Autorski projekt systemu zarządzania przepływem energii elektrycznej i cieplnej
Wstęp
Przez ostatnie kilkanaście miesięcy rozwijałem własny system zarządzania energią dla domu pracującego w trybie off-grid.
Nie jest to sterownik grzałek ani kolejny system działający według prostej zasady „jeżeli napięcie przekroczy wartość X, włącz przekaźnik”. Celem projektu było opracowanie deterministycznego systemu podejmowania decyzji energetycznych dla całego budynku.
System traktuje energię jako wspólny zasób, niezależnie od postaci, w jakiej jest magazynowana lub wykorzystywana.
W praktyce oznacza to jednoczesne zarządzanie:
• energią elektryczną,
• energią zgromadzoną w akumulatorach,
• energią cieplną zgromadzoną w buforze wody,
• energią zmagazynowaną w masie ogrzewania podłogowego,
• a docelowo również energią dostarczaną z kotła opalanego drewnem.
Założenia projektu
Dom, w którym pracuje system, od początku został zaprojektowany jako magazyn energii.
Nie jest to przypadkowy budynek, lecz element całego projektu energetycznego.
Podstawowe parametry:
• powierzchnia użytkowa: 170 m²
• współczynnik przenikania ciepła ścian: około 0,15 W/(m²K)
• współczynnik przenikania ciepła dachu: około 0,10 W/(m²K)
• ściany z 48 cm betonu komórkowego
• około 20 ton betonu w ogrzewaniu podłogowym
• około 18 ton żelbetowego stropu
Tak duża masa akumulacyjna powoduje bardzo dużą bezwładność cieplną budynku.
Dlatego system nie steruje temperaturą pomieszczeń co kilka minut.
Steruje energią.
Budynek traktowany jest jako magazyn energii o dużej pojemności cieplnej, a nie jako zbiór niezależnych odbiorników.
Dlaczego nie mierzę temperatury pokojowej?
To pytanie pojawia się najczęściej.
W przypadku budynku o bardzo dużej pojemności cieplnej temperatura wewnętrzna zmienia się powoli. Znacznie ważniejsze od chwilowej wartości temperatury jest określenie:
• ile energii zostało dostarczone,
• ile energii zostało odebrane,
• jaki jest trend zmian.
Model energetyczny budynku okazuje się znacznie bardziej użyteczny niż ciągłe reagowanie na zmianę temperatury o kilka dziesiątych stopnia.
Architektura systemu
System został zbudowany w sposób modułowy.
Każdy moduł odpowiada wyłącznie za własny obszar funkcjonalny i publikuje raport opisujący swój aktualny stan.
Przykładowe moduły:
• Battery – stan magazynu energii,
• Planner – prognoza produkcji energii z instalacji PV,
• Floor – model ogrzewania podłogowego,
• Buffer – model bufora ciepła,
• Weather – prognoza pogody.
Moduły nie wydają sobie nawzajem poleceń.
Komunikują się wyłącznie poprzez publikowane raporty opisujące ich stan.
Dzięki temu każdy z nich może być rozwijany niezależnie od pozostałych.
Boss – centralny moduł decyzyjny
Najważniejszym elementem systemu jest moduł Boss.
Boss nie steruje bezpośrednio urządzeniami.
Na podstawie raportów ze wszystkich modułów buduje aktualny obraz stanu energetycznego domu, a następnie wyznacza budżet energii dla poszczególnych odbiorników.
Przykładowy podział budżetu:
• grzałki elektryczne – 2400 W,
• ogrzewanie podłogowe – 1200 W,
• bufor ciepła – 800 W,
• ciepła woda użytkowa – 500 W.
Następnie odpowiednie moduły wykonawcze realizują przydzielony budżet.
Takie rozwiązanie pozwala wymieniać lub rozbudowywać poszczególne elementy wykonawcze bez ingerencji w logikę decyzyjną całego systemu.
Determinizm
Jednym z podstawowych założeń projektu było świadome zrezygnowanie z wykorzystania sztucznej inteligencji w procesie sterowania.
Dla identycznego zestawu danych wejściowych system zawsze podejmuje identyczną decyzję.
Pozwala to na:
• pełną analizę procesu decyzyjnego,
• łatwe wykrywanie błędów,
• przewidywalność działania,
• możliwość odtworzenia każdej decyzji nawet wiele miesięcy po jej podjęciu.
Każda decyzja posiada:
• unikalny identyfikator,
• uzasadnienie,
• poziom pewności,
• kompletną telemetrię stanu systemu.
Modele sztucznej inteligencji mogą natomiast w przyszłości służyć wyłącznie jako narzędzie wspomagające analizę danych historycznych i proponujące modyfikacje algorytmów. Nie uczestniczą jednak bezpośrednio w procesie sterowania.
