La gestión energética a través de KNX ya es una realidad; ahora también se están integrando el almacenamiento de energía y la recarga de coches eléctricos.
Joost Demarest, director técnico de KNX, explicó en su ponencia principal durante el evento en línea «Gestión inteligente de la energía con KNX» cómo se lleva a cabo esto. También entró en detalles sobre una novedad especialmente relevante para Alemania: la denominada «caja de control», situada detrás de la pasarela del contador inteligente, pronto será compatible con KNX; el Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) ya está trabajando en el anexo correspondiente a las especificaciones.
Pero, ¿qué es la gestión energética en primer lugar? Wikipedia define el término de la siguiente manera: la planificación y el funcionamiento de la producción y el consumo de energía con el objetivo de conservar los recursos y proteger el clima, al menor coste posible.
Los hogares y los edificios desempeñan un papel fundamental, especialmente en lo que ocurre dentro del hogar, es decir, desde el distribuidor hasta los distintos consumidores de la vivienda. Por lo tanto, el sistema de gestión energética se encuentra en el cuadro de distribución y controla a los distintos consumidores. «Desde el principio, KNX se propuso implementar las funciones de control desde este centro y utilizarlo para controlar los demás dispositivos compatibles con KNX de la vivienda —desde la calefacción hasta la ventilación, pasando por la tecnología de climatización, los contadores y las bombas de calor», afirma Joost Demarest. «Por eso, KNX ya es capaz hoy en día de gestionar la energía. He aquí un ejemplo: el control individual por habitaciones es una de las funciones más importantes de KNX, y es principalmente gracias a esta función por la que KNX se dio a conocer entre el gran público: una unidad de control central situada en la habitación controla las válvulas de las fuentes de calor y los dispositivos de refrigeración. Además, en los últimos años se han incorporado contadores y subcontadores compatibles con KNX que pueden realizar diversas mediciones de potencia por fase o de la potencia total y transmitir los datos a través de KNX. Desde la década de los noventa, también hay disponibles módulos de gestión de carga de diversos fabricantes. «Ya entonces se podían integrar 120 cargas diferentes, establecer prioridades o enviar datos estadísticos», explica Demarest. «La gestión de cargas queda cubierta con KNX». Ahora también existen productos con su propia medición del consumo energético, que pueden utilizarse para medir diversas variables eléctricas a nivel de circuito y para limitar el consumo a un nivel establecido.
Por supuesto, también sería deseable que los contadores inteligentes (smart meters) pudieran transmitir y supervisar datos a través de KNX. Esto ya es posible: por ejemplo, se puede medir la propia generación fotovoltaica.
Si se desea integrar cargas, se pueden considerar dispositivos con contactos libres de potencial. Por ejemplo, se puede cambiar un punto de recarga de «recarga completa» a «recarga limitada» mediante un interruptor KNX, o se puede controlar una bomba de calor o la producción de agua caliente a través del contacto de la red inteligente existente, en función de la energía disponible.
Desde que sonnen se convirtió en miembro de la Asociación KNX, los sistemas de almacenamiento de energía también pueden integrarse en el universo KNX. Además, con el e-charge II de ise, por ejemplo, ya se dispone de un dispositivo para integrar en KNX las estaciones de recarga de diversos fabricantes (ABB, ABL, KEBA, Mennekes, Mobility Made by Stöhr). Esto permite que toda la información esencial relativa al proceso de recarga se transmita y se procese a través de KNX. Ya se trate de control de calefacción, refrigeración, medición inteligente y submedición, gestión de la carga y reducción de picos, almacenamiento de energía, sistemas fotovoltaicos, coches eléctricos o bombas de calor, todos estos dispositivos y funciones pueden integrarse en KNX. Demarest concluye: «Ya podemos cubrir una amplia gama de funciones de gestión energética a través de KNX Classic».
