Kasvihuonevalaistuksen automaattinen säätäminen energia- ja kustannustehokkaasti
Taponen, Antti (2025)
2025
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025111828395
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025111828395
Tiivistelmä
Tämä työ käsittelee kasvihuonevalaistuksen sähkön käyttöä optimoivaa automaattista säätämistä pörssisähkön hinnan mukaan. Työn perustana on tutkimus, jonka mukaan valon intensiteetin vaihtelut eivät haittaa kasveja ja voivat jopa olla hyödyksi. Tämä mahdollistaa valaistuksen säätämistä siten, että sähkön hinnassa säästetään ilman, että se vaikuttaa satotuottoon.
Työssä syntyi Python-ohjelmointikielellä toteutettu algoritmi optimaalisen, eniten sähkökustannuksia säästävän valaistusaikataulun luomiseen. Valaistusaikataululla tarkoitetaan tässä aikataulua, joka määrittää kasvihuonevalaisimien kirkkauden eri ajankohdille päivän aikana. Tämän lisäksi työssä syntyi käytännön toteutus, jossa algoritmia hyödynnetään.
Työ toteutettiin Metropolian UrbanFarmLabissa sijaitsevaan kasvuhuoneeseen, jossa LED-kasvihuonevalaisimia voidaan ohjata kyseisen algoritmin mukaan. Pohjoismaiden pörssisähkön hinnan määrää NordPool-sähköpörssi, jonka ohjelmointirajapintaa algoritmi käyttää sähkön hintojen hakemiseen. Algoritmi laskee niistä käyttäjän asettamat raja-arvot huomioiden optimaalisen valaistusaikataulun.
Tässä työssä syntynyt valojenohjausjärjestelmä on toteutettu digitaalista DALI-protokollaa käyttävien LED-kasvihuonevalaisimien ohjaamiseen ja koostuu eri komponenteista. Komponentit ovat DALI-moduulilla varustettu Siemensin logiikkaohjain, Siemensin teollisuustietokone, Siemensin HMI-paneeli ja Food Autonomyn LED-kasvihuonevalaisimet. Järjestelmässä käytetään Siemensin uutta Industrial Edge -rajalaskenta-alustaa, joka tarjoaa työkalut helpottamaan komponenttien välistä kommunikaatiota sekä järjestelmän ylläpitoa. Lopuksi työssä syntyi Siemensin HMI-paneelille toteutettu käyttöliittymä järjestelmän ohjaamiseen.
Työssä syntyi Python-ohjelmointikielellä toteutettu algoritmi optimaalisen, eniten sähkökustannuksia säästävän valaistusaikataulun luomiseen. Valaistusaikataululla tarkoitetaan tässä aikataulua, joka määrittää kasvihuonevalaisimien kirkkauden eri ajankohdille päivän aikana. Tämän lisäksi työssä syntyi käytännön toteutus, jossa algoritmia hyödynnetään.
Työ toteutettiin Metropolian UrbanFarmLabissa sijaitsevaan kasvuhuoneeseen, jossa LED-kasvihuonevalaisimia voidaan ohjata kyseisen algoritmin mukaan. Pohjoismaiden pörssisähkön hinnan määrää NordPool-sähköpörssi, jonka ohjelmointirajapintaa algoritmi käyttää sähkön hintojen hakemiseen. Algoritmi laskee niistä käyttäjän asettamat raja-arvot huomioiden optimaalisen valaistusaikataulun.
Tässä työssä syntynyt valojenohjausjärjestelmä on toteutettu digitaalista DALI-protokollaa käyttävien LED-kasvihuonevalaisimien ohjaamiseen ja koostuu eri komponenteista. Komponentit ovat DALI-moduulilla varustettu Siemensin logiikkaohjain, Siemensin teollisuustietokone, Siemensin HMI-paneeli ja Food Autonomyn LED-kasvihuonevalaisimet. Järjestelmässä käytetään Siemensin uutta Industrial Edge -rajalaskenta-alustaa, joka tarjoaa työkalut helpottamaan komponenttien välistä kommunikaatiota sekä järjestelmän ylläpitoa. Lopuksi työssä syntyi Siemensin HMI-paneelille toteutettu käyttöliittymä järjestelmän ohjaamiseen.