Arska ohjaa kiinteistön laitteita sähkön hinnan, energiasääennusteen ja mittaustiedon perusteella

[Olli K]

Olen kirjoittanut Arskasta kommenttina joissain keskusteluissa, mutta yleisön pyynnöstä avaan tähän ketjun, jossa olisi mielenkiintoista kuulla kommentteja ja kehitysehdotuksia.

Arska on ESP32-mikrokontrollerilla/relekortilla toimiva sovellus, jonka avulla kiinteistön sähkönkulutusta voidaan ohjata edullisimmille ja vähäpäästöisimmille tunneille. Arskan avulla voidaan myös optimoida oman aurinkoenergian käyttöä ja parantaa sen kannattavuutta.

Arskassa kanavia ohjataan ensisijaisesti automaattisten sääntöjen avulla mutta siinä on mahdollisuus myös manuaaliseen ajastukseen. Sääntöjen pohjana voidaan käyttää ns. sääntöpohjia (template, kts. video alta). Sääntöjen käyttämien muuttujien laskentaan saadaan dataa seuraavista lähteistä:

• Nordpool-hintatieto
• mittaroitua kulutustieto/takamittarointi, tuettu Shelly 3 EM, uudet HAN P1 -portilla varustetut älymittarit - onko ostoa vai myyntiä
• tuotantieto (toteutus Fronius ja SMA inverttereille)
• Ilmatieteen laitoksen energiasääennuste (paikkakuntainen aurinkovoimaennuste ja valtakunnallinen tuulivoimaennuste)

Arska voi ohjata suoraan kytkettyjä releitä (GPIO tai shift register) tai Wi-Fi -releitä (Shelly Gen1/Gen2, Tasmota). Arskaa on käytetty mm. lämminvesivesivaarajien, lattiälämmityksen (sähkö tai vesikiertoisen pumppu), auton latauksen ja lämpöpumppujen ohjaukseen (kärkitieto tai virransyöttö).

Ohjelmiston lähdekoodi on Githubissa ja asennussivulta pääsee suoraan asentamaan ESP32-mikrokontrollerille. Uusimman version käyttöliittymää ja erityisesti ohjaussääntöjen toteutusta sääntöpohjien avulla esitellään videolla:.

Aikaisemmassa videossa kerrotaan mm. Arskan asennuksesta:

 

[fraatti]

En tiedä onko ihan hullu idea tai hankala toteuttaa mutta onko tuollaiseen mahdollista tehdä web yli selailtavaa "Demo" käyttäjää?

Ominaisuuksiin on helpompi tutustua jos asetuksia pääsee itse näpräämään ja katsomaan mitä sieltä löytyy sen sijaan että lukee dokumentaatiota tai katselee videoita.

Omassa invertterissä ohjaus on tehty näin(jos apua pohdintaan että mitä voisi tarvita):

Itse ihmettelin että miksi tuolla ei ole näkyvissä arvoa että kauanko teho pitää ylittyä ennen kytkentää vai räpsähtää ohjaus päälle samalla sekunnilla. Luulisi että jotain viivettä olisi rakennettu softaan sisään? Oletko sinä rakentanut moista sinne?

Toinen mikä itselle tulee mieleen käyttökohteena voisi olla smartgrid ohjaus lämpöpumpulle. Näitä on ainakin joissain merkeissä olemassa. Itsellä on ollut myös kiikarissa automaattinen lämmityksen "jarrutus" jos katolta olisi luvassa ilmaisenergiaa. Toteutusta en ole sen kummemmin vielä tuuminut.

Onko aurinkosähköennuste muuten tämä mikä on hiljan julkaistu?

Aurinko- ja tuulisäälle uusi ennustepalvelu nettiin - Uusiteknologia.fi

Uusi Ilmatieteen laitoksen aurinko- ja tuulivoimaennuste kertoo, kuinka paljon aurinko ja tuuli tuottavat sähköä lähivuorokausina kilowattitunteina. Ennuste on käytettävissä maksutta Ilmatieteen laitoksen verkkosivustolla nettiselaimen avulla.

www.uusiteknologia.fi

Aurinko- ja tuulivoimaennuste - Ilmatieteen laitos

Miltä näyttää energiasää? Koko Suomen kattava tuulivoiman ja paikkakuntakohtainen aurinkovoiman tuotantoennuste. Ennuste on päivittyvä kuvaaja, joka kertoo auringon paisteen ja tuulen

www.ilmatieteenlaitos.fi

 

[fraatti]

Tässä oli hiukan kehittyneempi ennuste. Tulevaisuudesta ei ole minulla mitään tietoa.

https://twitter.com/x/status/1517814971614306306

 

[jalih]

Tässä oli hiukan kehittyneempi ennuste. Tulevaisuudesta ei ole minulla mitään tietoa.

https://twitter.com/x/status/1517814971614306306

Antaako tuo palvelu jotain etua esimerkiksi siihen mitä Solcast tarjoaa? Itse olen kyseistä palvelua käyttänyt mikäli ennustetta olen tarvinnut.

