Shelly 3EM a integrace do Homematic. Chytré měření elektrické energie v domácnosti.

Trochu historie – CurrentCost a EnergoMonitor

Řada z vás již někdy asi zvažovala, nebo možná i již používá nějaké chytré měření spotřeby elektrické energie ve své domácnosti. Přes 10 let jsme doma používali české řešení EnergoMonitor. To zpočátku byl přebrandovaný původně britský projekt Current Cost. A po těch létech přecházíme k sofistikovanějšímu řešení Shelly 3EM, a jeho integraci do systému domácí automatizace Homematic.

Energo Monitor pro domácnost

Ale na chvíli zpět k systému EnergoMonitor. Ten je založený na sadě hardware pro domácí instalaci a cloudu. Tam se všechny data z domácnosti archivují, přežvýkají a zpětně se dostávají k zákazníkovi formou webové aplikace. Data jsou dostupná i zpětně za celou dobu sledování.

Systém není špatný, ale postupně s ním nastala řada problémů. Výrobce jednak postupně úplně změnil hardware. A to tak, že cokoliv novějšího již neumí pracovat se starou základnou a je potřeba vše vyměnit. A přes všechny přísliby výrobce ani prvním zákazníkům s původním HW (k nimž jsem patřil) neumožnil upgrade z první generace zařízení na novou techniku za zvýhodněnou cenu. Takže by mě čekala další investice za cca 10.000 Kč (!). To už je trochu přes čáru.

Navíc výrobce ukončil podporu Android aplikace (vývoj se zastavil někde u Android 7-8). Problémy s API rozhraním (token s omezenou měsíční časovou platností) neumožňují snadnou integraci do jiných SmartHome systémů . A ani nový HW neumí měřit jalovou složku proudu. Takže např. v mém domácím klimatizačním systému to je zásadní problém s přesností měření.

Optimalizace pro SmartHome ?

S výjimkou průběžného sledování dat to není pro využití v automatizované domácnosti dnes již moc využitelné. A to přesto, že řešení má doživotní licenci pro cloudové služby.

Pro využití v reálném čase je problém se se zpožděnými daty z firemního cloudu. Základna změřená data dočasně nikam lokálně neukládá. Při výpadku Internet konektivity jsou tedy ztracena. Jako jeden z prvních uživatelů jsem dostal originální displej CurrentCost (spárovaný přímo se základnou EM), který zobrazoval příkon v reálném čase. To ale bylo nestandardní, a u nového HW dále již nepodporované řešení.

Homematic

Od cca r. 2011 jsme budovali náš systém domácí automatizace Homematic. A vždy jsem chtěl do tohoto systému integrovat i nějaké řešení pro kontrolu spotřeby (zejména) elektrické energie. To má určitě spoustu výhod, jako např. informace o aktuální spotřebě v reálném čase. A také možnost automatických rutin, které umí např. reagovat na limitní příkon vašeho domácího elektrického rozvodu.

To by potom např. mohlo umět řízeně odpojovat určené spotřebiče nebo podobné fičúry. Občas v létě, při současně spuštěném klimatizačním systému (3 invertor splity + venkovní jednotka), elektrické a mikrovlnné troubě, pračce, myčce, kávovaru, 2 televizí a dalších domácích spotřebičích se náš 1-fázový systému dostávali přes limit 25-30A hlavního jističe. Systém EnergoMonitor uměl v takovém případě poslat e-mail s varováním na takto hlídaný odběr, ale nic více. Navíc se několikaminutovým zpožděním cloudu.

Homematic žádný takový vlastní senzor bohužel neměl a dosud nemá. Ne takový, který by umožnil měření celé domácnosti, a na 3 fázích. Existují nějaké komunitní integrace, z valné většiny postavené na optickém snímání pulsů na elektroměru distributora. To jsou ale krkolomná, a někdy nepříliš spolehlivá řešení.

Shelly 3EM

Když se před časem objevil chytrý elektroměr Shelly 3EM od bulharského výrobce Smart Home komponentů Allterco Robotics, velmi mě to zaujalo. Věděl jsem, že některé tyto WiFi moduly Shelly lze do Homematicu integrovat. Otázka byla, kdy se taková užitečná integrace objeví i pro 3EM.

I teď po cca 1.5 roku, co se tento chytrý elektroměr objevil na trhu, je hodnocený jako nejlepší dané řešení. A to vzhledem k cenové kategorii, jednoduchosti instalace, užitným vlastnostem a samozřejmě i možnostmi integrace do různých domácích Smart Home systémů. Skvělé řešení i bez nutnosti cloudu.

Použití chytrého elektroměru Shelly 3 EM

Plánoval jsem umístění takového chytrého elektroměru na obou našich elektrických systémech, kde jsou i Homematic řídící jednotky CCU. Na rekreačním objektu máme 3fázový elektrický systém, výhledově tam plánujeme i umístění domácí fotovoltaické elektrárny (FEV). Trvale se tam ale nevyskytujeme, proto je myšlenka pro komfortní vzdálený dohled (zvláště v dlouhém zimním období) tak atraktivní. Domácí elektrický rozvod máme celý na jedné fázi.

