Společnost SHAC potřebovala sjednotit ovládání chytré domácnosti a fotovoltaického systému do jedné řídicí jednotky s dotykovým displejem. Vyvinuli jsme SMART Control Center, které propojuje FVE, domácí automatizaci a síťová rozhraní přes vlastní elektroniku postavenou na NXP i.MX8, Linux/Yocto a Dockeru. Hlavním kritériem nebyla jen funkčnost, ale i omezení závislosti na zahraničních cloudech a provoz v kontrolované infrastruktuře. Výsledkem je prototyp připravený na testovací provoz a následně sériovou produkci.
Zadání: sjednotit chytrou domácnost a FVE do jednoho ovládání
Společnost SHAC realizuje chytré domácnosti a zároveň řeší instalace fotovoltaických systémů. Aby zjednodušila obsluhu obou systémů, oslovila nás s požadavkem vytvořit komplexní řídicí jednotku s ovládáním přes dotykový displej – SMART Control Center, přes kterou budou připojená všechna zařízení v domě, včetně FVE.
Vyvinout a vyrobit takovou jednotku není až tak velká výzva a s oblastí fotovoltaiky už máme zkušenosti, ale v tomto případě jsme museli vzít v úvahu i zabezpečení dat, která se dají z obou systémů získat.
Většina komponent používaných ve FVE totiž pochází z Číny a je automaticky připojená k čínským cloudům. O této problematice a jejím řešení se v současné době vedou diskuze a varování před čínskou technikou vydal i Národní úřad pro kybernetickou bezpečnost (NÚKIB).
Chytrá domácnost pracuje s daty o provozu, spotřebě i chování uživatelů a ani u jednoho ze systémů si nepřejeme, aby mohla by data nekontrolovaně odcházet do zahraničí nebo aby systémy mohly být vystaveny vnějším útokům.
V tomto projektu tedy nešlo jen o funkční sjednocení FVE s chytrou domácností do zařízení, které je snadno ovladatelné, ale také o to, aby se veškerá komunikace odehrávala v rámci kontrolované infrastruktury (nejlépe čistě lokálně) a ne na zahraničních serverech s diskutabilní úrovní zabezpečení.
Proč nestačila běžná cloudová integrace FVE
Aby SMART Control Center mohlo převzít komunikaci za původní čínské komponenty a stát se centrálním bodem celého systému, nestačilo jen napojení na cloud. Museli jsme navrhnout elektroniku, která zvládne široké spektrum rozhraní používaných ve fotovoltaice i chytré domácnosti.
Základem jednotky je mikroprocesor NXP i.MX8, na kterém běží aplikace pod vlastním builder operačního systému Linux (Yocto); pro provoz aplikace je použit i Docker. Samotná deska má integrovaná rozhraní, která pokrývají nejčastější požadavky na připojení:
- 4× RS485 pro připojení měničů, sledovacích modulů a dalších systémů FVE,
- 2× Ethernet pro oddělení provozu mezi sítí objektu a vnitřní sítí FVE, je-li realizovaná Ethernetem,
- datová SIM, která umožňuje záložní připojení systému do internetu přes LTE v případě nedostupnosti hlavní internetové konektivity.
- Wi-Fi a Bluetooth pro lokální přístup a integraci,
- USB port jako možnost budoucího rozšíření o specializované převodníky.
Návrh konstrukce pro montáž řídicí jednotky FVE na zeď i do rozvaděče
Zatímco návrh elektroniky pro nás byla poměrně standardní práce, řešení instalace se ukázalo jako složitější. Zákazník potřeboval, aby se jednotka dala instalovat dvěma způsoby: na stěnu v interiéru a zároveň do rozvaděče. Oba typy přitom měly využívat jednu společnou konstrukci, bez potřeby vyrábět dvě rozdílné verze zařízení.
SHAC zároveň nechtěl sáhnout po hotové plastové krabičce, ale měl požadavek na vlastní design, který bude odpovídat jejich technickému i estetickému zadání. To umožnilo navrhnout montáž přesně podle jejich potřeb, ale zároveň to výrazně zvýšilo technickou složitost mechanického řešení.
Vyřešili jsme to nakonec tak, že jsme navrhli konstrukci primárně určenou pro montáž do rozvaděče, doplněnou o samostatný držák pro nástěnnou instalaci. Tím vznikl systém, který splňuje oba způsoby montáže a zároveň zachovává jednotnou sadu plastových dílů. Pro aktuálně testované prototypy jsme konstrukci vytiskli na 3D tiskárně, ale pro sériovou výrobu plánuje SHAC oslovit externí firmu na výrobu plastových dílů vstřikováním.
Chlazení v minimálním prostoru vyřešil speciální ventilátor
Další výzvou tohoto projektu bylo vymyslet vhodnou ventilaci, abychom zabránili přehřívání procesoru. Celková hloubka konstrukce je pouze 33 mm, což je pro zařízení s dotykovým displejem a výkonnějším procesorem velmi málo.
Běžný axiální ventilátor se do prostoru nevešel, proto jsme zvolili nízký radiální ventilátor, který se často používá v noteboocích. Nasává vzduch z boku, odvádí jej ven přes výfukové průduchy a umožňuje rovnoměrné proudění i v úzkém vnitřním prostoru.
SMART Control Center je nyní v testovacím provozu u zákazníků SHAC a projekt je připravený pro další fázi — výrobu plastových forem a náběh sériové produkce.
SMART Control Center ukazuje, že i běžná elektronika může být navržená tak, aby pracovala v uzavřeném, kontrolovaném a bezpečném prostředí. A přesně o tom je zakázkový vývoj – řešit technické limity, funkčnost i bezpečnost od samého začátku, ne až ve chvíli, kdy nastane problém.
