Mikro-ohjaimelle pohjautuva dynaaminen kuormanhallintajärjestelmä

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää mikro-ohjaimeen perustuva dynaaminen kuormanhallintajärjestelmä, jonka avulla voidaan ohjata omakotitalokiinteistön aurinkosähköjärjestelmän tuottamaa ylijäämäsähköä omaan käyttöön. Tutkimusongelmana oli selvittää, miten sähköntuotannon ylittäessä kulutuksen voidaan sähköenergia automaattisesti ohjata valitulle kiinteistössä olevalle sähkölaitteelle siten, että aurinkosähkön omakäyttöaste kasvaa ja taloudellinen hyöty paranee ilman monimutkaisia energianhallinnan ratkaisuja. Järjestelmän kehittäminen edistää kestävää energiankäyttöä, mikä parantaa ympäristöllistä hyötyä.

Työn kohteena oli omakotitalokiinteistö, jossa aurinkosähköjärjestelmä tuottaa ajoittain kesällä ylijäämäsähköä. Kiinteistön lämminvesijärjestelmän päälämmönlähde oli polttopuu, minkä lisäksi se oli varustettu sähkölämmityksellä. Järjestelmää suunniteltaessa määriteltiin sekä tekniset että toiminnalliset vaatimukset huomioon ottaen kiinteistön lämmitys- ja sähköjärjestelmät.

Toteutettu kokonaisuus sisälsi energiamittauksen Shelly 3EM -laitteella, MQTT-protokollaan pohjautuvan tiedonsiirron Raspberry Pi -alustalla, NodeRED-ohjelmointiympäristön sekä Arduino-mikro-ohjaimeen toteutetun kuormanohjauksen. Menetelminä käytettiin laitteistojen suunnittelua, ohjelmistokehitystä sekä käytännön testausta kohdekiinteistössä. Testauksessa tarkasteltiin järjestelmän reagointia sähköenergian eri tuotanto- ja kulutustilanteissa, jolloin varmistettiin sen luotettava toimivuus arkiolosuhteissa.

Tuloksena syntyi toimiva järjestelmä, joka ohjasi kulutusta reaaliajassa aurinkosähkön tuotannon mukaan ja vähensi verkkoon syötettävän ylijäämäsähkön määrää. Järjestelmä osoittautui luotettavaksi, helposti laajennettavaksi ja soveltuvaksi erityisesti pienkohteiden energiankäytön optimointiin.

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että kehitetty mikro-ohjainpohjainen kuormanhallinta parantaa aurinkosähkön taloudellista hyödyntämistä ja lisää kiinteistön energiaomavaraisuutta. Järjestelmää voidaan tulevaisuudessa kehittää esimerkiksi useiden kuormien yhtäaikaiseen ohjaukseen tai myös tarkempaan yksittäisen kuorman tehon hallintaan.