Ideen om enheder, der fungerer af sig selv, uden stik eller engangsbatterier, lød som science fiction for et par år siden. I dag, takket være kombinationen af forbundet hjem, solenergi, bioteknologi og smart styringDet er meget tættere på at blive almindeligt. Fra låse eller sensorer, der drives af et simpelt håndledsbevægelse, til tekstilplaster, der genererer elektricitet fra sved, ændrer landskabet sig med halsbrækkende hastighed.
I denne sammenhæng fremstår Smarte enheder, der genererer deres egen energiEn familie af løsninger, der ikke kun sparer på kabler og batterier, men også bedre udnytter den energi, vi allerede har til rådighed: sollys, varme, bevægelse eller endda de kemiske forbindelser i vores kroppe. Lad os roligt og med meget specifikke eksempler se på, hvordan alt dette fungerer, og hvilken indflydelse det kan have på hjemmet, sundheden, sporten og hverdagen.
Energiopsamling derhjemme: enheder, der er selvforsynede af bevægelse
Ingeniører og forskningscentre har længe fantaseret om udvinde energi fra stort set altLyden af sko, der gnider mod jorden, mens du går, biler, der kører forbi på vejen, eller endda vibrationerne fra en bro. I årevis forblev det mere i laboratoriet end i stuen, men nylige teknologimesser som CES i Las Vegas har vist et klart skift: disse ideer begynder at tage form som virkelige produkter designet til det forbundne hjem.
En af de virksomheder, der har gjort mest væsen af det, er Gemns, der specialiserer sig i det, der er kendt som energihøstning anvendt til hjemmeautomationDeres forslag er baseret på små moduler, der er i stand til at generere en kort, men tilstrækkelig elektrisk puls fra en hverdagsbevægelse, ligesom triboelektriske sensorerAt dreje på en knap, trykke på en kontakt eller bevæge et håndtag. Den puls vil selvfølgelig ikke forsyne et køleskab med strøm, men den vil sende et robust trådløst signal til andre enheder i huset.
Hjertet i deres system er en enhed, der i størrelse ligner en stor mønt. Indeni er en Magneten roterer hurtigt i en mikrogenerator Når brugeren udfører en mekanisk handling (for eksempel at åbne en dør), inducerer denne bevægelse en elektrisk strøm, der lagres i en kondensator og næsten øjeblikkeligt aflades for at drive et lille radiofrekvensmodul. Den genererede energi varer kun et øjeblik, men det er mere end nok til, at den smarte lås modtager kommandoen, eller til at en sensor advarer om, at døren er blevet åbnet.
Mere avancerede modeller, såsom Gemns G200, bruger disse pulser til mere end blot en simpel "tænd/sluk"-funktion. I en smart lysdæmper, for eksempel, Bevægelsen med at trykke eller dreje kan oversættes til kommandoer til at dæmpe lyset.Dette giver dig mulighed for at tænde en lampe, der er placeret et andet sted i rummet, eller aktivere forudkonfigurerede scener, alt sammen uden en kontinuerlig strømforsyning eller batterier, der skal udskiftes. Teknisk set taler vi om snesevis af milliwatt, der genereres øjeblikkeligt: kort tid, men mere end nok strøm til de lavenergiradioer, der bruges i Zigbee, Thread eller andre hjemmeautomationsprotokoller.
Den vigtigste praktiske konsekvens af denne tilgang er, at Ledningsføring og batterivedligeholdelse undgås. i hele hjemmet. Installation af dør-/vinduessensorer, trådløse kontakter eller vægbetjening kræver ikke længere byggearbejde eller bekymring for at løbe tør for batterier. Da de er selvstændige moduler, kan de desuden nemt flyttes, hvis husets layout ændres.
Trådløs opladning og omgivende lys: alternativer uden stik eller batterier
Bevægelse er ikke den eneste energikilde, der er tilgængelig for disse smarte enheder. Andre virksomheder undersøger Trådløse strømmetoder baseret på energifelter, lys eller små solpanelerprimært designet til låse, sensorer og kameraer med lavt strømforbrug, der ikke kræver en høj kontinuerlig strøm.
