DC síť: Paradox řízení

Případová studie z naší vlajkové instalace

Past, do které spadne skoro každý

Představte si následující scénář:

Jste na dovolené. 500 kilometrů od domova. Váš telefon zobrazuje oznámení: K dispozici je aktualizace firmwaru pro váš střídač. Bezpečnostní záplata. Měla by být nainstalována co nejdříve.

Otevřete VPN, připojíte se k domácí síti, přejdete na webové rozhraní svého střídače nebo přes servisní portál nebo... nahrajete firmware a: Střídač se vypne. 230V napájení domu se vypne. A s ním také... váš router. Váš switch. Vaše připojení k internetu.

Právě jste se sami odřízli.

Paradox řízení

Řídicí systém nesmí záviset na tom, co řídí.

Zní to samozřejmě. Ale není - alespoň ne v typické domácí instalaci.

Většina domácností s fotovoltaikou a úložištěm má architekturu, která vypadá takto:

Elektřina ──┬── Střídač ── 230V AC ──┬── Router
            │                        ├── Switch
            │                        └── Access Pointy
            │
            └── Bateriové úložiště

Vše závisí na 230V AC výstupu střídače. Když střídač selže, restartuje se nebo je vypnut, vše zhasne. Včetně infrastruktury, kterou byste potřebovali k diagnostice problému.

Půl cesty: Kde stojí většina instalací

Abychom byli spravedliví: Mnoho moderních FV instalací již využívá DC pro části infrastruktury. V systémech Victron například běží GX zařízení (Cerbo GX, Venus GX) přímo na bateriovém úložišti. Lokálně je nezávislé na 230V síti.

To je dobrý začátek. Při krátkém restartu střídače zůstává monitoring zachován. Lokálně.

Ale:

Komunikační cesta z GX zařízení do vnějšího světa typicky vypadá takto:

GX zařízení (DC) ── Ethernet ── Switch (AC) ── Router (AC) ── Internet

Switch visí na 230V síti. Router také. Když střídač selže, GX zařízení je sice stále aktivní - ale nemůže komunikovat ven. Nemůžete k němu přistupovat. Oznámení nepřicházejí.

To je mezera, kterou jsme uzavřeli.

Řešení: Přímo na baterii

V naší vlajkové instalaci jsme paradox řízení vyřešili:

Bateriové úložiště (48V)
        │
        ├── Střídač ── 230V AC ── Dům
        │
        └── DC síťová infrastruktura
                    │
                    ├── Switch (DC vstup)
                    │       │
                    │       └── PoE (48V)
                    │             │
                    │             ├── Access Pointy
                    │             ├── IP kamery
                    │             └── VoIP telefony
                    │
                    └── Router/Firewall (DC)
                            │
                            ├── Optický uplink
                            └── LTE záloha

Celá síťová infrastruktura je nezávislá na střídači.

Switch čerpá své napájení přímo z bateriového úložiště. Router také. Když se střídač restartuje, síť si toho... nevšimne.

Proč 48 voltů perfektně sedí

Volba napěťové úrovně není kompromisem - je to šťastná náhoda průmyslové historie.

Bateriové úložiště:

• Systémy LiFePO4 typicky pracují s 16 články v sérii
• Nominální napětí: 48 V (16 × 3,2 V)
• Rozsah: ~42 V (vybito) až ~58 V (nabito)

PoE (Power over Ethernet):

• IEEE 802.3af/at/bt pracuje s 48 V
• Toleranční rozsah: 44-57 V
• Perfektní překryv s rozsahem baterie

Ubiquiti zařízení:

• Mnoho UniFi switchů má DC vstupy
• Specifikováno pro ~54 V DC
• Možné přímé připojení k bateriovému úložišti

To znamená: Žádné DC/DC měniče nejsou potřeba. Napětí baterie lze přímo přivést do switche. Méně komponent, méně ztrát, méně zdrojů chyb.

Řetězec nezávislosti

Projděme si kritické komponenty:

Switch

Centrální switch je srdcem systému. Distribuuje síť a napájení všem koncovým zařízením.

• Vstup: Přímo z bateriového úložiště (48 V nominální)
• Výstup: PoE pro všechna koncová zařízení

Dokud baterie dodává napětí, switch běží. Střídač si může dělat, co chce.

Access Pointy

Všechny WLAN access pointy jsou napájeny přes PoE. Žádné samostatné napájecí adaptéry, žádná závislost na 230 V.

• Když běží switch, běží AP
• Když běží AP, je WiFi
• Když je WiFi, můžete ovládat svou chytrou domácnost

Router/Firewall

Router je spojením s vnějším světem. Musí fungovat za všech okolností.

