Evoluindo de “Smart Energy” para “Brilliant Energy”

O desperdício de dias com iluminação de alta intensidade e baixa eficiência e aparelhos e máquinas ineficientes deu lugar a novas gerações de dispositivos mais inteligentes e com consumo mais consciente de energia. Mas há um longo caminho a percorrer para torná-los ainda mais eficientes em termos de consumo de energia.

Vemos isso em pequena escala com nossos dispositivos portáteis. Prolongar a vida útil da bateria é sempre um desejo dos usuários e um objetivo dos fabricantes e projetistas. Mas os tipos de eletrodomésticos de bens duráveis ​​em grande escala gastam muito mais energia e são mais resistentes a mudanças.

Pegue, por exemplo, os padrões de maior eficiência energética impostos pela Califórnia à indústria de refrigeração. Eles hesitaram, dizendo que projetar refrigeradores e freezers com eficiência energética imporia custos inaceitáveis ​​aos produtos e ao consumidor. Mas, em vez de perder um mercado tão grande como a Califórnia, eles apontaram seus lápis e fizeram melhorias – tanto que a necessidade de construir centenas de estações de geração de energia foi eliminada, menos poluentes foram lançados no ar e as contas de luz estão agora mais baixas do que seriam de outra forma. Todos nós nos beneficiamos.

Mas tornar o uso de energia mais eficiente em um dispositivo é uma coisa. Fazer isso com um ambiente distribuído baseado em necessidades aleatórias é muito mais difícil. Considere, por exemplo, uma casa ou apartamento típico. Luzes, sistemas de entretenimento, computadores, aquecimento, ar condicionado, geladeiras, desumidificadores, lavadoras, secadoras, e assim por diante, são usados ​​de forma mais aleatória da perspectiva do fornecedor de energia. Pior cenário: esses utilitários devem gerar energia adicional suficiente para executar todas as tarefas.

Uma tecnologia simples e inteligente está invadindo lentamente nosso espaço de vida. Por exemplo, termostatos inteligentes do tipo Nest experimentam e aprendem os hábitos e rotinas do usuário para minimizar os custos de aquecimento e resfriamento. Mas para nos levar à próxima geração de dispositivos e aparelhos brilhantes, precisamos de três coisas: fusão de sensores, inteligência artificial (IA) e um protocolo de aparelho inteligente que permite comunicações de alto nível e decisões a serem tomadas para nosso benefício e, em nosso nome. Veja como podemos fazer essas três coisas funcionarem.

O protocolo “Smart Appliance”

A combinação de sensores e informações permite que uma determinada aplicação acesse sensores analógicos e do mundo real, necessários para fazer uma previsão mais precisa. A parte relativa a inteligência artificial deste sistema é aprender identificando padrões e links que permitem uma predição real. Por exemplo, eu sei que vai chover porque as nuvens de tempestade estão se movendo na minha direção e a pressão barométrica está caindo. Não vou ligar os sistemas de irrigação de meu jardim, embora ache que devo ligar neste momento.

Essa inteligência pode resultar em processamento baseado em regras que tem acesso a informações precisas do sensor em tempo real ou por aprendizado profundo (deep learning) que observa padrões e resulta em previsões precisas.

Anos atrás, projetei e construí um sistema dinâmico de distribuição de energia que era capaz de ser alimentado por várias fontes (como eólica e solar) e distribuí-la para cargas remotas conforme necessário ou solicitado pelo processador local em tempo real (Figura 1). Este ambiente de processamento distribuído usava fontes de energia locais para fornecer a uma região a energia necessária até que o processador de energia dinâmico pudesse alocar energia para aquela região para suprir suas necessidades e recarregar seu armazenamento de energia local. Os sensores mediam correntes e quedas de tensão e as comunicações entre processadores permitiram um controle preciso.