Et slående eksempel er Willo, som arbejder med ægte trådløse opladningsløsninger: i stedet for at placere enheden på en induktionsbase, en energifelt, der er i stand til at drive enheder placeret inden for en bestemt radiusuden behov for fysisk kontakt. Ideen er, at flere sensorer eller aktuatorer i samme rum kan modtage den nødvendige energi uden at være afhængige af kabler.
Et andet anderledes forslag er AuraCharge fra firmaet Lockin. I dette tilfælde er transmissionen baseret på en rettet lysstråle, der bærer energi op til et par meter vækForudsat at der er frit udsyn. Dette er især nyttigt til smarte låse på indvendige eller udvendige døre, hvor det ikke giver mening at installere et stort solpanel, men hvor en velorienteret lyskilde kunne placeres.
Ud over alt dette tilføjer producenterne små miniaturiserede solpaneler i sensorer og andre gadgets Disse paneler erstatter ikke altid batteriet fuldstændigt, men de gør det muligt at holde det opladet ved at udnytte omgivende lys, hvad enten det er naturligt eller kunstigt. På denne måde forlænges batterilevetiden i måneder eller år, og brugeren behøver næsten ikke bekymre sig om noget.
Det er værd at bemærke, at hovedmålet i de fleste af disse tilfælde ikke så meget er massive energibesparelser som komfort og reduceret vedligeholdelse. Sikkerhedssensoren kan forbruge mindre end 0,5 WMange låse kan køre i månedsvis på et simpelt sæt alkaliske batterier. Det, der ændres med disse teknologier, er, at de minimerer behovet for at rejse til ubelejlige steder for at skifte batterier, og i øvrigt reducerer mængden af genereret affald.
Ifølge virksomheder som Gemns ligger den reelle pris i Placer enheder på komplekse steder, og tjek dem ofteHvis den opgave forsvinder, fordi selve handlingen at åbne en dør eller tænde lyset i stuen holder alt kørende, bliver systemet mere skalerbart og bæredygtigt, især når vi taler om hundredvis eller tusindvis af sensorer i en bygning eller kritisk infrastruktur.
Hvor disse selvdrevne enheder skinner (og hvor de ikke gør)
Energihøstningsteknologier, energifelter eller mini-solpaneler passer særligt godt ind enheder, der ikke behøver at være altid aktiveI stedet fungerer de baseret på "hændelser" eller specifikke handlinger. En lås, der kun kræver et enkelt tryk for at åbne, en åbningssensor, der sender et signal, når den registrerer bevægelse, eller en kontakt, der sender en radiokommando, hver gang du trykker på den, er perfekte kandidater.
Men for enheder som videoovervågningskameraer, stemmeassistenter, routere eller hjemmeautomatiseringshubs, der kræver kontinuerlig strømforsyning og betydeligt højere effektDisse løsninger er endnu ikke brugbare som primær energikilde. Stikkontakter og i bedste fald højkapacitetsbatterier forbundet med konventionelle solpaneler er stadig de mest fremtrædende.
Designet af selvdrevne enheder drejer sig normalt om det samme princip: at opfange forbigående energi, lagre den kortvarigt og frigive den på en kontrolleret mådeDette opnås ved hjælp af højkapacitetskondensatorer eller små lagringssystemer, der oplades med hver bevægelse eller med den modtagne stråling. Derefter bestemmer et elektronisk kredsløb med ultralavt strømforbrug, hvordan og hvornår dette lille energireservoir skal bruges.
Integreret i et smart home-økosystem tilbyder disse enheder et enormt potentiale. Det anslås, at millioner af hjemmesensorer kan installeres uden behov for regelmæssig vedligeholdelse, hvilket reducerer mængden af kasserede batterier og gør det lettere for hjem og bygninger at integrere smart home-teknologi. tætte netværk af måle- og kontrolpunkterDa de er kompatible med lavenergiprotokoller som Zigbee eller Thread, kan de desuden sameksistere med andre enheder på markedet uden at skabe lukkede teknologiske "øer".
Kort sagt handler det om at vælge sine kampe med omhu: Ikke alle gadgets kan undvære et batteri.Der er dog en meget bred vifte af anvendelser, hvor det er muligt, og desuden giver det stor økonomisk og miljømæssig mening.
