تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

چکيده – در اين مقاله ابتدا به تشريح خانه هوشمند و پرتکل های ارتباطی که از بخش های اصلی آن است و همچنين سيستم مديريت انرژی اين خانه ها پرداخته و سپس نتايج يک سيستم با ترکيب انرژی های نو، ذخيره کننده های انرژی و سيستم مديريت هوشمند خانه جهت مديريت هر چه بهتر انرژی مصرفی و پيک سايی در ساختمان های مسکونی بررسی خواهد شد .در سيستم پيشنهادی سخت افزار و نرم افزار مورد نياز جهت مديريت بهينه مصرف انرژی به منظور کاهش هزينه های مربوط به انرژی معرفی و يک نمونه از سيستم نيز به صورت عملی تست و پياده سازی شده است.
مقدمه
به طور کلی هر خانه ای که وسایلش با یکدیگر و با پیرامون خود در ارتباط باشند و توسط یک کنترل کننده مرکزی کنترل شوند را خانه هوشمند گویند .یک ساختمان هوشمند بنا به تعریف انستیتو ساختمان ها بنایی است که با استفاده از چند عنصر پایه: سازه، سیستم، خدمات، مدیریت و روابط درونی آن ها، محیطی مناسب و دارای صرفه اقتصادی ایجاد نماید.
اهدافی که با ساخت یک ساختمان هوشمند به دست می آید تقریباً تمام وجوه زندگی انسان را در برمی گیرد. بهره وری، راندمان بالا، ذخیره انرژی، سرگرمی، آسایش، پایین آوردن هزینه های زندگی و افزایش عمربنا، همه و همه نمونه هایی از این نوع اهداف است که با ساخت بناهای هوشمند به دست می آیند. البته با بکارگیری سیستم های هوشمند، مصرف انرژی بهینه گشته و با استفاده از این سیستم، انرژی همواره به طور معقول و منطقی مورد استفاده قرار می گیرد و به دلیل کنترل همه جانبه، تلفات آن به طور چشمگیری کاسته می شود.
سیستم مدیریت انرژی خانه های هوشمند، سیستمی است که قادر به تبادل دستورات بین مصرف کننده های انرژی خانگی و تأمین کنندگان انرژی جهت بهینه نمودن انرژی مصرفی می باشد .این نوع مشارکت بین سهامداران انرژی، منجر به کاهش قبض برق مصرف کننده و مدیریت بهتر پیک بارهای مصرفی توسط اداره های برق می گردد .شبکه های هوشمند یکی از سیستم های در حال ظهور بوده که شبکه ی برق مرسوم) سنتی (را با فناوری های اطلاعاتی و مخابراتی جدید جهت اصلاح بازدهی شبکه های برق) تولید، انتقال و توزیع( و مصرف ادغام می نماید . یکی از ویژگی های کلیدی شبکه های هوشمند ادغام منابع انرژی تجدید پذیر و ذخیره سازی انرژی در سمت مصرف توان الکتریکی است ویژگی کلیدی دیگر این سیستم موجب شده تا امکان ارتباط مصرف کننده ها و شرکت توزیع برق جهت به اشتراک گذاشتن مسئولیت مدیریت مصرف توان امکان پذیر شود .
اجزاء سیستم خانه هوشمند:
بطور کلی همانند دیگر سیستم های کنترلی خانه هوشمند نیز از ۵ بخش اصلی زیر تشکیل می شود:
کنترل کننده مرکزی (قلب سیستم)
پروتکل های ارتباطی
واسط کاربری (User Interface)
سنسور ها
عملگرها (Actuator)
تشريح و مقايسه پروتکل های خانه های هوشمند:
تشریح پروتکل ها:
در یک خانه هوشمند تمامی تجهیزات و تاسیسات بصورت یکپارچه عمل می کنند. شبکه ارتباطی که بین این تجهیزات ارتباط برقرار می کند با استاندارد های ارتباطی مختلف که پروتکل نامیده می شود داده ها را بین اجزاء مختلف ساختمان جابه جا می نماید. برای هوشمندسازی ساختمان و پیاده سازی سیستم های خانه هوشمند پروتکل های ارتباطی گوناگونی وجود دارد، که قدیمی ترین آن ها X10 و دوتا از رایج ترین پروتکل هاKNX زی ویو , می باشد. سازندگان مختلف بسته به نوع طراحی، محصولات هوشمند خود را بر پایه ی یکی از این استاندارد ها ارائه می کنند .این شبکه ارتباطی به طرق مختلفی و با پروتکل های هوشمند متفاوتی بسته به نوع طراحی خانه هوشمند قابل پیاده سازی می باشد، که گاهاً ممکن است این اطلاعات از طریق سیم برق منتقل شود مثل پروتکل X10و گاهی نیاز به کابل کشی مجزا است مثل پروتکل KNXو گاهی در پروتکل هایی همچون Z_wave این ارتباط بصورت وایرلس برقرار می شود .پروتکل های هوشمند سازی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند که رایج ترین آن ها عبارتند از:
