je prebytok, alebo znížiť výkon klimatizácie v čase špičky.

5. Technika ovládania – ako to reálne funguje

Skúsme konkrétne scenáre, aby to nebola len teória.

Scenár 1: Prebytok energie na škole – ohrev vody v športovej hale

1. Slnečný deň, žiaci sú v škole, beží výučba.

2. Fotovoltika na streche školy vyrába viac, než škola práve míňa.

3. Merač výroby a spotreby posiela údaje cez LoRaWAN do servera.

4. Server (alebo Loxone) vidí, že v sieti školy je prebytok napr. 10 kW.

5. Systém pošle cez LoRaWAN alebo IP príkaz Loxone v športovej hale:

   • zapni ohrev vody v zásobníku,

   • prípadne zapni nabíjanie batérie alebo elektromobilu.

Takto sa energia využije lokálne a nie je potrebné ju predávať do distribučnej siete za nízku výkupnú cenu.

Scenár 2: Riadenie verejného osvetlenia podľa výroby fotovoltiky

V meste je fotovoltika na strechách budov, ale zároveň aj v malých ostrovných systémoch – napríklad na parkoviskách či cyklotrasách.

LoRaWAN:

1. sleduje stav batérie a výrobu z panelov,

2. Loxone alebo iný riadiaci systém dostáva informáciu o tom, koľko energie je k dispozícii,

3. podľa toho nastaví intenzitu osvetlenia – ak je batéria plná, svieti sa viac; ak je nízka, systém plynulo stlmí svetlá a prioritizuje bezpečnostné úseky.

Scenár 3: Ochrana hlavného ističa a špičkové tarify

Veľké budovy alebo celé mestské trafostanice majú omezenú hodnotu hlavného ističa. Prekročenie môže znamenať:

• vyššie poplatky za rezervovanú kapacitu,

• riziko výpadku.

LoRaWAN merače na jednotlivých vetvách (školy, Úrad, športoviská) posielajú:

• aktuálnu spotrebu,

• stavebné hodnoty.

Loxone na základe týchto dát vie:

• dočasne obmedziť „neurgentné“ záťaže (ohrev TUV, nabíjačky áut, klimatizácia),

• spúšťať ich v čase, keď klesne odber alebo keď fotovoltika vyrába viac.

6. Úspory a efektivita – kde sa berú peniaze

6.1 Priama úspora na energiách

Kombinácia:

• fotovoltika (lacná elektrina zo slnka),

• LoRaWAN meranie (presný prehľad o výrobe a spotrebe),

• Loxone riadenie (inteligentné zapínanie/ vypínanie záťaží)

umožní:

• maximalizovať vlastnú spotrebu vyrobenej energie,

• minimalizovať odber v drahých časoch (špička),

• obmedziť zbytočné „bežanie“ zariadení, keď energia nie je k dispozícii.

Pri veľkom meste môžu úspory dosiahnuť desiatky percent z pôvodnej faktúry za elektrinu.

6.2 Úspora na prevádzke a údržbe

• všetky dôležité údaje sú centrálne dostupné,

• poruchy meničov, batérií alebo meračov sa ukážu v systéme – nemusí ich nikto manuálne hľadať,

• reporty pre dotácie, legislatívu a environmentálne projekty vznikajú „na klik“.

6.3 Rozumné investovanie

Keď má mesto tvrdé dáta:

• ktorá budova koľko vyrába a míňa,

• kde sa prebytky často posielajú do siete,

• kde je spotreba vyššia než by mala byť,

vie lepšie rozhodnúť:

• kde pridať ďalšie panely,

• kde sa oplatí doplniť batériu,

• kde má zmysel vymeniť staré technológie.

Bez dát sú investície často „pocitové“ – s dátami z LoRaWAN+Loxone sú cielené.

7. Výhody integrácie s Loxone

Prečo vôbec ťahať Loxone do hry, keď už máme LoRaWAN platformu?

7.1 Jeden „dashboard“ pre správcov

Loxone je silný v:

• vizualizácii,

• jednoduchom nastavovaní logiky (bloky namiesto programovania),

• mobilnej aplikácii pre bežných používateľov.

Ak na Loxone napojíme LoRaWAN dáta:

• technici vidia na jednej obrazovke stav budov, výrobu z fotovoltiky, teploty, spotreby,

• môžu odtiaľ ovládať aj ďalšie technológie – osvetlenie, kúrenie, vetranie, závlahu, nabíjačky.

7.2 Škálovanie – od jednej školy po celé mesto

Z Loxone sa dá začať „na malom“:

• prvý projekt môže byť jedna budova s fotovoltikou a meraním,

• postupne sa pridajú ďalšie budovy,

• následne LoRaWAN senzory na verejné osvetlenie, parkovanie, vodu…

Vďaka standardom (MQTT, HTTP) nie je problém, že časť zariadení je od rôznych výrobcov – všetko sa dá integrovať.

7.3 Scenáre, ktoré by LoRaWAN sám nezvládol

LoRaWAN je skvelý na:

• prenos dát,

• jednoduché alarmy.

Loxone je dobrý na:

• zložitejšie logické väzby,

• časové scenáre (ak toto, tak tamto),

• kombinovanie rôznych údajov (svetlo, teplota, obsadenosť, výroba energie).

Spolu tak dokážu veci typu:

• „ak je horúci letný deň, fotovoltika vyrába naplno a teplota v telocvični stúpa nad 28 °C, zapni chladenie, ale len ak nie je aktuálne špičkový tarif“ – to je už pekne okrúhle smartcity použitíčko.

8. Prečo sa tomu oplatí venovať práve teraz

Ceny energií sú vysoké a nikto nezaručí, že v budúcnosti klesnú na úroveň spred pár rokov. Zároveň:

• dotácie na fotovoltiku a úsporné opatrenia sú stále dostupné,

• požiadavky na energetickú efektívnosť budov sa sprísňujú,

• obyvatelia aj štát viac sledujú, ako sa mesto správa k životnému prostrediu.

Investícia do kombinácie:

• fotovoltika,

• meranie a riadenie cez LoRaWAN,

• centrálny „mozog“ v podobe Loxone

nie je len o pekných „chytrých grafíkoch“. Je to o:

• reálnych úsporách,

• lepšom komforte v budovách,

• modernom imidži mesta alebo firmy.

9. Zhrnutie

1. Fotovoltika znižuje náklady na elektrinu, ale naozaj výhodná je až vtedy, keď vieme presne, kto koľko vyrába a míňa, a keď dokážeme prebytky inteligentne využiť.

2. LoRaWAN nám lacno spojí desiatky budov, meračov a senzorov, aj keď sú od seba ďaleko a bez káblov – je to nervová sústava smartcity.

3. Loxone do toho prináša mozog – na základe dát dokáže ovládať technológie, optimalizovať spotrebu a urobiť z mesta naozaj inteligentný organizmus, nie len súbor izolovaných ostrovčekov.