Smarte stik: Få mest muligt ud af den energi, du allerede genererer derhjemme
Ud over at generere miniatureenergi involverer en central del af den indenlandske revolution administrer den elektricitet, vi allerede producerer eller køber, klogtDet er her, smarte stik kommer ind i billedet, små adaptere, der tilsluttes enhver stikkontakt og giver dig mulighed for at automatisere et almindeligt husholdningsapparat på farten.
Et smart stik placeres mellem væggen og den enhed, du vil styre, og fungerer som en switch, der kan styres via Wi-Fi, Zigbee eller lignende protokoller. Takket være en app, en stemmeassistent eller et centraliseret hjemmeautomationssystem kan du... tænd eller sluk udstyret, planlæg tider, se forbrug og integrer det i automatiseringer mere kompleks. Pludselig bliver en gammel vaskemaskine eller en elektrisk vandvarmer uden tilslutningsmuligheder en del af dit smarte hjem.
Inden for solcellebaseret selvforbrug er disse enheder uvurderlige. Det største problem med solpaneler derhjemme er, at De producerer mere energi midt på dagen, netop når der ofte ikke er nogen hjemme.Dette overskud føres ind i elnettet og kompenseres på regningen, men økonomisk set er det normalt mere rentabelt at forbruge sin egen produktion direkte end at "sælge" den til systemet.
Det smukke ved smarte stik er, at de tillader synkroniser brugen af apparater med solcelleproduktionskurvenFor eksempel kan du programmere opvaskemaskinen til at starte, når systemet overstiger et bestemt effektniveau, vandvarmeren til kun at aktiveres, hvis der er overskydende varme, eller tørretumbleren til at køre i de timer, hvor der er mest sollys. Dette kan gøres efter en fast tidsplan eller, endnu bedre, ved at tilslutte stikket til et overvågningssystem til solcelleanlægget.
Den grundlæggende opsætning er normalt enkel: Du tilslutter enheden, forbinder den til Wi-Fi og styresystemet, og derfra kan du Styr den fra din mobiltelefon, modtag forbrugsadvarsler, og integrer den med Alexa eller Google Home. og endda eksportere data. Nogle avancerede modeller tillader regler som "hvis solproduktionen overstiger X watt i Y minutter, skal du tænde denne enhed." Med andre ord reagerer de i realtid på din egen installations opførsel.
Deres sande potentiale forsvinder, når du kombinerer dem med energiovervågningsplatforme (f.eks. fra store inverterproducenter eller installatørapps). Disse værktøjer viser produktion, forbrug og nettilførsel i realtidså du kan justere aktiveringspunkterne for hvert smart stik: vandvarmeren tænder kun, hvis der er et tydeligt overskud, laptopopladeren kun i de billigste eller mest solrige timer osv.
Praktiske anvendelser inden for selvforbrug, batterier og aircondition
Smarte stik har meget specifikke anvendelser i et hjem med solpaneler, og nogle er særligt interessante på grund af deres potentielle økonomiske indvirkning. En af de mest åbenlyse er automatisere apparater med højt forbrug såsom vaskemaskine, opvaskemaskine, tørretumbler eller ovn, så de kører i spidsbelastningsperioder, selvom du ikke er hjemme.
En anden meget profitabel anvendelse er kontrol af elektriske vandvarmere og kedlerOpvarmning af vand kræver meget energi, og hvis du gør det, når dit solcelleanlæg producerer mere end nødvendigt, er besparelserne betydelige. Et smart stik kan tænde vandvarmeren, når den registrerer overskydende energi, og slukke den, når den ønskede temperatur er nået, eller når produktionen falder, hvilket får mest muligt ud af hver kWh, der kommer fra taget.
Det er også nyttigt til opladning små apparater og værktøjerTrådløse støvsugere, computere, boremaskiner, scootere eller havebatterier. I stedet for at lade opladere være tilsluttet hele dagen, kan du programmere dem til kun at virke i dagslys, hvilket minimerer fantombelastninger og i øvrigt forbedrer batteriets levetid ved at forhindre konstant overopladning.
Hvis du har husholdningsbatterier til energilagringSmarte stik hjælper med at definere prioriteter. Du kan programmere bestemte apparater til kun at køre, når der er direkte produktion, så andre kan blive strømforsynet, når batteriet er fuldt, eller når elpriserne uden for spidsbelastningsperioder er billigere. På denne måde får du mest muligt ud af både dine solpaneler og din lagring, hvilket minimerer elektricitet, der købes fra nettet i spidsbelastningsperioder.