زی ویو
زی ویو یک پروتکل ارتباطی دوطرفه بی سیم است که با اتحاد شرکت دانمارکی Zensys و زی ویو ارائه شد. این تکنولوژی برای توان ها و پهنای باندهای کم طراحی شده است .یعنی برای استفاده در کاربرد هایی مانند Home Automation و یا Sensor Network ها زی ویو یک شبکه با کیفیت بالا را در برابر قیمتی که معادل بخشی از قیمت تکنولوژهای مشابه آن می باشد در اختیار کاربران می گذارد که این امر با تمرکز برروی استفاده از پهنای باند کم و جایگزینی سخت افزارهای گران قیمت با روش های نرم افزاری امری ابتکاری است.گفتنی است که در این تکنولوژی از هیچگونه سیم کشی برای انتقال سیگنال های کنترلی استفاده نشده و این امر فقط به کمک سیگنال های RFصورت می پذیرد.
محدوده استفاده از زی ویو:
زی ویو عمدتاً از تکنولوژی RF برای Remote control ها استفاده می نماید. تکنولوژی زی ویو با مصرف انرژی کم، انتقال دوطرفه، تکنولوژی شبکه Mesh و پشتیبانی از “باتری به باتری” گزینه مناسبی برای سنسورها و دستگاه های کنترلی می باشد. تکنولوژی شبکه برای زی ویو می تواند دستورات را به صورت دو طرفه از یک وسیله به وسیله دیگری منتقل نماید درحالی که ممکن است موانع و یا نقاط کور رادیویی در محل موجود باشد. تکنولوژی زی ویو به صورت چیپ ست هایی به تنهایی در دسترس است .پروتکل زی ویو درون چیپ ها جاسازی شده و حافظه Flash جهت تولیدکنندگان این محصولات برای بارگذاری نرم افزارهایشان تعبیه شده است .برای راحتی ارائه محصولات طرح های از پیش آماده ای بر روی بردهای PCB درکنار چیپ های تکی زی ویو ارائه می شود که می توان به بردهای آنتن و فیلترها اشاره نمود .ما می توانید به کمک زی ویوتمامی وسایل خود را حتی زمانی که در خانه نیستید تحت کنترل داشته باشید. و این امر از طریق یک PC و با کمک اینترنت از هر نقطه از دنیا میسر خواهد بود. حتی با کمک موبایل نیز قادر به انجام بسیاری از این امور خواهید بود.
به دلیل اینکه زی ویو روی فرکانس خاص خود کار می کند با هیچ یک از دیگر وسایل بیسیم مثل تلفن های بیسیم، روترها و مودم ها و… تداخل نخواهد داشت. یکی از نکات قابل تأمل درخصوص زی ویو این است که بر روی کلیه سیستم های “با سیم” خانه های موجود نیز قابل اجرا بوده و امکانات جدید موجود درخانه های نسل بعد را برای شما مهیا می سازد.
توپولوژی و مسیریابی:
زی ویو از توپولوژی شبکه Mesh کامل استفاده می نماید و هیچ نقطه اصلی در شبکه وجود ندارد .یک پیام از A به C می تواند با موفقیت منتقل شود حتی اگر این دو نقطه یکدیگر را پوشش ندهند انتقال از طریق نقطه B بین این نقاط صورت می گیرد. اگر یک مسیر مقدم در دسترس نباشد صادرکننده پیام تلاش خواهد نمود مسیرهای دیگری را به سمت نقطه مقصد پیدا نماید. بنابراین یک شبکه زی ویومی تواند پوششی به مراتب بیش از یک واحد آپارتمان )چیزی در حدود0 ۳m) را داشته باشد. برای اینکه تجهیزات زی ویوبتوانند سیگنال هایی را که خودشان صادر نموده اند را منتقل نمایند، نمی توانند در حالت خواب (Standby) فرو روند بنابراین اکثر دستگاه هایی که با باطری کار می کنند به عنوان یک Repeater انتخاب نمی شوند. یک شبکه زی ویو می تواند شامل ۳۲1 واحد باشد. )که این تعداد با قابلیت پل زدن بین شبکه ها در صورت نیاز به تعداد واحد بیشتر قابل افزایش است(
