Sistema di monitoraggio intelligente dell'energia: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

In Kerala (India), il consumo di energia viene monitorato e calcolato da frequenti visite sul campo da parte dei tecnici del dipartimento energia elettrica per il calcolo della tariffa energetica, un'operazione che richiede tempo poiché ci saranno migliaia di case nella zona. Non è previsto il controllo o l'analisi del consumo energetico individuale delle abitazioni in un periodo di tempo né la creazione di un report del flusso energetico in una determinata area. Questo non è solo il caso del Kerala, ma in molti luoghi del mondo. Propongo un sistema di monitoraggio energetico intelligente con l'aiuto di Arduino per facilitare l'ispezione, il monitoraggio, l'analisi e il calcolo della tariffa energetica. Il sistema carica costantemente i dati di consumo energetico (utilizzando un ID utente univoco) su un database cloud con l'aiuto della connettività cloud del dispositivo. Consentirà inoltre di generare grafici e report specifici dell'utente o dell'area per analizzare il consumo di energia e il flusso di energia di una singola casa o di una regione.

Forniture

1. Arduino Uno
2. Display LCD
3. Sensore di corrente (ACS712)

Passaggio 1: Introduzione

In Kerala (India), il consumo di energia viene monitorato e calcolato da frequenti visite sul campo da parte dei tecnici del dipartimento energia elettrica per il calcolo della tariffa energetica, un'operazione che richiede tempo poiché ci saranno migliaia di case nella zona. Non è previsto il controllo o l'analisi del consumo energetico individuale delle abitazioni in un periodo di tempo né la creazione di un report del flusso energetico in una determinata area. Questo non è solo il caso del Kerala, ma in molti luoghi del mondo.

Questo progetto prevede lo sviluppo di un sistema di monitoraggio energetico intelligente che faciliterà l'ispezione, il monitoraggio, l'analisi e il calcolo delle tariffe dell'energia. Il sistema consentirà inoltre di generare grafici e report specifici dell'utente o dell'area per analizzare il consumo e il flusso di energia. Il modulo impianto a cui verrà attribuito un codice utente univoco per identificare la particolare unità abitativa in cui misurare il consumo energetico. Il consumo energetico verrà monitorato con l'ausilio di un sensore di corrente interfacciato ad una scheda Arduino tramite connessione analogica. I dati di consumo energetico e il codice utente univoco dell'utente verranno caricati su un servizio cloud dedicato in tempo reale. I dati del cloud saranno accessibili e analizzati dal dipartimento dell'energia per calcolare il consumo energetico individuale, generare grafici energetici individuali e collettivi, generare report energetici e per un'ispezione energetica dettagliata. Un modulo display LCD può essere integrato nel sistema per visualizzare i valori di misurazione dell'energia in tempo reale. Il sistema funzionerà in modo indipendente se è collegata una fonte di alimentazione portatile come una batteria a secco o una batteria Li-Po.

Passaggio 2: flusso di lavoro

L'obiettivo principale di questo progetto è ottimizzare e ridurre l'utilizzo del consumo energetico da parte dell'utente. Ciò non solo riduce i costi energetici complessivi, ma consente anche di risparmiare energia.

L'alimentazione dalla rete CA viene prelevata e fatta passare attraverso il sensore di corrente integrato nel circuito domestico. La corrente alternata che passa attraverso il carico viene rilevata dal modulo sensore di corrente (ACS712) e i dati in uscita dal sensore vengono inviati al pin analogico (A0) di Arduino UNO. Una volta ricevuto l'ingresso analogico da Arduino, la misura di potenza/energia è all'interno dello sketch Arduino. La potenza e l'energia calcolate vengono quindi visualizzate sul modulo display LCD. Nell'analisi del circuito CA, sia la tensione che la corrente variano sinusoidalmente nel tempo.

Potenza reale (P): questa è la potenza utilizzata dal dispositivo per produrre lavoro utile. È espresso in kW.

Potenza reale = Tensione (V) x Corrente (I) x cosΦ

Potenza reattiva (Q): questa è spesso chiamata potenza immaginaria che è una misura della potenza che oscilla tra sorgente e carico, che non fa alcun lavoro utile. È espresso in kVAr

Potenza reattiva = Tensione (V) x Corrente (I) x sinΦ

Potenza apparente (S): è definita come il prodotto della tensione quadratica media (RMS) e della corrente efficace. Questa può essere definita anche come la risultante della potenza reale e reattiva. È espresso in kVA

Potenza apparente = Tensione (V) x Corrente (I)

La relazione tra potenza reale, reattiva e apparente:

Potenza reale = Potenza apparente x cosΦ

Potenza reattiva = Potenza apparente x sinΦ

Ci interessa solo il potere reale per l'analisi.

Fattore di potenza (pf): Il rapporto tra la potenza reale e la potenza apparente in un circuito è chiamato fattore di potenza.

Fattore di potenza = Potenza reale/Potenza apparente

Pertanto, possiamo misurare tutte le forme di potenza e il fattore di potenza misurando la tensione e la corrente nel circuito. La sezione seguente illustra i passaggi necessari per ottenere le misurazioni necessarie per calcolare il consumo di energia.

La corrente alternata viene convenzionalmente misurata utilizzando un trasformatore di corrente. ACS712 è stato scelto come sensore di corrente a causa del suo basso costo e delle dimensioni ridotte. Il sensore di corrente ACS712 è un sensore di corrente ad effetto Hall che misura accuratamente la corrente quando indotta. Viene rilevato il campo magnetico attorno al filo CA che fornisce la tensione di uscita analogica equivalente. L'uscita di tensione analogica viene quindi elaborata dal microcontrollore per misurare il flusso di corrente attraverso il carico.

L'effetto Hall è la produzione di una differenza di tensione (la tensione di Hall) attraverso un conduttore elettrico, trasversale a una corrente elettrica nel conduttore e un campo magnetico perpendicolare alla corrente.

Passaggio 3: test

Il codice sorgente è aggiornato qui.

La figura mostra l'uscita seriale dal calcolo dell'energia.

Passaggio 4: prototipo

Passaggio 5: riferimenti

instructables.com, electronicshub.org