Selv i luft-til-luft-varmepumper eller varme- og kølesystemer, hvor tidsbaseret styring er afgørende, kan disse enheder gøre hele forskellen. Et smart stik eller et tilsluttet relæ kan aktivere varmepumpen i perioder med høj solproduktionDette indebærer forvarmning eller forkøling af boligen for at undgå at trække for meget strøm fra nettet i myldretiden. Det samme princip gælder for enklere opladere til elbiler, hvor et mellemliggende smartstik begrænser opladningen til bestemte tidspunkter eller perioder med rigeligt sollys.
Med hensyn til fordele, betyder brugen af disse stik i hjem med selvforbrug: Mere direkte selvforbrug, mindre afhængighed af elnettet, bedre udnyttelse af batterier og en lavere elregningDeres pris er normalt overkommelig, så den sædvanlige anbefaling er at starte med et eller to apparater med højt forbrug og, afhængigt af resultatet, udvide antallet af overvågede punkter.
Bærbare enheder, der udvinder energi fra sved: SELF-SENS-projektet
Ideen om smarte enheder, der genererer deres egen energi, er ikke begrænset til hjemmet. En ny generation af enheder er på vej frem inden for sundheds- og sportssektoren. Bærbare sensorer, der drives af vores egen kropEt godt eksempel er SELF-SENS-projektet, der koordineres af Energiteknologisk Institut (ITE) sammen med tekstilforskningscentret AITEX.
SELF-SENS er forpligtet til at skabe Smarte tekstilplastre, der kan overvåge sundheds- og præstationsparametre i realtidDisse plastre måler elektrofysiologiske signaler eller laktatkoncentration, mens personen lever sit normale liv. Nøglen er, at disse plastre tager prøven direkte fra sved eller interstitiel væske under huden, uden behov for ubehagelige punkteringer eller traditionelle ledende geler.
For at drive al den nødvendige elektronik udvikler projektet enzymatiske biobrændstoffer, der De genererer elektricitet fra forbindelser, der findes i svedMed andre ord bliver kroppen selv energikilden. Projektet vil fokusere på flere prototyper: et biobatteri integreret i et tekstilplaster, der omdanner sved til energi, en bærbar sensor, der registrerer signaler såsom EKG ved hjælp af tørre elektroder, og en biosensor, der måler laktat i interstitielvæsken.
Laktatparameteren er især interessant i sport fordi Det angiver indsatsniveauet, restitutionsniveauet og risikoen for skade.For at få adgang til den interstitielle væske anvendes mikroekstraktionssystemer til at kanalisere væsken til sensorer integreret i plasteret. Hele systemet er designet til at være behageligt, diskret, genanvendeligt og fremstillet af biokompatible og vaskbare tekstilmaterialer.
Elektronikken, der er integreret i disse patches, skal have et ultralavt strømforbrug, netop for at den energi, der udvindes fra biopælen, skal være tilstrækkelig. Kombinationen af automatisk prøveindsamling og selvforsyning af energi Det betyder, at brugeren ikke behøver at bekymre sig om at genoplade enheden eller skifte batterier, hvilket muliggør kontinuerlig overvågning på daglig basis.
Projektet har samarbejde med flere virksomheder fra Valenciaregionen, som vil hjælpe med at definere krav og validere prototyper i virkelige miljøer, især sportsmiljøer. Dets forventede effekt er dobbelt: på den ene side en bedre forebyggelse og sundhedsovervågning, især hos personer med kroniske sygdomme eller ældre aktive personer; på den anden side en reduktion i brugen af konventionelle batterier og elektronisk affald, der bevæger sig mod løsninger, der er mere i overensstemmelse med den cirkulære økonomi.
Smarte hjem, der genererer og styrer deres egen energi
Hvis vi lægger alt ovenstående til boomet inden for solcelleanlæg, er resultatet ideen om en et smart hjem, der er i stand til at producere en god del af den energi, det har brug for Og desuden at styre det automatisk for at få mest muligt ud af det. Det handler ikke længere kun om at sætte solpaneler på taget, men om at integrere dem med hjemmeautomation, smarte stik, klimaanlæg og batterilagring.