Telemetria
System zapisuje nie tylko końcową decyzję.
Rejestrowany jest kompletny obraz systemu w chwili jej podjęcia.
Zapisywane są między innymi:
• moc instalacji PV,
• napięcie i prąd akumulatorów,
• obciążenie domu,
• nadwyżka energii,
• trendy zmian,
• prognoza produkcji PV,
• jakość danych z poszczególnych modułów,
• przydzielony budżet energii,
• czas wykonania algorytmu.
Telemetria pełni rolę „czarnej skrzynki” systemu.
Dzięki temu możliwe jest późniejsze przeanalizowanie każdej decyzji bez zgadywania, dlaczego została podjęta.
Rozwój systemu
Obecnie system zarządza przede wszystkim energią elektryczną oraz wykorzystaniem nadwyżek energii z instalacji fotowoltaicznej.
Kolejnym etapem będzie integracja z ogrzewaniem podłogowym oraz kotłem opalanym drewnem.
Docelowo Boss będzie oceniał bilans energetyczny całego domu i przedstawiał użytkownikowi sugestie, między innymi:
• zapotrzebowanie energetyczne do końca doby lub do rana,
• optymalny moment rozpalenia kotła,
• wykorzystanie energii zgromadzonej w buforze,
• proponowany czas pracy poszczególnych obwodów ogrzewania podłogowego.
Boss nadal nie będzie sterował kotłem.
Będzie jedynie przedstawiał użytkownikowi wynik analizy energetycznej całego systemu.
Platforma sprzętowa i komunikacja
System pracuje na dedykowanym komputerze z systemem Ubuntu, działającym nieprzerwanie jako serwer zarządzania energią.
Komunikacja z urządzeniami odbywa się lokalnie poprzez sieć LAN oraz interfejsy szeregowe.
Zdalny dostęp realizowany jest za pomocą prywatnej sieci VPN opartej na Tailscale, dzięki czemu system nie wymaga przekierowywania portów ani wystawiania usług do Internetu.
Do komunikacji z użytkownikiem wykorzystywany jest Telegram, który oprócz powiadomień alarmowych umożliwia wykonywanie podstawowych operacji administracyjnych oraz zmian konfiguracji.
Interfejs użytkownika stanowi aplikacja webowa prezentująca aktualny stan systemu, historię decyzji, telemetrię oraz umożliwiająca ręczne sterowanie wybranymi elementami instalacji.
Stan projektu (lipiec 2026)
Obecnie system obejmuje:
• zarządzanie energią elektryczną w instalacji off-grid,
• sterowanie grzałkami poprzez moduły SSR (mierzenie czasu pracy grzałek, na tej podstawie uruchamianie ich w odpowiedniej kolejności, tak aby w miarę wyrównać czasy pracy),
• planowanie wykorzystania nadwyżek energii z instalacji PV,
• deterministyczny moduł decyzyjny Boss,
• pełną telemetrię wszystkich decyzji,
• monitoring stanu akumulatorów,
• monitoring urządzeń wykonawczych,
• panel WWW,
• zdalny dostęp poprzez Tailscale,
• komunikację i powiadomienia przez Telegram.
Najbliższy etap rozwoju obejmuje integrację z ogrzewaniem podłogowym oraz źródłem ciepła opalanym drewnem, dzięki czemu system będzie zarządzał energią zgromadzoną zarówno w akumulatorach, jak i w magazynach ciepła budynku.
Podsumowanie
Projekt jest autorskim systemem badawczo-rozwojowym (R&D), rozwijanym i testowanym w rzeczywistym domu pracującym w trybie off-grid.
Jego celem nie jest stworzenie uniwersalnego produktu dla każdej instalacji, lecz opracowanie deterministycznego modelu zarządzania energią, który można rozwijać i weryfikować na podstawie rzeczywistych danych eksploatacyjnych. Dopiero wtedy będzie można wdrażać w innych instalacjach.
Artykuł nie jest instrukcją budowy instalacji ani prezentacją gotowego produktu komercyjnego. Stanowi opis koncepcji oraz architektury systemu rozwijanego w praktyce, którego kolejne etapy są weryfikowane na podstawie wielomiesięcznej pracy w rzeczywistych warunkach.
Chętnie poznam opinie osób zajmujących się automatyką budynkową oraz systemami EMS.
Interesuje mnie przede wszystkim dyskusja dotycząca architektury systemu i modelu podejmowania decyzji, a nie wyboru konkretnego sprzętu czy języka programowania.
Czy Waszym zdaniem deterministyczny model zarządzania energią ma przewagę nad klasyczym sterowaniem opartym o proste reguły "IF... THEN..."?