مزیّت های زی ویو
• نصب بسیار راحت
• گسترده ترین بین سیستم های خانه هوشمند
• بدون نیاز به تخریب ، سیم کشی ویا تغییر دکوراسیون
X10
یکی از مهم ترین و پرفروش ترین سیستم های اتوماسیون در دنیا سیستم های مبتنی بر پروتکل X10 هستند. ارتباطات این بر سیستم ها بر روی سیم برق است و تمامی داده ها از این طریق منتقل می گردد.
برای ارسال هر بیت یک روی سیم، بر مبنای این پروتکل درون یک تناوب برق شهر، یک موج سینوسی 120 کیلوهرتز ارسال می گردد. و برای هر بیت صفر، هیچ موجی ارسال نمی شود. به همین دلیل نرخ ارسال بیت در پروتکل x 10شصت بیت در ثانیه است که دقیقا معادل 60 یا ۵0 هرتز فرکانس برق شهر است. لازم به ذکر است که این پروتکل یک طرفه است و فقط دستورات متعلق به هر آدرس را دو بار ارسال می کند و هیچ جوابی مبنی بر انجام عملیات دریافت نمی کند.
برای همین است که ضریب اطمینان سیستم به شدت کاهش می یابد.
هرچند با تمامی این مشکلات، سیستم آنقدر ارزان است که برای بسیاری از خانه ها این سیستم به صرفه ترین سیستم موجود است.
KNX
KNX- یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است و پروتکل اصلی اتحادیه اروپاست که در خانه های هوشمند به کار می رود، KNX یک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد قدیمی زیر می باشد:
European Home System Protocol (EHS)
Bati BUS
European Installation BUS (EIB)
در حال حاضر استاندارد KNX توسط انجمن Konnex مدیریت می شود. این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با لایه های فیزیکی، شیوه های Config و تجارب کاربردی EHS و Bati BUS گسترش یافته است. KNX فارغ از هرگونه Platform سخت افزاری طراحی شده است. یک وسیله در شبکه KNX می تواند توسط هرچیزی کنترل شود، از یک میکرو کنترلر 8 بیتی تا یکPC ، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید.
KNX بسترهای ارتباطی فیزیکی زیادی را تعریف می کند:
سیم کشی با کمک زوج بهم تابیده) برگرفته از استانداردهای EIB و(Bati BUS
شبکه برق ساختمان)برگرفته از استانداردهای EIB وEHS ، شبیه آن چیزی X1O که عمل می نماید (.
استفاده از امواج رادیویی
(Ethernet)که با عناوین KNX net/IP و یا EIB net/IP نیز شناخته می شود.
تفاوت ها:
تفاوت های اصلی پروتکل KNX پروتکل با زی ویو
دستگاه های دارای پروتکل زی ویو در هر نوع ساختمانی قابل اجرا هستند بدون اینکه سیم کشی ساختمان تغییر کند ولی برای نصب دستگاه های هوشمند دارای پروتکل KNX باید حتما سیم کشی ساختمان تغییر کند.
در صورت بروز مشکل در دستگاه هایی که پروتکل زی ویو دارند می توان حتی بدون تعویض آن بخش ماژول هم، روی آن کنترل داشت ولی در دستگاه های دارای KNX اگر هر بخشی به مشکل برخورد کند تنها راه تعویض کامل ماژول آن بخش است.
در مورد تفاوت اول می توان گفت که سیستم KNX در عین داشتن قدرت و امنیت بالا دارای یک اشکال بزرگ است و آن ایراد این است که سیستم KNX سیم کشی مخصوص خود را باید در ساختمان داشته باشد و همین امر باعث می شود که هوشمند سازی ساختمان در ساختمان هایی که چند سال است ساخته شده اند بسیار پرخرج باشد زیرا باید سیم کشی ساختمان تعویض شود و در بسیاری نقاط کنده کاری انجام شود که این مقرون به صرفه نیست ولی در هوشمند سازی بر اساس پروتکل زی ویو این مشکل وجود ندارد زیرا در این پروتکل نیاز به هیچ نوع سیم کشی جدیدی نیست و براحتی در هر نوع ساختمان بدون هیچ نوع تغییری در سیم کشی ساختمان می توان ساختمان را هوشمند سازی نمود حتی کلیدهای کنترلی نیز وایرلس و بیسیم هستند و نیاز به سیم کشی ندارند و این یکی از مزایای بسیار مهم در پروتکل زی ویو است.