• Primární: Optický uplink (ONT je také napájen DC)
• Záloha: LTE modem (integrovaný nebo externí, napájený DC)
• Napájení: Přímo z bateriového úložiště

I když selže optický uplink (bagr přeruší kabel, výpadek poskytovatele), LTE připojení zůstává. A obojí je nezávislé na domácí síti.

Zážitek z "uncanny valley" (2. část)

V našem článku o SELV-DALI jsme popsali zvláštní pocit, když při výpadku proudu světlo dál svítí.

S DC sítí přichází druhá úroveň:

Vypnete systém. Střídač se vypne. 230V síť je mrtvá.

• Lednička je vypnutá
• Kávovar nic neukazuje
• Televize je tmavá

Ale:

• WiFi funguje
• Internet funguje
• Vaše smart home aplikace zobrazuje všechny senzory
• Můžete střídač znovu zapnout

Je to, jako by dům měl dva oddělené nervové systémy. Jeden (230 V AC) můžete vypnout. Druhý (48 V DC) prostě běží dál.

Praktické scénáře

Scénář 1: Aktualizace firmwaru na dálku

Nejste doma. Je třeba nainstalovat kritickou aktualizaci.

1. VPN připojení přes LTE nebo pevnou linku
2. Přístup k portálu Victron
3. Spuštění aktualizace, střídač se restartuje
4. 230V síť krátce přerušena
5. Síť zůstává online
6. Střídač se vrací
7. Plná kontrola během celého procesu

Scénář 2: Výpadek sítě

Elektrická síť vypadne. Střídač přepne do ostrovního režimu.

• Přepnutí trvá několik milisekund
• Citlivá zařízení by si mohla všimnout tohoto přerušení
• DC síť si nevšimne... ničeho
• Můžete vzdáleně sledovat stav sítě

Scénář 3: Porucha střídače

Nejhorší případ: Střídač kompletně selže.

• 230V napájení domu: mrtvé
• Kritické spotřebiče: mrtvé
• Ale: Síť, kamery, komunikace: fungují
• Můžete diagnostikovat stav
• Můžete zorganizovat pomoc
• Nejste slepí

Scénář 4: Útočník se zlým úmyslem

Útočník chce vyřadit vaše bezpečnostní kamery.

• Odpojí váš dům od veřejné sítě
• Dokonce vzdáleně zmanipuluje váš střídač
• 230V napájení je kompletně mrtvé

Výsledek: Kamery běží dál. Jsou napájeny přes PoE ze switche, který visí přímo na baterii. Útočník by musel fyzicky vniknout do vašeho domu, aby deaktivoval sledování - a přitom by byl natočen.

Limity systému

K poctivosti patří: DC síť není perpetuum mobile.

Závislost na bateriovém úložišti:
Když je baterie vybitá, DC síť se také vypne. Nicméně:

• Typické úložiště udrží síť po celé dny
• Síť spotřebovává jen několik wattů
• Dávno předtím, než se baterie vybije, jste problém rozpoznali

Kolísání napětí:
Napětí baterie kolísá se stavem nabití (48-58 V). Použitá zařízení s tím musí umět pracovat:

• Ubiquiti switche: specifikovány pro tento rozsah
• Router: musí být odpovídajícím způsobem vybrán

Náklady:
Síťový hardware s podporou DC není vždy nejlevnější volbou. Ale:

• Vícenáklady jsou přehledné
• Klasická UPS pro stejnou funkcionalitu by byla dražší
• Řešení je elegantnější a vyžaduje méně údržby

Shrnutí

Paradox řízení je past, která se v nadšení pro chytrou domácnost a fotovoltaiku často přehlíží. Budujete vysoce integrovaný systém - a přitom vytváříte kritickou závislost, která se v rozhodujícím okamžiku může stát osudnou.

Řešení je koncepčně jednoduché:

1. Identifikujte řídicí infrastrukturu - routery, switche, access pointy, management rozhraní
2. Napájejte ji přímo z úložiště - ne přes střídač
3. Zajistěte redundantní uplinky - pevná linka a LTE, obojí napájené DC

Výsledkem je systém, který vás nikdy nevyloučí. Ať se stane cokoliv - dokud má baterie náboj, máte přístup.

A ano, i zde je ten zvláštní pocit: Vypnete "napájení" a internet funguje dál. Po čase to začne být normální. Všechno ostatní pak působí jako chyba v návrhu.

Tento článek je součástí naší série případových studií o vlajkové instalaci WHIP. Další články: SELV-DALI: Světlo bez sítě

Technické údaje:

• Bateriové úložiště: 48 V nominální (LiFePO4, rozsah 48-58 V)
• Síťový switch: DC vstup, PoE výstup
• Router: DC napájení
• Uplinky: Optika + LTE, oba nezávislé na síti