Energiemanagement in smart homes met KNX

Slimme sectorkoppeling met KNX - elektriciteit + verwarming + transport

Energietransitie, klimaatbescherming, sectorkoppeling: de energiesector staat op een keerpunt, getuige deze sleutelwoorden. Ook gebouwen ontsnappen niet aan de overgang van fossiele brandstoffen naar groene energie. Daarom moeten we ons energieverbruik coördineren, beheren en controleren. Dat geldt vooral voor elektrische mobiliteit en andere grote verbruikers. KNX Smart Home heeft hier oplossingen op maat voor, waaronder huishoudelijke oplaadstations voor elektrische wagens.

In residentiële gebouwen worden steeds meer oplaadstations geïnstalleerd. Maar dat roept een aantal vragen op. Hoeveel energie vragen ze? Kun je je wagen opladen wanneer je maar wilt? Hoeveel energie is er beschikbaar? Is het op bepaalde momenten goedkoper om je wagen op te laden?

NetwerkproblemenHuishoudelijke elektriciteitsaansluitingen (gewoonlijk met een voltage van 3 x 230 volt en een zekering van 63 ampère) worden nu al gebruikt voor batterijen met een groot laadvermogen van wel 100 kWh. Commerciële oplaadstations beschikken dan weer over aansluitingen van 3,6 kW (1 x 230 V, 16 A) tot 22 kW (3 x 230 V, 32 A). Afhankelijk van het batterijvermogen, de oplaadtijd en het aantal elektrische wagens worden huishoudelijke aansluitingen dus zeer sterk belast. Omdat een elektrische wagen opladen zo veel energie vraagt, kan het totale elektriciteitsverbruik van een huishouden dan ook meer dan verdubbelen. Ook de externe netwerken en de energiebevoorrading moeten dat hogere verbruik aankunnen. Naarmate we steeds meer op wind- en zonne-energie vertrouwen, worden schommelingen in de energiebevoorrading haast onvermijdelijk. In dat opzicht heeft elektrische mobiliteit een groot voordeel: het kan het elektriciteitsnet in evenwicht brengen dankzij flexibele oplaadtijden en, in de toekomst, teruglevering indien nodig.

Energiemanagement met KNX IoTOm het elektriciteitsnet ook in de toekomst stabiel te houden, moeten we de belasting en de gebruiksduur van de energieverbruikers en -producenten op alle niveaus in de hand houden. Dankzij de IoT-diensten van KNX kunnen energiesystemen, zoals intelligente laadstations, een plek krijgen in het KNX Smart Home. De sleutel tot energiemanagement is een zogenaamde CEM (Customer Energy Manager), een interface tussen het intelligente elektriciteitsnet (S1) en het KNX Smart Home (S2). De CEM coördineert de interactie tussen de specificaties voor het externe energieverbruik en de interne optimalisatie. Die communicatie verloopt volgens de ‘Smart Grid/Smart Home architectuur'. Om de interoperabiliteit te garanderen, werken internationale werkgroepen van de standaardiseringsorganisaties CEN / CENELEC TC 205 / WG 18 (waartoe KNX behoort) momenteel aan geschikte datamodellen en optimalisatiestrategieën.

OptimalisatieprincipeAchter het optimalisatieproces schulit een vrij eenvoudig principe. De CEM vraagt de energiesystemen naar hun energiebehoeften in een bepaalde periode. Tot die systemen behoren verbruikers, zoals huishoudelijke apparaten, warmtepompen en boilers, maar ook energieproducenten. Denk maar aan fotovoltaïsche systemen, energieopslagsystemen en oplaadstations voor elektrische wagens. Deze contrasterende energieprofielen (verbruiken/opwekken) kunnen vervolgens worden geoptimaliseerd aan de hand van informatie over de verwachte energievoorraad en -prijzen. Daartoe worden energie- en tijdprofielen ontwikkeld, waarbij slots naast elkaar geplaatst worden. Elk slot bepaalt hoeveel energie er gedurende een bepaalde periode nodig is.

Oplaadsequenties Met haar flexibele oplaadmogelijkheden is elektrische mobiliteit een duidelijk voorbeeld van het profielsysteem (zie afb. 3). Idealiter worden slimme oplaadstations met KNX IoT-diensten in het smart home geïntegreerd. De CEM heeft toegang tot het energieaanbod, waaronder de kostprijs en de tijdstippen. Het gaat dan om HT (hoog tarief), NT (laagtarief) en, in de toekomst, speciale oplaadtarieven voor elektrische wagens. Indien alle wagens volledig opgeladen zouden worden op NT, zou het netwerk overbelast raken. Daarom moet wagen 1 (groen), die slechts kort opgeladen moet worden, beginnen op NT en eindigen op HT. Wagen 2 (blauw), waarvan het oplaadproces langer duurt, maakt gebruik van een alternatieve oplaadsequentie. Hij wordt ook gedeeltelijk opgeladen op NT, maar slaat dan het HT over en gaat verder met opladen in de volgende NT-periode. Deze aanpak is niet alleen goedkoper voor de eigenaars van de voertuigen, maar compenseert ook het overschot en het tekort aan stroom en brengt zo het elektriciteitsnet in evenwicht.

SamenvattingHet energieverbruik automatisch beheren is nodig om piekbelasting te vermijden en tegelijkertijd zuiniger met energie om te springen. De gebouwenautomatisering van KNX vormt de basis voor een actief en complex energiemanagement. Dankzij de IoT-diensten van KNX kunnen zoveel mogelijk energiesystemen een plek krijgen in het ecosysteem, vandaag en in de toekomst.

Elektrische wagens slim opladenVoor slimme oplaadstations en -palen zijn er belangrijke protocollen beschikbaar, bijvoorbeeld om toelatingen te controleren, de oplaadprocessen te beheren en zelfs de energiebevoorrading te regelen. Met zijn IoT-diensten kan KNX de nodige evaluatie-eenheden hiervoor voorzien. Op die manier kan men oplaadpalen beheren op basis van het gedrag van afzonderlijke gebruikers. Diagrammen en grafieken tonen hoeveel energie er in rekening gebracht moet worden, het oplaadpercentage en het persoonlijke verbruik. Ook de hoeveelheid beschikbare energie, bijvoorbeeld van een fotovoltaïsch systeem, kan worden getoond.