Wstęp
Przez ostatnie kilkanaście miesięcy rozwijałem własny system zarządzania energią dla domu pracującego w trybie off-grid.
Nie jest to sterownik grzałek ani kolejny system działający według prostej zasady „jeżeli napięcie przekroczy wartość X, włącz przekaźnik”. Celem projektu było opracowanie deterministycznego systemu podejmowania decyzji energetycznych dla całego budynku.
System traktuje energię jako wspólny zasób, niezależnie od postaci, w jakiej jest magazynowana lub wykorzystywana.
W praktyce oznacza to jednoczesne zarządzanie:
• energią elektryczną,
• energią zgromadzoną w akumulatorach,
• energią cieplną zgromadzoną w buforze wody,
• energią zmagazynowaną w masie ogrzewania podłogowego,
• a docelowo również energią dostarczaną z kotła opalanego drewnem.
Założenia projektu
Dom, w którym pracuje system, od początku został zaprojektowany jako magazyn energii.
Nie jest to przypadkowy budynek, lecz element całego projektu energetycznego.
Podstawowe parametry:
• powierzchnia użytkowa: 170 m²
• współczynnik przenikania ciepła ścian: około 0,15 W/(m²K)
• współczynnik przenikania ciepła dachu: około 0,10 W/(m²K)
• ściany z 48 cm betonu komórkowego
• około 20 ton betonu w ogrzewaniu podłogowym
• około 18 ton żelbetowego stropu
Tak duża masa akumulacyjna powoduje bardzo dużą bezwładność cieplną budynku.
Dlatego system nie steruje temperaturą pomieszczeń co kilka minut.
Steruje energią.
Budynek traktowany jest jako magazyn energii o dużej pojemności cieplnej, a nie jako zbiór niezależnych odbiorników.
Dlaczego nie mierzę temperatury pokojowej?
To pytanie pojawia się najczęściej.
W przypadku budynku o bardzo dużej pojemności cieplnej temperatura wewnętrzna zmienia się powoli. Znacznie ważniejsze od chwilowej wartości temperatury jest określenie:
• ile energii zostało dostarczone,
• ile energii zostało odebrane,
• jaki jest trend zmian.
Model energetyczny budynku okazuje się znacznie bardziej użyteczny niż ciągłe reagowanie na zmianę temperatury o kilka dziesiątych stopnia.
Architektura systemu
System został zbudowany w sposób modułowy.
Każdy moduł odpowiada wyłącznie za własny obszar funkcjonalny i publikuje raport opisujący swój aktualny stan.
Przykładowe moduły:
• Battery – stan magazynu energii,
• Planner – prognoza produkcji energii z instalacji PV,
• Floor – model ogrzewania podłogowego,
• Buffer – model bufora ciepła,
• Weather – prognoza pogody.
Moduły nie wydają sobie nawzajem poleceń.
Komunikują się wyłącznie poprzez publikowane raporty opisujące ich stan.
Dzięki temu każdy z nich może być rozwijany niezależnie od pozostałych.
Boss – centralny moduł decyzyjny
Najważniejszym elementem systemu jest moduł Boss.
Boss nie steruje bezpośrednio urządzeniami.
Na podstawie raportów ze wszystkich modułów buduje aktualny obraz stanu energetycznego domu, a następnie wyznacza budżet energii dla poszczególnych odbiorników.
Przykładowy podział budżetu:
• grzałki elektryczne – 2400 W,
• ogrzewanie podłogowe – 1200 W,
• bufor ciepła – 800 W,
• ciepła woda użytkowa – 500 W.
Następnie odpowiednie moduły wykonawcze realizują przydzielony budżet.
Takie rozwiązanie pozwala wymieniać lub rozbudowywać poszczególne elementy wykonawcze bez ingerencji w logikę decyzyjną całego systemu.
Determinizm
Jednym z podstawowych założeń projektu było świadome zrezygnowanie z wykorzystania sztucznej inteligencji w procesie sterowania.
Dla identycznego zestawu danych wejściowych system zawsze podejmuje identyczną decyzję.
Pozwala to na:
• pełną analizę procesu decyzyjnego,
• łatwe wykrywanie błędów,
• przewidywalność działania,
• możliwość odtworzenia każdej decyzji nawet wiele miesięcy po jej podjęciu.
Każda decyzja posiada:
• unikalny identyfikator,
• uzasadnienie,
• poziom pewności,
• kompletną telemetrię stanu systemu.
Modele sztucznej inteligencji mogą natomiast w przyszłości służyć wyłącznie jako narzędzie wspomagające analizę danych historycznych i proponujące modyfikacje algorytmów. Nie uczestniczą jednak bezpośrednio w procesie sterowania.