Et tilsluttet hjem kan registrere, hvor meget solstråling det modtager, panelernes produktionsniveau og dets aktuelle energiforbrug. Derfra kan opgaver som f.eks. oplad enheder og apparater i perioder med overskudJuster termostater, flyt persienner for at reducere brugen af aircondition, eller prioriter opladning af elbiler, når der er mere rigeligt med energi eller billigere.
I mange tilfælde giver installation af hjemmeautomation uden solenergi mulighed for at spare penge, men du er stadig afhængig af elnettets elpriser. Den virkelige forskel opstår, når Huset genererer sin egen elektricitet, og automatiseringen bestemmer, hvornår og hvordan den skal brugesMed gode solpaneler er det muligt at reducere din regning med op til omkring 80%, og hvis du tilføjer et batteri af den rigtige størrelse, er der scenarier, hvor energiomkostningerne nærmer sig næsten nul på bestemte tidspunkter af året.
Blandt fordelene ved denne kombination skiller følgende sig ud: betydelig regningreduktion, større bekvemmelighed ved at kunne styre alt fra din mobiltelefon eller via stemmen, et mindre CO2-aftryk og større robusthedI tilfælde af strømafbrydelse kan et batteridrevet anlæg med kritiske systemer drevet af vedvarende energi fortsætte med at fungere og opretholde grundlæggende belysning, kommunikation og sikkerhed.
Vejen til at opnå det selvforsynende hjem foregår normalt i etaper: først installation af solcelleanlæg, derefter integration af smarte enheder (pærer, stik, termostater, persienner), derefter batteriet til at lagre overskudsenergi og endelig avanceret automatisering gennem energistyringssystemer, der lærer af dine vaner og justerer forbruget næsten usynligt.
Fotovoltaiske systemer og avanceret styring i det smarte hjem
For at et hjem virkelig kan drage fordel af sine solpaneler, er det nødvendigt at forstå, hvordan et solpanel er opbygget. et solcelleanlæg til boliger og hvordan det integreres med resten af boligenUd over panelerne på taget er der en række nøglekomponenter, der gør det muligt at omdanne sollys til brugbar energi og styre det intelligent.
Solpaneler er lavet af solceller, normalt silicium, som De omdanner lys til jævnstrøm (DC)Deres antal, type og placering bestemmer installationens spidseffekt. De er monteret på faste strukturer eller solfangere, der optimerer deres orientering. Al den energi bevæger sig gennem ledningerne til inverteren, systemets egentlige hjerne.
Inverteren omdanner jævnstrøm (DC) til vekselstrøm (AC), hvilket er det, stikkontakter og de fleste husholdningsapparater bruger. Den håndterer typisk også... synkronisere med nettet, styre elektrisk sikkerhed og levere nøjagtige produktionsdataSammen med kablerne, beskyttelseselementerne og, hvor det er til stede, lagringssystemet (batterier eller ESS), fuldender de den fysiske del af systemet.
Næsten alle moderne systemer integrerer overvågningsplatforme Du kan se produktionskurven, husholdningsforbruget og i nogle tilfælde den energi, der eksporteres til nettet, via web eller app. Mere omfattende løsninger, såsom smart home hubs, går et skridt videre: de indsamler også information fra andre enheder (stik, termostater, bilopladere) og giver dig mulighed for at oprette automatiseringer baseret på disse data.
Når du integrerer solcelleproduktion med et avanceret hjemmeautomationssystem, er det muligt at opnå intelligent belastningsbalanceringHvis der registreres et overskud, og elpriserne er høje, kan vaskemaskiner, varmepumper eller bilopladere aktiveres. Omvendt, hvis huset importerer for meget energi fra nettet, kan strømforbruget reduceres, eller unødvendige belastninger kan slukkes for at undgå at overskride visse grænser eller komme ind i dyre tarifniveauer.
Du kan også bruge dynamisk prisfastsættelse og prisprognoser. Hvis der f.eks. forventes en betydelig prisstigning om eftermiddagen, og morgenen er solrig, kan systemet beslutte aktivere opvaskemaskinen, forvarme varmt vand eller oplade batteriet for at nå disse tidspunkter med den maksimalt mulige lagrede energi. Tilsvarende, hvis nettet er meget billigt i en periode med lav solproduktion, kan det være mere omkostningseffektivt at lagre overskuddet til et andet tidspunkt.