در مورد تفاوت دوم نیز می توان گفت که یکی دیگر از ایرادات پروتکل KNX این است که اگر در این نوع سیستم هوشمند یکی از ماژول ها از کار بیافتد باید حتما آن ماژول و کلید های هوشمند آن کاملا تعمیر یا تعویض شوند تا بتوان کنترلی روی آن بخش داشت ولی در پروتکل زی ویو حتی اگر یک ماژول یا کلیدهای آن خراب شود می توان بصورت دستی کنترل آن بخش را هنوز در دست داشت و این یک مزیت بزرگ است زیرا ممکن است چند روز دسترسی به تعمیرکار نباشد و حداقل با کنترل دستی می توان نیاز ساختمان را برای چند این روز مرتفع نمود تا اینکه تعمیر شود در حالی که سیستم KNX امکان را فراهم نمی کند.
زی ویو در برابر X10:
زی ویو در برخی کاربردها نسبت به X10 دارای برتری می باشد در حالی که X10 سیگنال ها را بر روی خطوط قدرت ارسال می نماید و یک مبدل RF را به صورت انتخابی پیشنهاد می دهد، زی ویو کاملاً بر پایه RF استوار است. سیستم های زی ویوبسیار سریعتر از سیستم های X10پاسخگو می باشند و یک اعلام وصول را جهت حصول اطمینان از عدم مفقود شدن سیگنال بدون تولید خطا )یعنی در صورت مفقود شدن سیگنال حداقل بایستی خطا اعلام شود( مطالبه می نماید. سیستم های X10تقریباً یک ثانیه زمان برای ارسال دستور نیاز دارند درحالی که زی ویو ارسال دستور و اعلام وصول را در زمانی حدود ms 0۵ انجام می دهد .تقریباً غالب نقاط زی ویوخود به عنوان یک Repeater نیز عمل می نمایند، بنابراین وسیله شما نیازی ندارد که در پوشش کنترل شما قرار گیرد .زیرا تعدادی از وسایل در بین راه نقش قاصد انتقال پیام را بازی می کنند .
ضمناً زی ویو اساساً امنیت بیشتری را نسبت به X10 ارائه می نماید. هر کنترلر یک کد ۳۲ بیتی به عنوان home code دارد. وقتی این کنترلر برای یک شبکه استفاده می شود .اینhome code به تمام وسایل و ادواتی که به این شبکه ملحق شوند اختصاص می یابد. این قضیه را با X10که دارای home code 16 یا 4 home code بیتی است مقایسه نمایید. دستگاه های زی ویو پیام های ارسالی از home code های دیگر را دریافت می کند اما پاسخ و عکس العمل به آن نشان نمی دهند. یک حمله کننده حرف های قطعاً خواهد توانست یک پیام ساختگی ایجاد کند اما این امر هرگز اتفاقی رخ نخواهد داد.
یکی از ویژگی های کلیدی شبکه های هوشمند ادغام منابع انرژی تجدید پذیر و ذخیره سازی انرژی در سمت مصرف توان الکتریکی است. ویژگی کلیدی دیگر این سیستم موجب شده تا امکان ارتباط مصرف کننده ها و شرکت توزیع برق جهت به اشتراک گذاشتن مسئولیت مدیریت مصرف توان امکان پذیر شود. در این سیستم از
ترکیب قابلیت های منحصر به فرد خانه های هوشمند و انرژی های تجدید پذیر با هدف مدیریت و کاهش مصرف انرژی خصوصا در ساعات اوج مصرف استفاده شده است. در ساختار سیستم پیشنهادی برای برقراری ارتباط بین سیستم خورشیدی، تجهیزات هوشمند منزل و سرور مدیریت انرژی شرکت برق از یک میکروکنترلر تک تراشه ای استفاده شده است. .
پروتکل ارتباطی با بهره گیری از یک گیت برای ورودی خانه(H-Gateway) و یک سرور برای شرکت برق (U- Server) به صورت نرم افزاری و سخت افزاری انرژی مصرفی ساختمان را کنترل و مدیریت می کند. در ورودی خانه (H-Gateway)، یک سیستم تک تراشه ای جانمایی شده است که با مودم GSM ادغام شده و در محل مصرف نصب می گردد .سرور شرکت توزیع برق (U-Server) نیز دارای یک کامپیوتر است که در محل اداره نصب می شود .مصرف کننده و شرکت می توانند با تبادل پیام بین ورودی خانه ((H-Gateway و سرور شرکت توزیع برق (U-Server) توسط مودم GSM، انرژی جاری و مصرفی را مدیریت نمایند. شکل 1 مدل مفهومی از سیستم پیشنهادی را نشان می دهد.

تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

شکل (1) مدل مفهومی از سیستم پیشنهادی

۲-الزامات سیستم پیشنهادی
الزامات عملیاتی و غیرعملیاتی سیستم تحت مطالعه، توصیف شده است .برای طراحی بهینه ساختارهای سخت افزاری و نرم افزاری در سیستم پیشنهادی، الزامات زیر می بایست برآورده گردد.
۲-1 – الزامات عملیاتی
الزامات عملیاتی سیستم عبارتند از:
استفاده از مودم GSM جهت برقراری یک کانال ارتباطی دو طرفه بین ورودی خانه (H-Gateway) و سرور شرکت توزیع برق (U-Server) با استفاده از کانال ارتباطی ایجاد شده، (H-Gateway) باید قادر به دریافت پیک بازه های پیش بینی شده برای روز بعد، از طریق (U-Server) باشد.
میکروکنترلر لازم است مقادیر توان مصرفی اندازه گیری شده توسط سیستم های اندازه گیر را ذخیره نماید.
میکروکنترلر باید توانایی مدیریت منابع ذخیره کننده انرژی و انرژی های تجدید پذیر را براساس پیک مصرف داشته باشد.
مقادیر ذخیره شده ی توان مصرفی باید از (H-Gateway)ارسال و در پایگاه داده ی (U-Server) ذخیره گردد.
نرم افزار سمت (U-Server) باید مقادیر دریافت شده توسط مودم GSM را برای تجزیه به صورت /7۲۴ به اجرا در آورده و در پایگاه داده ذخیره کند.
در سمت (U-Server) برای فراهم نمودن رابطی برای مشترکین جهت مشاهده رفتار توان مصرفیشان باید وب سایتی ایجاد شود.
برای کنترل بارهای مختلف در خانه با استفاده از سیستم ارسال پیام (SMS) می توان لایه ی اضافی سرویسی به این مجموعه افزود.
۲-۲- الزامات غیر عملیاتی
الزامات غیرعملیاتی سیستم عمدتاً بر روی قابلیت اطمینان و نگهداری سیستم تمرکز دارد .به علاوه مشاهده و محسوس بودن سرویس های ارائه شده همچون وب سایت، سادگی و قابل دسترس بودن توسط تمامی مشترکین را به همراه دارد .در نهایت لازم است بارگذاری صفحات وب از وب سرور به سرعت صورت پذیرد، از این رو هاستینگ وب سایت بهتر است در محلی نزدیک در نظر گرفته شود.
۳- ساختار پیشنهادی سیستم
بر اساس الزامات سیستم ها، سخت افزار سیستم پیشنهادی می بایست دو بلوک پایه با نام های (H-Gateway)و را دارا (U-Server) باشد. شکل ۲ ساختار سخت افزاری سیستم تحت مطالعه را نشان می دهد.

تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

شکل (۲) ساختار سخت افزاری سیستم تحت مطالعه

بلوک (H-Gateway) متشکل از یک سلول خورشیدی، مبدل شارژ، باتری، اینورترDC/AC ، سیستم های اندازه گیری و مودم GSM است .جزئیات سخت افزار سیستم واقعی در شکل ۳ به نمایش در آمده است .همچنین در جدول زیر نوع تجهیزات مورد استفاده در شکل ۳ ذکر شده است.

تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

شکل (۳) تجهیزات سیستم پیشنهادی تحت مطالعه
نوع تجهیزات مورد استفاده در شکل3

شماره تجهیزات سیستم
1 باتری شارژر
2 ترانس اندازه گیر جریان
3 اینورتور
4 باتری
5 شارژر
6 ریزتراشه)میکروکنترولر(
7 بانک بار مصرفی
8 صفحات خورشیدی
9 مودم

در سیستم پیشنهادی توان مصرفی خانه هم از طریق شبکه های توزیع و هم از طریق سیستم خورشیدی تامین می شود. )می توان پنجره هوشمند را برای تولید انرژی به سیستم اضافه نمود .(انرژی صفحات خورشیدی در یک باتری ذخیره شده و سپس توسط مبدل به برق AC تبدیل می گردد. سیستم ذخیره کننده انرژی )باتری( می تواند هنگامی که خورشید در حال تابیدن است از طریق صفحات خورشیدی و در ساعت های افت و کاهش نور خورشید از طریق شبکه ی برق شارژ شود.
سناریوهای مختلف شارژ و کلیدزنی مبدل (DC/AC)بین شبکه ی برق و سیستم خورشیدی در بخش بعد مورد بحث قرار خواهد گرفت. برای فراهم ساختن ارتباط بین صاحب خانه و سرور شرکت توزیع، از مودم GSM استفاده می شود. سرویس تلفن همراه نیز یکی از بهترین گزینه ها برای برقراری ارتباط موثر در سیستم تحت مطالعه است.
بلوک U-Server در محل اداره برق قرار گرفته است. این بلوک یک سیستم کامپیوتری (hight-end PC) با امکان دسترسی به اینترنت است که مجهز به نرم افزار سیستم مدیریت انرژی توسعه یافته است.
کارکنان اداره برق و صاحب خانه از طریق شبکه جهانی وب و شبکه های همگانی موبایل امکان دسترسی به سرور و گیت خانه را دارا می باشند .هر کاربر با استفاده از نام کاربری، رمز عبور و سطح دسترسی)دسترسی متفاوت برای اعضای ویژه( به سیستم ورود پیدا می کند .کارکردهای نرم افزار سرور در بخش بعد تشریح خواهد شد.
شکل ۲ نمایی کلی از سخت افزار سیستم را نشان می دهد.
۴- مدل نرم افزاری سیستم پیشنهادی
نرم افزار پیشنهادی سیستم به سه بخش اصلی تقسیم می گردد:
ماژول کنترل انرژی جاری، ماژول مدیریت برقراری ارتباط و ماژول های سرویس .در ادامه توصیف کوتاهی از هر کدام بیان شده است:
-1۴ -ماژول کنترل انرژی جاری
این ماژول از سه تابع تشکیل شده است و در کنترل کننده ی بخش ورودی (H-Gateway)در خانه نصب می شود.
تابع (Random_Behaviour) :این تابع جهت مدلسازی بارها در خانه مورد استفاده قرار می گیرد.
)جهت مدلسازی رفتار بار مصرفی در خانه، مصرف توان به صورت تصادفی در نظر گرفته شده است(.
این :(Get_Power) تابع جریان را جهت محاسبه ی توان و تابع در نتیجه انرژی مصرفی قرائت می کند.
تابع :(Switch_Source) این تابع بر اساس ساعات پیک، بارهای مصرفی را به شبکه متصل می کند.
۲-۴ – ماژول ارتباطی
عملکرد اولیه ی این ماژول میسر ساختن ارتباط بین U-Server H-Geteway و برای اداره برق و صاحب خانه است. این ماژول برای تبادل پیام ها و فرامین جهت بهینه سازی بهتر انرژی مصرفی خانه مورد استفاده قرار می گیرد. در زیر توصیف مختصری از هر تابع ارائه شده است.