Telemetria
System zapisuje nie tylko końcową decyzję.
Rejestrowany jest kompletny obraz systemu w chwili jej podjęcia.
Zapisywane są między innymi:
• moc instalacji PV,
• napięcie i prąd akumulatorów,
• obciążenie domu,
• nadwyżka energii,
• trendy zmian,
• prognoza produkcji PV,
• jakość danych z poszczególnych modułów,
• przydzielony budżet energii,
• czas wykonania algorytmu.
Telemetria pełni rolę „czarnej skrzynki” systemu.
Dzięki temu możliwe jest późniejsze przeanalizowanie każdej decyzji bez zgadywania, dlaczego została podjęta.
Rozwój systemu
Obecnie system zarządza przede wszystkim energią elektryczną oraz wykorzystaniem nadwyżek energii z instalacji fotowoltaicznej.
Kolejnym etapem będzie integracja z ogrzewaniem podłogowym oraz kotłem opalanym drewnem.
Docelowo Boss będzie oceniał bilans energetyczny całego domu i przedstawiał użytkownikowi sugestie, między innymi:
• zapotrzebowanie energetyczne do końca doby lub do rana,
• optymalny moment rozpalenia kotła,
• wykorzystanie energii zgromadzonej w buforze,
• proponowany czas pracy poszczególnych obwodów ogrzewania podłogowego.
Boss nadal nie będzie sterował kotłem.
Będzie jedynie przedstawiał użytkownikowi wynik analizy energetycznej całego systemu.
Platforma sprzętowa i komunikacja
System pracuje na dedykowanym komputerze z systemem Ubuntu, działającym nieprzerwanie jako serwer zarządzania energią.
Komunikacja z urządzeniami odbywa się lokalnie poprzez sieć LAN oraz interfejsy szeregowe.
Zdalny dostęp realizowany jest za pomocą prywatnej sieci VPN opartej na Tailscale, dzięki czemu system nie wymaga przekierowywania portów ani wystawiania usług do Internetu.
Do komunikacji z użytkownikiem wykorzystywany jest Telegram, który oprócz powiadomień alarmowych umożliwia wykonywanie podstawowych operacji administracyjnych oraz zmian konfiguracji.
Interfejs użytkownika stanowi aplikacja webowa prezentująca aktualny stan systemu, historię decyzji, telemetrię oraz umożliwiająca ręczne sterowanie wybranymi elementami instalacji.
Stan projektu (lipiec 2026)
Obecnie system obejmuje:
• zarządzanie energią elektryczną w instalacji off-grid,
• sterowanie grzałkami poprzez moduły SSR (mierzenie czasu pracy grzałek, na tej podstawie uruchamianie ich w odpowiedniej kolejności, tak aby w miarę wyrównać czasy pracy),
• planowanie wykorzystania nadwyżek energii z instalacji PV,
• deterministyczny moduł decyzyjny Boss,
• pełną telemetrię wszystkich decyzji,
• monitoring stanu akumulatorów,
• monitoring urządzeń wykonawczych,
• panel WWW,
• zdalny dostęp poprzez Tailscale,
• komunikację i powiadomienia przez Telegram.
Najbliższy etap rozwoju obejmuje integrację z ogrzewaniem podłogowym oraz źródłem ciepła opalanym drewnem, dzięki czemu system będzie zarządzał energią zgromadzoną zarówno w akumulatorach, jak i w magazynach ciepła budynku.
Podsumowanie
Projekt jest autorskim systemem badawczo-rozwojowym (R&D), rozwijanym i testowanym w rzeczywistym domu pracującym w trybie off-grid.
Jego celem nie jest stworzenie uniwersalnego produktu dla każdej instalacji, lecz opracowanie deterministycznego modelu zarządzania energią, który można rozwijać i weryfikować na podstawie rzeczywistych danych eksploatacyjnych. Dopiero wtedy będzie można wdrażać w innych instalacjach.
Artykuł nie jest instrukcją budowy instalacji ani prezentacją gotowego produktu komercyjnego. Stanowi opis koncepcji oraz architektury systemu rozwijanego w praktyce, którego kolejne etapy są weryfikowane na podstawie wielomiesięcznej pracy w rzeczywistych warunkach.
Chętnie poznam opinie osób zajmujących się automatyką budynkową oraz systemami EMS.
Interesuje mnie przede wszystkim dyskusja dotycząca architektury systemu i modelu podejmowania decyzji, a nie wyboru konkretnego sprzętu czy języka programowania.
Czy Waszym zdaniem deterministyczny model zarządzania energią ma przewagę nad klasyczym sterowaniem opartym o proste reguły "IF... THEN..."?
Fajne? Ranking DIY
