Сайт мониторинга энергобаланса энергоактивного здания (GREEN SITE)

Актуальность

Создание электроснабжающих систем на основе преобразователей возобновляемой энергии является технически и экономически обоснованной тенденцией, а мониторинг и анализ работы такой системы с помощью цифровых технологий поможет автоматизировать рабочий процесс и планировать энергобаланс объекта, что особенно актуально при продаже электроэнергии в централизованную сеть от электростанций до 15 кВт мощности по двунаправленному счётчику электроэнергии, реализация которой уже разрешена на территории России. Такой подход особо актуален, так как в настоящее время любой сложный проект не обходится без систем мониторинга, будь то сайт или приложение. Потребляемую объектом электроэнергию можно компенсировать из внутренней электросистемы, состоящей из преобразователей возобновляемой энергии, а в периоды малого электропотребления и высокой выработки электроэнергии – производить продажу в централизованную сеть.

Цель

Разработать интернет-сайт для мониторинга выработки электроэнергии от фотоэлектрических преобразователей и ветрогенератора, а также мониторинга потребления электроэнергии устройствами объекта.

Задачи

1.   Изучение устройства, принципа работы солнечного модуля и ветрогенератора, а также применение их в макете.

2.   Изучение среды программирования Arduino IDE[15].

3.   Написание библиотеки для работы с WebSocket [16].

4.   Создание макета сайта для мониторинга параметров.

5.   Создание рабочего сайта для мониторинга параметров.

6.   Написание сервера для обработки данных и приёма подключений.

7.   Установка связи между сервером и сайтом.

8.   Подготовка компонентной базы прототипа.

9.   Итоговая сборка устройства.

10.  Описание принципа действия разработанного макета и сайта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер Raspberry Pi 4B+
• Micro SD 32GB

Описание

В процессе выполнения проекта использовались: принцип работы фотоэлектрических преобразователей, который основан на фотоэффекте, с помощью которого вырабатывается электрический ток; принцип работы ветрогенератора, основанный на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора с преобразованием её в электроэнергию; методы программирования микроэлектроники на базе языка оболочки Arduino; методы программирования на базе языка среднего уровня C для написания сервера и модулей; методы прототипирования дизайна в программе Photoshop; принципы и инструменты для сборки электронных компонентов.

Для реализации разрабатываемого проекта использовали программное обеспечение Nginx, MariaDB – база данных, основанная на MySQL , Sublime Text – удобный инструмент для работы с кодом, HTML5 – язык программирования для каркаса сайта, CSS – язык программирования для разработки внешнего вида сайта, JavaScript – язык программирования динамического изменения сайта.

Результаты работы/выводы

В результате проделанной работы разработано программное обеспечение для сайта с целью мониторинга выработки электроэнергии в реальном времени преобразователями возобновляемой энергии и потребления электроэнергии потребителями объекта. В качестве объекта мониторинга использовано энергоактивное здание с фотоэлектрическими модулями и ветрогенератором, параметры выработки электроэнергии которого и передаются на сайт для дальнейшего построения графиков и сохранения их в архив. Разработанный макет будет интересен образовательным организациям, а внедрение его в реальный объект позволит проанализировать ситуацию с выработкой и потреблением в те или иные периоды, на основании чего можно делать выводы о достаточности электрогенерирующей системы или её дополнении новыми электрогенерирующими модулями. Программное обеспечение и сайт также могут быть оптимизированы и модернизированы, на что будут направлены дальнейшие работы.

Перспективы использования результатов работы

В работах по усовершенствованию программного обеспечения и сайта планируется добавить другие преобразователи возобновляемой энергии, например, гидроэлектростанцию рукавного типа и малую биогазовую установку; наряду с мониторингом выработки электроэнергии предполагается мониторить в реальном времени также и выработку тепловой энергии от биогазовой установки. Наряду с сайтом мониторинга авторы рассчитывают создать приложение для мониторинга и управления преобразователями энергии и потреблением энергии различных устройств в реальном времени. Для распространения проекта в образовательных учреждениях с целью обучения устойчивому равитию и принципам возобновляемой энергетики обучающихся планируется комплексное и коробочное решение (оформление) разработанного проекта. После оптимизации программного обеспечения и сайта мониторинга подготовленные разработки можно внедрить в реальный объект в виде энергоактивного здания.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

«Российский университет транспорта (МИИТ)»;

Технопарк РУТ;

«Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

Награды/достижения

Школьная научно-исследовательская конференция – призёр

Мнение автора

«Конференция «Инженеры будущего» – прекрасная возможность для получения навыков проектной работы и инженерной специальности»