Batterier har en særlig betydning i dette scenarie. En energiansvarlig kan beslutte Hvornår skal man oplade og aflade baseret på overskud eller underskud af solenergi og omkostningerne ved elnettet, hvilket maksimerer uafhængigheden. På denne måde er hjemmet ikke kun i stand til at producere elektricitet, men også at bruge den strategisk, undgå importtoppe og få mest muligt ud af hver kWh.
Endelig kan systemet, ved at kombinere solproduktionsdata med smart klimastyring, at opvarme eller køle huset på forhåndDette omfatter at udnytte solstråling på bestemte tidspunkter til at akkumulere varme til varmt brugsvand eller aktivere ventilation, når energiomkostningerne er lavere. I sidste ende er det endnu et skridt i retning af selvstyrende boliger, der optimerer komfort og energiforbrug.
Soldrevne apparater og andre løsninger, der kører på solen
Det handler ikke kun om store tagpanelinstallationer. Der er stadig flere husholdningsapparater og apparater, der kører direkte på solenergidesignet til folk, der ikke ønsker (eller ikke kan) foretage en stor initialinvestering, men som ønsker at reducere deres afhængighed af elnettet og deres miljøpåvirkning.
Et af de mest udbredte produkter er Bærbare solcelleopladere til mobiltelefoner, tablets eller andre gadgetsDe har små, foldbare paneler, der opfanger sollys og omdanner det til elektricitet, der er tilgængelig via USB-porte. Jo flere paneler de har, desto større er deres opladningskraft, og desto kortere tid tager det at oplade dine enheder. De er meget nyttige på vandreture, ture eller i situationer, hvor der ikke er stikkontakter i nærheden.
Der findes også systemer af Sikkerhedskameraer drevet af integrerede solpanelerDa de normalt installeres udendørs, kan de udnytte direkte sollys til at holde et internt batteri opladet i løbet af dagen og fungere om natten. Dette reducerer behovet for ledningsføring betydeligt og letter installation på steder langt fra stikkontakter, såsom indkørsler, haver eller bygningsfacader.
En anden klassiker er solvarmereDisse systemer erstatter eller supplerer konventionelle kedler og elektriske vandvarmere. De består af en udendørs solfanger og en lagertank, hvor det varme vand opbevares. De er især fordelagtige for boliger med god soleksponering, lejlighedsbygninger og indendørs swimmingpools, hvor de kan tilbyde betydelige langsigtede besparelser.
Hvad angår køkkenet, er der udover at bruge den energi, der genereres af solcellepaneler, til at drive komfuret, ovnen eller mikrobølgeovnen, også solkogere, der koncentrerer solens stråler ved hjælp af reflekterende overfladerSelvom de kan være store, når de temperaturer over 300°C, nok til at tilberede stort set enhver ret uden at forbruge strøm eller gas.
Endelig er det værd at nævne systemerne inden for klimaanlæg drevet af solenergiDe er normalt noget dyrere end konventionelle enheder, men de giver dig mulighed for at reducere elforbruget med mellem 35 % og 50 %, samtidig med at du opretholder en lignende kølekapacitet. De kan tjene sig selv hjem på bare få år, især i varme klimaer, hvor omkostningerne til aircondition er meget høje.
Alle disse løsninger, fra den lille bærbare oplader til solcelle-klimaanlægget, deler den samme tilgang: at udnytte den tilgængelige energi i miljøet direktereducere elregninger og tilhørende emissioner uden behov for store infrastrukturer eller komplekse arbejder.
Fællesnævneren for alle disse fremskridt er, at vores hjem, personlige enheder og endda vores fysiske aktivitet begynder at transformeres til intelligente energikilder og -styringssystemer. Ved at kombinere solpaneler, smarte stik, energihøstningssystemer, tekstilbiobrændstoffer og en sund dosis automatisering er det muligt at bygge langt mere effektive, komfortable og bæredygtige miljøer, hvor hver eneste gestus, hver eneste solstråle og hver eneste sveddråbe tæller, når det kommer til at drive den teknologi, der omgiver os.