 

[fraatti]

Antaako tuo palvelu jotain etua esimerkiksi siihen mitä Solcast tarjoaa? Itse olen kyseistä palvelua käyttänyt mikäli ennustetta olen tarvinnut.

Luulisin että suomalaisena ja ilmatieteenlaitoksen dataa käyttävänä tarkkuus on parempi. Vertailin joskus paria kolmea keskenään ja tuo FMI:n kaverin rakentama oli omaa luokkaansa.

 

[Olli K]

En tiedä onko ihan hullu idea tai hankala toteuttaa mutta onko tuollaiseen mahdollista tehdä web yli selailtavaa "Demo" käyttäjää?

Ominaisuuksiin on helpompi tutustua jos asetuksia pääsee itse näpräämään ja katsomaan mitä sieltä löytyy sen sijaan että lukee dokumentaatiota tai katselee videoita.

Kiitos kommenteista! Pitää miettiä näitä vielä lisää, mutta joitain kommentteja. Tuo demo-käyttäjä ei ole tullutkaan mieleen - ihan mielenkiintoinen ajatus . Pitää miettiä olisiko toteutettavissa. Jos vakavammin miettii Arskan käyttöönottoa, niin kokeilemaan pääsee asentamalla alkuun Arska muutaman euron ESP32 kehityskorttiin, mutta ensipuraisuun webin yli käytettävä demo olisi kyllä hyvä.

Kun Arska optimoi oman tuotannon käyttöä, niin pyrkii saamaan tunnin aikana kulutuksen vastaamaan tuotantoa ja nostaa/laskee kanavia annettujen rajoitteiden puitteissa kanavia (releitä). Ei perustu hetkelliseen arvoon vaan mitattuun tai arvioituun kulutukseen/tuotantoon. Mittaukset tehdään nyt minuutin välein, mutta releiden räpsymistä voi vähentää määrittelemäällä minimipäälläoloaika.

Arskalla voi "jarruttaa" lämmitystä esim. yöllä jos tulossa seuraavan 24 tunnin aikana (eli käytännössä tulevana päivänä, muuttuva 20) yli määritellyn rajan aurinkoenergiaa. Toisaalta Arskan muuttuja 23 kertoo paljonko tulevan vuorokauden aurinkoenergian ennustettu keskihinta ylittää nykyhinnan. Eli jos yöllä todetaan että päivällä kannattaisi kuitenkin myydä (ero yli siirtomaksun veroineen), niin silloin ei kannatakaan jarrutella vaan lämmittää yöllä ja myydä päivällä. Tällä hetkellä tuollaista tilannetta ei ole, mutta viime vuonna useastikin.


Käytössä on nimenomaan tuo uusi Ilmatieteen laitoksen ennuste, joka on näemmä nyt julkaistu laajemmin.

 

[jalih]

Luulisin että suomalaisena ja ilmatieteenlaitoksen dataa käyttävänä tarkkuus on parempi.

Eiköhän nuo ihan samoilta sateliiteilta saa tietonsa. Enemmän taitaa ratkaista miten tuota käytössä olevaa dataa mallintaa. Millä resoluutiolla tuolta ilmatieteenlaitoksen palvelusta saa tietoja haettua? Onko tuo tuntikohtainen ennuste vai kykeneekö tarkempaan?

 

[Olli K]

Eiköhän nuo ihan samoilta sateliiteilta saa tietonsa. Enemmän taitaa ratkaista miten tuota käytössä olevaa dataa mallintaa. Millä resoluutiolla tuolta ilmatieteenlaitoksen palvelusta saa tietoja haettua? Onko tuo tuntikohtainen ennuste vai kykeneekö tarkempaan?