Modul Shelly 3EM je chytrý elektroměr v provedení na standardní DIN lištu. Disponuje bezdrátovou (WiFi 2.4 GHz) konektivitou, a umí kompletně monitorovat až 3 fáze, a to v různých konfiguracích. Měří docela přesně příchozí i odchozí energii, což je vhodné např. i pro kontrolu domácí fotovoltaické elektrárny nebo větrné mikroturbíny. Na 1 fázovém systému umí kontrolovat 3 různé obvody. Pro každou fázi měří napětí, proud, činný příkon a účiník. S přídavným měřícím transformátorkem pro nulový vodič umí i detekci krádeže nebo úniku energie.

Přístup přes web, vlastní cloud, MQTT

Chytrý modul 3EM disponuje vlastním web serverem. To umožňuje nejen jeho správu, ale i přístup k měřeným datům v reálném čase. Pro zobrazení dat z cloudu má Shelly 3EM k dispozici Android a iPhone aplikace. Data z cloudu jsou dostupná přes další WebUI rozhraní. Měřící modul rovněž umožňuje odesílání MQTT zpráv – dnes již standardního protokolu pro IoT Messaging.

Zajímavá funkce je vlastní reléový výstup. To umožňuje z aplikace a webového rozhraní ovládat přídavný 240V/10A obvod s nějakým spotřebičem (nebo stykačem pro větší spínaný výkon). Tento externí spínaný obvod by potom měl být připojen přes vlastní jištění. To je další benefit tohoto řešení, kontakt může být ovládán i automaticky na základě monitorovaných elektrických veličin.

Instalace Shelly 3EM

Nechci detailně rozebírat vlastní montáž a instalaci, to je popsáno mnohokrát i jinde, lépe a podrobněji. Takže spíše pár důležitých poznámek, postřehů a doporučení pro případné zájemce o tento chytrý elektroměr.

Montáž modulu na DIN lištu v elektrickém rozváděči by měl vždy určitě provádět kvalifikovaný elektrikář (díky Vojto 👍). V rozváděči zabere 3EM cca 1.5 klasického DIN formátu (22 mm). Shelly modul by určitě měl mít jištění vlastního napájení (postačí 6A). Vlastní měřící transformátory (proudové sondy) nejsou příliš velké, a u většiny rozváděčů asi nebude problém s jejich umístěním.

U proudových sond je třeba ale pozor na jejich správnou orientaci při nasazení na měřený vodič příslušné fáze. Při špatné orientaci by se mohla naměřená data pohybovat v záporných číslech. Opačná orientace měřícího trafa je naopak potřebná při měření vlastní vyrobené elektrické energie, např. z FVE nebo větrné/vodní elektrárny.

Modul disponuje i jednou docela unikátní funkcí. Měřící sondu je možné použít i pro nulový (neutrální) vodič, po kalibraci lze detekovat i úniky, či případnou krádež elektřiny.

Pro připojení do domácího WiFi systému dejte pozor na to, že Shelly podporuje pouze 2,4 GHz síť. To je ostatně běžné u většiny IoT zařízení. Proto doporučuji vytvoření samostatného SSID pro IoT zařízení, pouze s 2.4 GHz konektivitou. Nebo při párování dočasně 5 GHz síť vypnout. Po připojení Shelly do domácí WiFi opět 5 GHz pásmo opět zapněte. K párování si Shelly dočasně vytvoří svůj vlastní WiFi přístupový bod.

Integrace Shelly 3EM do systému domácí automatizace Homematic

Tento článek není recenze, těch je již asi dost. Chtěl bych spíše ukázat, shrnout a popularizovat obecné výhody integrace takového Smart Home zařízení do systému domácí automatizace Homematic (ale i jiného), a zmínit i některé konkrétní řešení. Popsaná Homematic integrace pochází z diskuzního fóra Shelly, a jejím autorem je Stefan „66er“. Integrace je stále ve vývoji, toto je její první verze.

Shelly 3EM je integrovaný např. i do Home Assistant, a dalších domotica systémů. A modul sám zvládá také některé (byť omezeně) vlastní automatizační funkce vedoucí k úsporám. Nicméně, pokud ale vaše domácnost disponuje nějakým systémem domácí automatizace, integrujte Shelly 3EM přímo do něj .

Modul primárně komunikuje přes WiFi. A přes ní je integrovaný do řídící jednotky Homematic CCU2/CCU3 pomocí HTTP příkazů přes rozhraní REST-API. Jsou tedy potřeba Homematic řídící jednotky řady CCU. Malý přístupový bod HM Acces Point (určený pouze pro jednoduchá cloud řešení) tuto, ani jiné integrace neumožňuje.

Tato původní integrace v CCU používá doplněk CUx-Daemon v aktuální verzi, s jehož využitím emuluje virtuální zařízení pro Shelly 3EM. Protože je integrace emulovaná v CUxD, není 3EM dostupné v CCU jako samostatné zařízení. Nicméně příslušná elektrická data k dispozici jsou i v aplikacích (TinyMatic a Smartha). Navíc Shelly má k dispozici vlastní smartphone aplikaci, která je nejlepší volbou pro vzdálený dohled. Smyslem integrace je automatizace domácích procesů na základě měření elektrického příkonu.