La pregunta es: ¿cómo se puede llevar a la práctica la gestión energética a través de KNX? Existen muchas posibilidades diferentes: la gestión energética puede integrarse en los dispositivos, de los que hay una gran variedad disponible de distintos fabricantes. Sin embargo, también puede ejecutarse en el software de visualización, en la unidad central de visualización con funciones lógicas avanzadas, en el servidor central del edificio o en una combinación de todos ellos. También hay aplicaciones disponibles para que el control pueda realizarse a través de Internet. Los socios KNX cualificados se encargan de su implementación.
Pero ahora la innovación llega de la mano de la nueva norma EN50491-12-2, que forma parte de una serie de normas. La primera parte, EN50491-12-1, ya existe. La atención se centra ahora en el Custom Energy Manager (CEM). A este se le asignan diversos gestores de recursos (RM). Un RM puede ser un producto, varios productos o un sistema completo de soluciones electrónicas para el hogar y el edificio (HBES). Un HBES puede ser KNX, pero también se pueden tener en cuenta otros sistemas. El RM informa al CEM sobre la flexibilidad energética: qué recursos están disponibles, quién necesita energía en ese momento o quién puede suministrar cuánta energía. Por ejemplo, un RM podría representar un sistema completo de climatización (HVAC) que informa al CEM de la demanda o el suministro de energía actual. El intercambio de información entre el CEM y el RM está estandarizado, pero es independiente del protocolo utilizado. El CEM es, en la práctica, el director de orquesta que hace que la orquesta de consumidores y productores de la vivienda toque al unísono de forma armoniosa y coordina las flexibilidades energéticas.
Los cinco tipos de control para la flexibilidad energética
¿Qué se entiende, pues, por flexibilidad energética? Dependiendo de cuál sea el objetivo de la aplicación y de cómo se vaya a controlar todo, la norma EN 50491-12-2 establece cinco tipos de control denominados:
Control basado en la envolvente de potencia
En este caso, el CEM garantiza que los RM se mantengan dentro de los límites de rendimiento establecidos, que pueden variar con el tiempo. El CEM ajusta la envolvente de potencia a la predicción de potencia de los RM y controla a estos para que cumplan los límites de potencia especificados. Por ejemplo, ordena a la bomba de calor que suministre menos energía durante un determinado periodo de tiempo. A su vez, el RM proporciona al CEM las predicciones sobre la capacidad de la unidad. El CEM ajusta estas predicciones a la envolvente de rendimiento dada, por lo que existe una interacción entre el CEM y el RM a lo largo del tiempo.
Control basado en el perfil de potencia
Este tipo de control está pensado para electrodomésticos que deben ponerse en marcha a una hora específica, como una lavadora. Se comunica a través del RM cuándo puede ponerse en marcha, cuánto tiempo debe funcionar y cuándo puede interrumpirse si es necesario (contenedores de secuencia de potencia). A continuación, el CEM determina la secuencia temporal en la que se inician los contenedores de secuencia de potencia, de modo que todo el proceso pueda completarse a la hora especificada.
Control basado en el modo de funcionamiento
Este tipo de control se aplica a unidades que pueden adoptar diferentes estados de funcionamiento. Dado que el CEM conoce las unidades y sabe qué modos de funcionamiento pueden adoptar, las controla de tal manera que se cumplan las especificaciones y funcionen de forma óptima dentro de este marco. Por ejemplo, puede ordenar a una estación de carga que cargue a plena potencia durante un determinado periodo de tiempo, pero que luego cambie el estado de funcionamiento.
Control basado en la tasa de llenado
Este tipo de control es adecuado para dispositivos que almacenan o acumulan energía. Los RM informan sobre su nivel actual, así como sobre sus niveles mínimo y máximo de llenado, y si estos pueden quedar por debajo o por encima de dichos valores. La unidad también puede indicar cuándo desea que se la recargue. Los RM también comunican su comportamiento de pérdidas al CEM. Un acumulador de agua caliente pierde calor con el tiempo, incluso si no se extrae agua caliente de él. Como también se conoce el consumo medio en un día laborable, es posible calcular cuánta energía se necesita para rellenar el acumulador. A su vez, se simula el proceso de llenado: esta es la tarea de uno o varios actuadores conectados al RM. Se simulan de la misma forma que las unidades en el tipo de control «basado en el modo de funcionamiento». Solo es necesario añadir el efecto que tienen sobre el nivel de llenado. Basándose en esta información, el CEM envía los comandos e indica el modo de funcionamiento deseado del actuador y el tiempo de transición.