Mas, para fazê-lo funcionar, era necessário um protocolo de aplicação inteligente que pudesse permitir que dispositivos e aplicações se comunicassem em um nível superior. Isso ainda não existe, e com todos os protocolos de comunicação com e sem fio que temos à nossa disposição e toda a potência do processador de que precisamos, é hora de implementar um protocolo de dispositivo inteligente em todo o setor. A necessidade de proteger nosso meio ambiente significa que, se quisermos ter energia no futuro, ela deve ser mais do que inteligente. Deve ser brilhante.

Figura 1: A energia de todas as fontes é condicionada e enviada para o Pool de Energia, onde é medida e enviada para qualquer região que necessite ou solicite energia. Cada região tem seu próprio armazenamento de energia que permite operar a região por um curto período até medir a quantidade de corrente necessária e solicitar essa quantidade de corrente do reservatório de energia. Os depósitos de energia locais também são recarregados. O excesso de energia que não é necessário pode carregar baterias de armazenamento, criar hidrogênio e oxigênio e fornecer energia para a rede usando inversores vinculados à rede padrão. (Fonte: Autor)

Power Grid of Things

Tudo que se conecta à energia, ou monitora ou controla algo, precisa ter um identificador exclusivo que enumere seus modos de operação e características de operação. Por exemplo, uma geladeira pode relatar vários estados: modo de espera inativo, luz de porta aberta acesa, compressor funcionando, em temperatura e qualquer destas combinações.

Se o refrigerador estiver na temperatura definida ou próxima, o compressor pode ser interrompido. A temperatura ainda está dentro de uma zona segura para alimentos, então, se uma carga humana aleatória em tempo real, como uma cafeteira, precisar funcionar, o compressor pode ser desligado mais cedo sem interrupção significativa do serviço porque a geladeira permanece fria durante alguns minutos, a cafeteira está ligada. Assim que o café estiver pronto, o compressor pode ligar novamente sem perda perceptível de serviço.

Isso nos leva a um ponto-chave que você pode ter percebido. Uma rede de energia “brilhante” pode manter uma carga de pico de demanda. Já as fábricas e grandes consumidores de energia elétrica devem cumprir os requisitos de carga de pico de demanda. Se eles não consumirem mais do que “X” amperes, a tarifa elétrica que pagam permanece relativamente baixa. Se consomem mais corrente, pagam muito mais pela eletricidade. Isso os motiva a usar a energia de maneira eficiente.

Em algum momento, as residências também precisarão estar de acordo com este tipo de restrição. Dessa forma, as empresas de energia podem operar com menor capacidade sem ter que gerar excesso de capacidade. Além disso, os aparelhos que podem trabalhar juntos para garantir a conformidade da carga de pico de demanda terão uma vantagem distinta sobre aqueles que não o fazem. Equilíbrio de fase e controle de ângulo de fase também podem ser implementados para aumentar a eficiência e reduzir o desperdício de energia reativa.

Conclusão

Para chegar a um padrão de fato para um protocolo de aplicação inteligente (Smart Appliance Protocol), os principais fabricantes se reunirão com os comitês de padrões, como IEEE, UL e FCC, para determinar os modos de comunicação (sem fio e com fio) e os parâmetros que um dispositivo deve declarar. Por exemplo, alguma iluminação pode ser considerada uma prioridade mais alta do que um freezer sem energia por causa da segurança. Um controlador inteligente pode definir etapas ou raciocinar dedutivamente: falta energia, está escuro, as pessoas precisam sair, caminhos de saída precisam de iluminação e a iluminação é uma prioridade, envie energia para a iluminação até que todas as pessoas tenham saído. O protocolo Smart Appliance é algo que podemos definir e criar juntos, fornecendo as peças e o know-how para fazê-lo funcionar. Só precisamos colocar um pouco de energia nisso.

Para artigos como esse, acesse o link.

Artigo escrito originalmente por Jon Gabay para Mouser Electronics: Moving from Smart to Brilliant Energy

Traduzido por Equipe Embarcados.

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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André Guimarâes
André
03/11/2020 08:59

Existe um protocolo já em uso em alguns ambientes chamado EEBus que é bastante utilizado para aplicações de carga inteligente de carros elétricos. Pode ser usado para qualquer dispositivo na verdade. Talvez se aplique ao caso 🙂

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