Integrace od „66er„v současné době umožňuje :

• zobrazení celkové spotřeby v kWh
• zobrazení s volitelným zobrazením odpovídajících nákladů na základě individuální ceny elektřiny za kWh
• zobrazení aktuálního výkonu ve wattech na jednotlivé fáze – to umožňuje např. rozpoznat trvalou nerovnováhu zátěže
• denní/měsíční počítadlo (s možností resetu) – počítá množství spotřeby a vypočítává náklady za jakékoli časové období, možnost jeho automatického nulování s novým kalendářním měsícem/týdne
• zobrazení online stavu modulu 3EM
• nastavitelný interval aktualizace dat
• data ze Shelly modulu se v nastavitelném intervalu ( u mě 1 min.) načítají přímo do CCU2/3
• integrace je funkční i v případě výpadku Internetu
• data se ukládají do systémových proměnných v CCU2/3, a lze je použít v dalších HM programech a skriptech

Homematic aplikace

Pro integraci Shelly 3EM do systému Homematic je celá řada důvodů. Bez další návaznosti do nějakého obdobného „domotica“ systému by využití chytrého elektroměru zůstalo pouze v informační rovině. Taková integrace umožňuje např. hlídání maximálně povoleného příkonu s inteligentním odpojováním spotřebičů, viz dále.

Příklad HM programu pro hlídání maximálního příkonu:
Pokud máte pouze 1fázový rozvod, můžete se s velkým příkonem náročnějších spotřebičů dostat až na hranu možností vašeho hlavního jističe. Jeho hodnota bývá standardně 25A. Takový HM program maximální příkon efektivně pohlídá, a zabrání tomu, aby hodnota byla překročena a jistič aktivován.

Jak už jsem se zmínil v úvodu článku, v horkých dnech posledních let často běží domácí klimatizační systém. Ten se skládá z venkovní jednotky – tepelného čerpadla, a 3 pokojových klima splitů, v invertor provedení. A souběžně může běžet mnoho dalších náročných spotřebičů. Typicky elektrická a MW trouba, kávovar, pračka a myčka, atd…. Celý systém se už několikrát dostal přes 6-7 kW, a to běžný 25A jistič na jedné fázi dlouhodobě nedá.

Pro kontrolu naší domácí klimatizace systému používáme izraelský systém Sensibo. Jsou to vlastně inteligentní IR ovladače (pody), které přímo ovládají klima splity v jednotlivých místnostech. Nahradí tak originální ruční dálkové ovladače. Systém Sensibo disponuje vlastní aplikací, webovým rozhraním, a rovněž integrací do systému Homematic, kterou jsme vyvinuli.

Zmíněná Sensibo-Homematic integrace umožňuje přímo z Homematicu celý klima systém automaticky i manuálně ovládat. A také zcela vypnout – nouzově zcela odpojit od sítě 240V. A to samozřejmě i vzdáleně. Systém se využívá nejen pro chlazení, ale např. i pro chytrou podporu větrání, viz výše uvedený link. Přitom je stále zachované i konvenční ovládání.

Popsaný HM program spojuje systémy Shelly 3EM, Sensibo a Homematic. Při dosažení povoleného příkonu na společné fázi umí program každý klima split přepnout z aktivního chlazení do režimu ventilace. Tím se může aktuální vysoký příkon významně snížit, a není nutný žádný další zásah. Program umí klima systém i zcela vypnout.

Protože je systém Sensibo založený na cloudu, při výpadku Internetu není možný přístup k jednotlivým klima splitům přes Sensibo pody. V tom případě HM program vypne celý klimatizační systém přes hlavní vypínač klima systému. Ten bezpečně odpojí napájení všech splitů a i venkovní jednotky – tepelného čerpadla.

Jiná cesta – data ze Shelly do HM CCU přes MQTT

V současnosti je k dispozici již možnost nová integrace Shelly 3EM do Homematicu přes MQTT protokol (CCU Jack). To má výhodu okamžitých aktualizací naměřených dat z 3EM do CCU, a ne pouze při pravidelných aktualizacích s pomocí metody REST API. Zapojení s využitím MQTT je velmi výkonné a stabilní, aktuální hodnoty jsou v CCU vždy okamžitě k dispozici. Výsledkem by bylo i menší zatížení CCU. Bohužel je MQTT doplněk možný až u CCU3, CCU2 to výkonově nezvládá..

Cena

Na závěr ještě cena 3EM modulu, která se nyní po zdražení (všeho elektronického) pohybuje mezi 3-4 tis. Kč vč. DPH. Někteří prodejci mají ještě staré skladové zásoby za lepší ceny. Můžeme v tom také pomoci👍.

Pokud jste článek dočetli až sem, a zaujal vás, budu moc rád za hodnocení na konci. Komentáře či otázky jsou vítány. Vše rád zodpovím. Pro pokročilé dotazy či spolupráci použijte náš kontaktní formulář.