Control basado en la demanda
Este tipo de control se creó para unidades que son flexibles en cuanto al tipo de energía utilizada, pero que no pueden almacenar ni acumular energía. Un ejemplo es una bomba de calor híbrida que puede generar energía mediante electricidad o gas. Esta puede comunicar cuál es su nivel de demanda o en qué rango se encuentra o se situará próximamente. Los modos de funcionamiento de los actuadores indican cuánta energía se puede producir en cada modo. El CEM combina los modos de funcionamiento de los actuadores para satisfacer la demanda.
KNX Classic y KNX IoT
¿Qué significa esto para KNX? ¿Cómo se pueden implementar estos tipos de control en el entorno KNX?
Se trata, sobre todo, de parámetros que varían con el tiempo. Esto sería sin duda posible mediante la comunicación en grupo en KNX. Pero, en realidad, los telegramas de 14 bytes no
serían suficientes para ello; habría que utilizar tramas extendidas. Sin embargo, en una comunicación en grupo típica, el CEM siempre se dirige a una sola unidad, casi nunca a varias unidades al mismo tiempo. Por lo tanto, la comunicación de objetos/propiedades sería más adecuada, o incluso las propiedades de función. Sin embargo, esto requeriría que el instalador almacenara las direcciones individuales de los RM en el CEM, algo que el ETS no admite actualmente.
Por lo tanto, sería mejor utilizar la API de KNX IoT Point con estructuras de datos JSON o CBOR para el intercambio entre el CEM y el RM. «No obstante, KNX Classic sigue pudiendo utilizarse para la comunicación basada en eventos», explica Joost Demarest. «El intercambio de parámetros de los dispositivos, sin embargo, podría realizarse entonces a través de la API de KNX IoT Point».
Y ahora otra novedad para Alemania. En este momento, la FNN se encarga de la especificación de la denominada caja de control, que se encuentra detrás de la pasarela del contador inteligente (SMGW). La caja de control permite conmutar cargas en el hogar inteligente o en edificios inteligentes. Anteriormente, las cajas de control estaban disponibles con cuatro contactos de relé. «Actualmente se está elaborando el anexo B de las especificaciones de la FNN para la caja de control, que detallará cómo la caja de control también puede implementarse con KNX», afirma satisfecho Joost Demarest. La caja de control podría entonces implementarse como un cliente de túnel KNXnet/IP. Lo más importante: el instalador puede configurar la instalación KNX como hasta ahora, para él no cambia nada. Solo tiene que integrar en el sistema servidores de túnel KNX Secure disponibles en el mercado. No obstante, el fabricante de la caja de control con interfaz KNX debe proporcionar una aplicación ETS. Esto garantiza que los parámetros requeridos por la caja de control puedan intercambiarse durante la instalación inicial o la sustitución de la misma. «El anexo B se adoptará en breve; entonces, los fabricantes podrán desarrollar cajas de control acordes con él y comercializarlas», explica Joost Demarest.
De este modo, KNX y KNX IoT podrán funcionar conjuntamente en el futuro.
Para que la transición energética tenga éxito, el sistema de gestión energética del hogar y la domótica deben integrarse en un único sistema.
Joost Demarest, director técnico de KNX: «Para la comunicación basada en eventos, todavía se puede utilizar KNX Classic. «Sin embargo, el intercambio de parámetros de los dispositivos podría realizarse entonces a través de la API de KNX IoT Point».
La caja de control permite conmutar cargas en el hogar inteligente o en edificios inteligentes. Actualmente se está elaborando el anexo B de las especificaciones de la caja de control FNN, que detallará cómo se puede implementar también la caja de control con KNX.
Gestión inteligente de la energía con KNX: información para profesionales
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