DC-Smart Home: Když svaly selžou, mozek zůstává vzhůru

3 hodiny ráno, bouře a voda

Představte si následující scénář:

Podzimní bouře se přežene přes region. Ve 3 hodiny ráno vypadne elektrická síť. Váš střídač - normálně spolehlivý - má zrovna dnes závadu a nezvládne přepnutí do ostrovního režimu. Dům je temný a tichý.

Někde ve sklepě bouře způsobila prasklé vodovodní potrubí. Teče voda.

V konvenční chytré domácnosti se nyní stane: Nic. Detektor úniku vody je mrtvý. Řízení uzavíracího ventilu je mrtvé. Server je mrtvý. Spíte dál, zatímco se váš sklep zaplavuje.

V naší instalaci se děje něco jiného:

Detektor úniku vody - bez baterie, ale napájený DC - rozpozná vodu. WHIP Hub zpracuje signál. Uzavírací ventil - také napájený DC - se uzavře. Váš smartphone zavibruje: "Únik vody ve sklepě. Hlavní ventil uzavřen."

Nemůžete čerpat (čerpadlo potřebuje 230 V). Ale škoda je omezena. Dům jednal, přestože "neměl proud".

Princip: Mozek a svaly

Dům má dva druhy systémů: Ty, které vědí - a ty, které konají.

Chytrou domácnost lze rozdělit do dvou kategorií:

Mozek - systémy, které vnímají a zpracovávají:

• Senzory (teplota, vlhkost, pohyb, únik vody)
• Zpracovatelské jednotky (huby, servery)
• Komunikace (síť, notifikace)

Svaly - systémy, které jednají:

• Čerpadla (topení, voda)
• Motory (rolety, garážová vrata)
• Vysokovýkonné akční členy (tepelné čerpadlo, klimatizace)

Na rozdíl od biologického vzoru - který spotřebovává celých 20 % našeho energetického obratu - je domácí mozek skromný. Senzory spotřebovávají v normálním provozu miliwatty. Hub možná 5 wattů. I serverový cluster si vystačí s 50-100 watty.

Svaly jsou naproti tomu hladové. Oběhové čerpadlo táhne několik set wattů. Tepelné čerpadlo několik kilowattů.

Náš závěr: Celý mozek běží na DC, přímo z bateriového úložiště. Svaly běží na 230 V AC. Když střídač selže, dům ztratí své svaly - ale ne svůj rozum.

Tři úrovně DC mozku

V naší vlajkové instalaci jsme to důsledně realizovali:

Bateriové úložiště (48V)
        │
        ├── Střídač ── 230V AC ── "Svaly"
        │                              │
        │                              ├── Oběhová čerpadla
        │                              ├── Tepelné čerpadlo
        │                              └── Motory, např. žaluzie
        │
        └── DC infrastruktura ── "Mozek"
              │
              ├── Victron Orion 48/24 ── Serverový cluster (~20V)
              │                              │
              │                              ├── NUC 1 (Proxmox)
              │                              ├── NUC 2 (Proxmox)
              │                              └── NUC 3 (Proxmox)
              │                                    │
              │                                    └── VM (WHIP Server, HA, ...)
              │
              ├── DC/DC ── WHIP Huby (lokální zpracování)
              │
              └── DC/DC ── WHIP Nody + DC akční členy
                              │
                              ├── Senzory (teplota, únik vody, ...)
                              └── Regulační ventily (24V)

Tři úrovně, všechny napájené DC:

1. WHIP Nody - Smyslové orgány. Senzory pro teplotu, vlhkost, únik vody, dveřní/okenní kontakty. Plus malé DC akční členy jako regulační ventily.
2. WHIP Huby - Mozeček. Lokální zpracování, automatizační logika, komunikace s nody. Může reagovat autonomně, i když je server offline.
3. Serverový cluster - Velký mozek. Centrální inteligence, dlouhodobé ukládání, komplexní automatizace, uživatelské rozhraní.

NUC cluster: Trojitě chráněný

Srdcem našeho "mozku" je 3-nodový Proxmox cluster. Tři Intel/ASUS NUC, které běží v režimu HA (High Availability). Když jeden node vypadne, převezmou ostatní. Klasická serverová redundance.

Ale NUC mají zvláštnost: Vyžadují přesně 19-20 V vstupní napětí (maximálně 22 V). Ne 12 V jako mnoho embedded systémů. Ne 24 V jako průmyslový standard. Ale něco mezi tím.

Řešení: Victron Orion 48/24 DC/DC měnič, trimrem nastavený přesně na 20 V. Ne "přibližně vyhovující", ale přesně to, co NUC očekávají.

Ale Orion dodává víc než jen správné napětí. Poskytuje galvanické oddělení. To znamená: Napětí baterie (které kolísá mezi 42 a 58 V) nemá žádný elektrický kontakt se serverovým clusterem. Přepětí, transienty, rušení - končí na Orionu.

Elektrická síť (230V AC)
    │
    ╳ Galvanické oddělení (střídač)
    │
    ▼
Bateriové úložiště (48V, kolísající 42-58V)
    │
    ╳ Galvanické oddělení (Victron Orion)
    │
    ▼
Serverový cluster (20V, stabilní, izolovaný)

Sám Zeus by mohl vrhnout blesk na dům. Byl by zastaven na střídači (za předpokladu, že by bleskosvod nefungoval). Kdyby se nějak dostal dál, byl by zastaven na Orionu. Serverový cluster žije ve svém vlastním, izolovaném elektrickém světě.