Ilmatieteen laitoksen palvelusta saa ennusteen tuntitasolla. Silloin kun on pilvetön päivä tai täysin pilvessä niin on helppo ennustaa, mutta puolipilvisellä yksittäisten pilvien liikkeiden ennustaminen ei mahdollista. Mutta pystyy kertomaan tulossa olevasta muutoksesta - esim. että klo 12 jälkeen pilvistyy. Eihän tällä ennusteella päästä puolipilvisellä säällä samaan tarkkuuteen kuin tuotantoa mittaamalla, mutta voittaa varmasti kellokytkimen pitkällä aikavälillä.

 

[Olli K]

Arskasta on nyt julkaistu versio 1.1 (beta), joka pystyy lukemaan suoraan uusien älymittareiden HAN P1-portilta 10 sekunnin välein tulevia mittaustietoja.

Uudessa versiossa on myös kuormanhallinta, jolla voidaan pudottaa päältä ohjattavia kuormia, mikäli mitattu kulutus ylittää määritellyn rajan. Esimerkiksi vesivaraaja voidaan laittaa "väistämään", jos kokonaiskulutus olisi polttamassa pääsulakkeen tai jos halutaan rajata tehoja esim. tehomaksujen takia.

HAN P1 -porttiin kytkettyä Arskaa on nyt myös mahdollista ajaa ns. standalone-moodissa, jolloin se ei tarvitse wifi-yhteyttä. Tällöin internetistä tulevat hintatiedot eivät ole käytössä, mutta ohjausta on mahdollista tehdä mittarilta tulevan tiedon ja ajan perusteella. Esim. lämminvesivaraaja voidaan laittaa päälle kun oma aurinkotuotanto ylittää kulutuksen ja lisäksi yön tunteina.

Lisätietoja uudesta versiosta Arskan wikissä.

 

[-Teme-]

Pidän tästä Arska konseptista kovasti.
Yksi lisäfeature kiinnostaa, mqtt tuki.
Hyöty mqtt käytöstä että sillä voidaan joustavammin tehdä liitäntöjä ulkoisille laitteille. Kun määritelty topicit, niin niitä käyttämällä voidaan liittää joustavasti eri merkkisten inverttereiden tuotantotietoja tai vastaavasti kulutusmittareille ei tarvita laitekohtaista määritystä.
mqtt myös laajentaa liitettävyyttä kun ohjaus voidaan antaa mqtt topicilla

 

[Olli K]

Pidän tästä Arska konseptista kovasti.
Yksi lisäfeature kiinnostaa, mqtt tuki.
Hyöty mqtt käytöstä että sillä voidaan joustavammin tehdä liitäntöjä ulkoisille laitteille. Kun määritelty topicit, niin niitä käyttämällä voidaan liittää joustavasti eri merkkisten inverttereiden tuotantotietoja tai vastaavasti kulutusmittareille ei tarvita laitekohtaista määritystä.
mqtt myös laajentaa liitettävyyttä kun ohjaus voidaan antaa mqtt topicilla

Mukava kuulla ja kiitos kommentista!

Ymmärrän, että mqtt-tuki voisi tuoda mahdollisuuksia ja teknisesti se olisi mahdollista lisätä ainakin erikseen päälle laitettavana optiona johonkin erityistarpeeseen. Jollain tasolla olen tuota hahmotellutkin. Home Assistant-integrointia on myös yleisellä tasolla joskus ehdotettu, mutta en ole saanut aikaisemmin tarkennuksia toiveisiin. Taustoitan tässä miksi mqtt-tuki ei ole todennäköisesti tulossa lähiaikoina.

Arskassa on ajatuksena, että toimii itsenäisenä mikrokontrollerilla eikä vaadi esim. Linux/Windows palvelinta/palvelua eikä edes jatkuvaa internet-yhteyttä. HAN P1-porttiin kytkettyä Arskaa (v 1.1) pystyy ajamaan rajoitetummalla toiminnallisuudella standalone-moodissa jopa kokonaan ilman wifi-yhteyttä. Se että yhdellä laitteella pystytään hoitamaan pitkälti koko homma on toisaalta kustannuskysymys, mutta myös luotettavuuskysymys. Jos toimintoon vaaditaan useamman (mahdollisesti vikaantuvan tai väärin konfiguroidun) laitteen toimintoketju, niin riski vikaantumiselle on suurempi kuin yksittäisen laitteen tapauksessa ja mahdollinen vianhavainnointi/selvittely on vaikeampaa. Toisaalta jos ohjauslogiikka on jakaantunut usealle osalle/laitteelle, on järjestelmän hahmottaminen ja ylläpito haastavampaa.