تابع :(Connect_GSM) ایجاد یک مسیر ارتباطی دو طرفه بین U-Server و H-Gatewayبا استفاده از مودمGSM .
تابع(Send_Peak_Hours): ارسال ساعات پیک مصرف انرژی از طریق پایگاه داده U-Server به مودم GSM در H-Server-GSM .modem
تابع (Receive_Peak_Hours) : دریافت ساعات پیک از طریق U-Serverو ذخیره آن ها در میکروکنترولر برای اهداف کنترلی.
تابع :Send_Consumptions ارسال توان مصرفی به صورت یک آرایه صحیح با ۲۴ درایه که هر درایه بیانگر 1 ساعت است.
۳-۴ – U-Server
این ماژول در U-Server توسعه یافته و ذخیره شده است. بخش های مختلف این ماژول عبارتند از:
تابع :Store_Readings ذخیره مقادیر قرائت شده در یک رکورد مناسب در پایگاه داده در U-Server.
تابع:(Display_Consumption) نمایش توان مصرفی برای کاربر بر روی وب سایت.
تابع :(Create_User) ایجاد یک کاربر و ذخیره اطلاعاتش در پایگاه داده.
تابع (SMS_Control): کنترل بارهای خانه از طریقSMS.
۵- سناریوهای انرژی جاری
ارتباط بین شرکت توزیع برق و مصرف کننده ها اعمال ترتیبی سیستم را تصمیم گیری می کند. همان گونه که شکل ۴ نشان می دهد، بخش عملیاتی زیر جهت مدیریت و بهینه سازی بهتر توان مصرفی صورت پذیرفته است که عبارتند از:
ابتدا با بهره گیری از مودم GSM ارتباطی بین ورودی خانه (H-Geteway) و سرور شرکت برق U-Server پدید می آید.
سپس به منظور کنترل مناسب منابع برق، از میکروکنترلر ساعات پیک پیش بینی شده برای روزهای آینده مطالبه خواهد شد. همچنین سرور شرکت برق هر روز ساعات پیک را برای پایگاه داده بروزرسانی خواهد نمود و این مقادیر را به تمامی گیت های ورودی مشترکین ارسال خواهد کرد.
پس از آن میکروکنترلر بر اساس ساعات پیک بازیابی شده تصمیم خواهد گرفت که تغذیه بار را بوسیله شبکه، منابع جایگزین یا هر دو انجام دهد. همچنین زمان شارژ باتری ها و استفاده از برق آن ها را نیز تعیین خواهد کرد.
قرائت توان مصرفی و ذخیره ان نیز توسط میکروکنترلر انجام خواهد شد. در پایان ۲۴ ساعت، این مقادیر به U-Server ارسال و اطلاعات پردازش خواهد شد و یک رکورد مناسب در پایگاه داده ذخیره می شود.
با استفاده از سرویس هایی که برای مشترکین فراهم خواهد شد، مشترکین قادر به دریافت رفتار مصرفی و صورتحساب هایشان از طریق وب سایت خواهند بود. به منظور ارائه ی اطلاعات بیشتر به صاحب خانه برای چگونگی مدیریت توان مصرفی خود، جداول مختلفی از مصرف مشترکین نمایش داده خواهد شد. همچنین صاحب خانه ها از طریق سیستم ارسال پیام (SMS) قادر به کنترل یک بار مشخص در خانه هایشان هستند .پیام توسط H-Gateway دریافت و جهت قطع و وصل بار مطلوب پردازش خواهد شد. شکل ۴ دیاگرام ترتیبی سیستم پیشنهادی را نشان می دهد.

تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

شکل (۴) دیاگرام ترتیبی سیستم

-6 پیاده سازی سیستم تحت مطالعه
در طرح پیک سایی از مدل قیمت گذاری بازه های مختلف تقاضای انرژی کشور استرالیا استفاده شده است. بازه های قیمت گذاری متناسب با مدل قیمت بر حسب کیلو وات ساعت/سنت (cent/KWh) در جدول 1نشان داده شده اند.
جدول (1) قیمت گذاری بازه ی زمانی

تاثير ترکيب انرژی های پاک و خانه های هوشمند در بهينه سازی مصرف انرژی

سیستم موجود برای سه رفتار توان مصر%