Proč je DC/DC spolehlivější než DC/AC:

Střídač je komplexní zařízení: synchronizace se sítí, řízení jalového výkonu, náročná regulace, mnoho výkonových polovodičů. Švýcarská dlouhodobá studie ukázala poruchovost 34 % u domácích střídačů za 15 let. Ve velkých FV elektrárnách způsobují střídače 50-60 % všech poruch.

DC/DC měnič je jednodušší: méně součástek, jednodušší topologie, žádné připojení k síti. Kvalitní DC/DC měniče dosahují hodnot MTBF přes milion hodin - početně přes 100 let. O řád více než typické střídače.

Co tam není, nemůže selhat. Domácí mozek visí na spolehlivější cestě.

Výsledek: Hardwarová redundance plus odolnost napájení. Jeden node může selhat - systém běží dál. Střídač může selhat - systém běží dál. Obojí současně? Systém stále běží.

Praktické scénáře

Scénář 1: Únik vody

Klasika: Praskne hadice, selže těsnění, vytéká voda.

Bez DC-Smart Home:

• Senzor úniku rozpozná vodu
• Pošle signál do centrály
• Centrála ovládne magnetický ventil
• Vše v pořádku - dokud je proud

S DC-Smart Home při výpadku proudu:

• Senzor úniku (DC) rozpozná vodu
• WHIP Hub (DC) zpracuje signál
• Uzavírací ventil (DC) se zavře
• Notifikace odejde (DC síť)
• Škoda omezena, i bez 230 V

Čerpadlo na odčerpání nefunguje (230 V). Ale to nejdůležitější - zastavení přítoku vody - funguje.

Scénář 2: Sledování topení v zimě

Výpadek proudu při -15 °C. Tepelné čerpadlo stojí. Oběhová čerpadla stojí. Dům chladne.

Bez DC-Smart Home:

Nevíte o ničem. Když se proud vrátí, může být pozdě. Zamrzlé trubky, vodní škody.

S DC-Smart Home:

• Teplotní senzory (DC) hlásí: "Obývák 12 °C a klesá"
• Server (DC) počítá: "Při aktuální rychlosti ochlazování kritická teplota za 4 hodiny"
• Notifikace: "Výpadek topení. Jednejte."
• Zónové ventily (DC): Mohou izolovat kritické oblasti

Nemůžete topit. Ale víte, co se děje. Můžete reagovat - požádat sousedy, aby připojili topný ventilátor, ochránit alespoň nejkritičtější místnosti.

Uncanny Valley, část 3

V našich článcích o SELV-DALI a DC síti jsme popsali zvláštní pocit, když při výpadku proudu věci fungují dál, které by fungovat neměly.

S DC-Smart Home dosahuje tento pocit nové dimenze:

Střídač je vypnutý. 230V síť je mrtvá.

• Topení neběží
• Lednička je tichá
• Pračka nereaguje

Ale:

• Váš smartphone ukazuje: "Obývák 21,3 °C, tendence klesající"
• Kamera na zahradě streamuje živě
• Pohybový senzor hlásí: "Kočka na chodbě"
• Systém dále loguje všechny události

Dům už nemůže jednat ve velkém. Ale stále ví všechno. Stále vidí všechno. Stále myslí.

Je to, jako byste člověku ochrnuli ruce a nohy - ale jeho mozek pracuje zcela jasně dál. Může mluvit, vidět, slyšet, analyzovat. Jen nemůže přiložit ruku k dílu.

Po chvíli to začne být normální. Dům, který při výpadku proudu kompletně oslepne, pak působí jako konstrukční chyba.

Limity: Co stojí svaly

K poctivosti patří: Ne vše může být DC.

Tyto svaly potřebují 230 V AC:

Fyzikální realita: Vysoký výkon při nízkém napětí znamená vysoké proudy. Vysoké proudy znamenají tlusté kabely, vysoké ztráty, drahé komponenty.

Pro senzory a řízení je DC perfektní. Pro vysokovýkonné akční členy zůstává 230 V AC pragmatickou volbou.

Ale: Většina scénářů chytré domácnosti nepotřebuje vysoký výkon. Potřebují informace a malé zásahy:

• Vědět, že je problém ✓
• Zavřít ventil ✓
• Poslat notifikaci ✓
• Zalogovat stav ✓

To vše funguje s několika watty. To vše může DC.

Shrnutí

Tradiční chytrá domácnost má fundamentální konstrukční chybu: Směšuje mozek a svaly ve stejném napájení. Když selžou svaly, umírá i mozek.

Naše řešení je odděluje:

1. Mozek na DC - Senzory, huby, server, síť - vše přímo na bateriovém úložišti
2. Svaly na AC - Čerpadla, motory, vysokovýkonná zařízení - na střídači
3. Inteligentní DC akční členy - Malé zásahy (ventily) možné i bez AC

Výsledek: Dům, který i v nejhorším případě - výpadek sítě plus porucha střídače - stále ví, co se děje. Který stále může komunikovat. Který stále může provádět malé, ale rozhodující zásahy.

Svaly mohou selhat. Ale mozek zůstává vzhůru.

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

Technické údaje:

• Bateriové úložiště: 48 V nominální (LiFePO4)
• Serverový cluster: 3× Intel NUC, Proxmox HA, ~20 V přes Victron Orion
• WHIP Huby: 12 V DC (přímo z V_bat)
• WHIP Nody: 3,3/5 V (přímo z V_bat nebo 24 V)
• DC akční členy: Regulační ventily 24 V, uzavírací ventily 12/24 V
• Galvanické oddělení: Dvoustupňové (střídač + Orion)