Ajo ESP32-mikrokontrollerilla mahdollistaa sen, että tärkeimmät toiminnot saadaan toimimaan erittäin kustannustehokkaalla laitteistolla, joita on saatavissa suoraan kaupan hyllyltä. Toisaalta mikrokontrollerin suorituskyky (etenkin samanaikaisten verkkoyhteyksien määrä) on rajallinen käyttöjärjestelmällisiin (Linux/Windows...) laitteisin/virtuaalipalveluihin. Myös mikrokontrollerien tallennustila ja käytettävissä olevat ohjelmistokehitystyövälineet rajoittavat sitä mitä niihin kannattaa toteuttaa.

Energiamittareiden osalta ainakin Suomessa tulevina vuosina asennetaan kaikkiin kiinteistöihin HAN P1-portilla varustetut energiamittarit. Mutta jos mittaria ei ole vielä saatavissa niin odotus voi turhauttava eikä ainakaan kaikkien verkkoyhtiöiden alueella pysty aikatauluun vaikuttamaan. Mutta esim. Shelly 3EM-mittaristakin luetulla tiedolla pystyy esim. optimoimaan oman aurinkoenergian käyttöä, joka on Arskan tärkeimpiä ominaisuuksia.

Ohjaustoimintojen kannalta tuotantotietojen luku invertteriltä Arskaan on toissijaista, jos käytössä on kulutusmittaustieto, jossa on huomioitu sen hetken kulutus. Invertteriltä tulevan tuotantotiedon kanssa joudutaan lisäksi arvioimaan kiinteistön peruskuormaa. Tuotantokäyrä on kyllä ihan mukava olla olemassa tässäkin tapauksessa, koska sitä pystyy vertaamaan esim. Ilmatieteen laitoksen aurinkosääennusteeseen. Mutta tuotantotietojen pidemmän aikavälin tarkastelu ja analysointi pitää kuitenkin tehdä jossain muualla. Arska kun elää hetkessä eikä muistele paljon menneitä. Tuo invertteriliitäntä on toteutettu parille mallille, joista minulla on testausympäristö käytössä, ajatellen ensisijaisesti niitä käyttäjiä, joilla ei ole liitäntää kulutusmittaukseen. Toki olisi kiva, jos tuotantotietoja voisi saada useammasta invertterimallista, mutta mqtt-palvelun edellyttäminen varten supistaisi huomattavasti käyttäjämäärää, joka tuota voisi hyödyntää.

 

[Olli K]

Arska toimii myös Homewizardin P1 Meter -laitteessa, joka käyttää ESP32-Wroom-32D mikrokontrollerimoduulia. Siinä on suora liitäntä uusien älymittareiden HAN P1 -porttiin. Laitteessa ei ole releportteja eli esim. kärkitietoa lämpöpumpulle ei siitä saa, mutta tällä Arska-asennuksella pystyy ohjaamaan Shelly- ja Tasmota -wifi-releitä.

Arskan vakioversio (v.1.1 beta) lähti toimimaan suoraan lukien mittaritietoja HAN P1-portista, josta laite saa myös normaalisti virtansa. Asennuksessa tarvitaan USB Serial -adapteri, sillä laitteen USB-portti toimii ilmeisesti vain virran syöttöön.

Lisätietoja Arskan asennuksesta ko. laitteeseen: https://github.com/Netgalleria/arska-node/wiki/Installing-Arska-to-HomeWizard-P1-Meter

 

[Olli K]

Arskan uudessa 1.1 versio pystyy lukemaan sovittimen kautta suoraan HAN P1 -älymittaria, joka mahdollistaa joustavan oman tuotannon hyödyntämisen ja myös kuormanhallinnan.

Kuormanhallinnassa Arska pudottaa ohjaamiaan kuormia mikäli kulutus ylittää asetetun rajan, joka voidaan asettaa esim. pääsulakkeen koon mukaan. Kun kulutustiedot tulevat älymittarilta suoraan korkeintaa 10 sekunnin välein pystytään kuorman muutoksiin reagoimaan nopeasti eikä olla riippuvaisia langattomasta verkosta.

Tein adapterin asennuksesta ja uusista ominaisuuksista lyhyen videon, jossa näytetään HAN P1-adapterin käyttöönotto LilyGo relekortin kanssa.

 

[markok]

Nyt vasta huomasin tämän viestiketjun ja pikaisen tutustumisen perusteella Arska vaikuttaa erittäin kiinnostavalta tuotteelta. Olisiko tuonne aurinkoenergian tuoton lukuun mahdollista lisätä Shelly 3EM noiden kahden invertterin lisäksi? Tämä antaisi mahdollisuuden ottaa minkä tahansa invertterin tuoton seuranta käyttöön. Tukeeko Arska kulutuksen seurannassa Shelly 3EM ja Shelly 3EM Pro laitteita?

 

[-Teme-]

Nyt vasta huomasin tämän viestiketjun ja pikaisen tutustumisen perusteella Arska vaikuttaa erittäin kiinnostavalta tuotteelta. Olisiko tuonne aurinkoenergian tuoton lukuun mahdollista lisätä Shelly 3EM noiden kahden invertterin lisäksi? Tämä antaisi mahdollisuuden ottaa minkä tahansa invertterin tuoton seuranta käyttöön. Tukeeko Arska kulutuksen seurannassa Shelly 3EM ja Shelly 3EM Pro laitteita

@Olli K saa vahvistaa, mutta nopeasti katsottuna 3EM ja Pro 3EM ovat molemmat tuettuna kulutuksen seurannassa, mutta pro 3EM silleen rajoitetusti että vain kolmivaiheisena ei kolmena 1 vaiheisena, koska lukee EMdata:0 tietoa, kun pro 3EM asetettu mittaamaan kolmea kohdetta raportoi em1data:[0,1,2]

 

[Olli K]

Kuten @markok mainitsi niin kulutusmittauksessa tuetaan 3EM ja Pro 3EM - Pro-mallissa on tiettyjä rajoituksia eli koska käytetään vain kokonaiskulutusta, niin tietoa ei pysty hyödyntämään 1.1-versiossa olevassa kuormanhallinnassa. Myös HomeWizardin P1 Meteriltä (HAN P1) pystyy lukemaan kulutustiedon Arskaan. Mutta jos käytössä uusi verkkoyhtiön HAN P1-portillinen älymittari, niin periaatteessa paras tapa lukea kulutustietoa on HAN P1-adapteri, joka on suoraan kytketty Arskaa pyörittävään ESP32-laitteeseen.

Mutta nämä mittaukset ovat siis kulutusmittauksia, jotka mittaavat liittymästä ulos/sisään menevää sähkö (netto-osto tai nettomyynti, mitä nimeä nyt haluaa käyttää). Pelkkää aurinkoenergian tuotantolukemaa saa vain Froniuksen ja SMA:n laitteilta ja todennäköisesti tähän ei ole tulossa lisää invertterimerkkejä, koska pelkän aurinkoenergian tuotannon seuranta ei sinällään palvele kulutuksen ajoitusta (Arskan päätehtävä) niin hyvin kuin koko liittymän kulutuksen seuranta ja myös aurinkoenergiaennustetta voi käyttää. Eli jos kulutusmittaus on olemassa niin aurinkoenergian tuotantotieto ei ole ohjauksen kannalta enää normaalisti oleellinen, vaikka toki mukava nähdä seurannassa.

 

[markok]

Mutta nämä mittaukset ovat siis kulutusmittauksia, jotka mittaavat liittymästä ulos/sisään menevää sähkö (netto-osto tai nettomyynti, mitä nimeä nyt haluaa käyttää). Pelkkää aurinkoenergian tuotantolukemaa saa vain Froniuksen ja SMA:n laitteilta ja todennäköisesti tähän ei ole tulossa lisää invertterimerkkejä, koska pelkän aurinkoenergian tuotannon seuranta ei sinällään palvele kulutuksen ajoitusta (Arskan päätehtävä) niin hyvin kuin koko liittymän kulutuksen seuranta ja myös aurinkoenergiaennustetta voi käyttää. Eli jos kulutusmittaus on olemassa niin aurinkoenergian tuotantotieto ei ole ohjauksen kannalta enää normaalisti oleellinen, vaikka toki mukava nähdä seurannassa.

Tuo on totta, että ohjauksessa todellista aurinkoenergian tuottoa ei tarvita. Nämä on juuri niitä juttuja, että olisi kiva saada koottua data sähkön käytöstä/tuotosta yhteen paikkaan ja siksi tuo olisi kiva lisäominaisuus ohjelmaan.