Quanto custam a bomba de calor e o carro elétrico, por fase e por zona

Uma casa com alimentação trifásica, com uma bomba de calor para aquecimento e uma wallbox de 11 kW na garagem. A tarifa tem um preço de dia das 06:00 às 22:00 e um preço de noite mais barato das 22:00 às 06:00. O carro entra em carga quando alguém chega a casa, por volta das seis da tarde. Daqui decorrem duas perguntas: quanto custa a carga da noite comparada com a da tarde, e quanto do mês é gasto pela bomba de calor?

Este guia constrói essa casa num hub RBgrid real. Um rbAmp STD-U3I3, um medidor de energia de precisão, mede a entrada trifásica, fase a fase. Três módulos Basic, um por fase, medem o carregador e a bomba de calor em cada um dos seus três condutores, além da cozinha. A app calcula o preço de cada circuito com a tarifa de duas zonas. É a mesma casa do site House with heat pump and EV na demo ao vivo, por isso pode ver o resultado final antes de construir nada. As capturas de ecrã deste guia são da demo e mostram dados de demonstração.

O que terá no fim

• A potência e o custo de toda a casa neste momento, e de cada circuito.
• Cada fase da entrada, medida: potência, corrente, tensão e a carga em relação ao disjuntor.
• O carregador e a bomba de calor, cada um mostrado como uma só carga, embora cada um seja medido em três condutores.
• Hoje e este mês até à data, aos seus preços de dia e de noite.
• Histórico de cada circuito, guardado no hub: por hora durante 60 dias, por dia durante cerca de 13 meses, por mês durante 3 anos. Pode descarregar qualquer um deles em CSV.
• Notas da app sobre para onde foi o dinheiro de hoje, e sobre a carga que decorreu na zona mais cara.

Já monitoriza no Home Assistant? O hub também pode enviar a potência e a energia de cada ponto para o Home Assistant por MQTT; a sua configuração existente pode manter-se como está. As leituras por fase da entrada trifásica, os grupos, o estado das estações e o dinheiro ficam na app RBgrid, com as vistas de histórico e as notas. → Um medidor de energia para o Home Assistant

O que precisa

O STD-U3I3 é um medidor de energia de precisão: na entrada dá a medição exata de toda a casa, fase a fase. Vem em kit de 60 A ou de 100 A; para o disjuntor geral de 35 A desta casa, o kit de 60 A. Os seus sensores estão emparelhados com o módulo e não são substituíveis, por isso não há pinça a comprar para a entrada nem sensor de corrente a escolher na app.

Um módulo Basic por fase. Um módulo Basic calcula a potência de cada canal a partir da sua própria entrada de tensão única. Uma pinça num circuito de outra fase mediria mal. Por isso, a entrada de tensão de cada módulo Basic fica numa fase, e as suas pinças só vão em circuitos dessa fase. O carregador e a bomba de calor consomem nas três fases, por isso cada fase precisa do seu próprio módulo:

Escolha cada pinça de circuito com o calibre mais pequeno igual ou superior ao disjuntor do circuito (ver Escolher o tamanho das pinças).

Muitas bombas de calor são monofásicas: nesse caso é uma só pinça, no módulo da fase a que estão ligadas, associada como um ponto.

A casa da demo tem o mesmo layout: o STD-U3I3 na entrada e um Basic UI3 por fase, com os mesmos circuitos nos mesmos canais. Cabe um SCT-013-030 em cada canal Basic; escolha a sua pelo disjuntor, como acima. Não sabe qual é a sua pinça? Veja Which SCT-013 do you have?

O desenho mostra onde ficam as peças RBgrid no quadro: os sensores próprios do medidor nos três condutores de entrada, uma pinça em cada fase do carregador e da bomba de calor, os quatro módulos e o hub na calha. As cores das fases mostram a qual módulo Basic pertence cada pinça. Os dispositivos de proteção que o seu quadro precisa, e a forma como ficam dispostos, são da responsabilidade do seu eletricista.

Segurança. Para qualquer trabalho dentro de um quadro elétrico, chame um eletricista qualificado.

Prenda apenas um condutor (L) por circuito, nunca o cabo inteiro: as correntes em L e N anulam-se.

Uma carga trifásica recebe uma pinça em cada um dos seus condutores L1, L2 e L3, cada uma no módulo Basic dessa fase; nenhuma pinça no N.

1. Ligar, gravar, conectar

1. Ligue os módulos: o STD-U3I3 e os três Basic UI3, as suas entradas de tensão e sensores.
   • O STD-U3I3: as suas entradas de tensão são ligadas como as de um módulo Basic: fio AWG26–22, um fusível de até 0.1 A em cada linha L, e precisa do neutro (terminais N, L1, L2, L3). Os seus três sensores vão nos três condutores de entrada, cada um com a seta no sentido de importação, da rede em direção à casa.
   • Cada Basic UI3: a sua entrada de tensão na sua própria fase e N através do seu fusível; as suas pinças nos circuitos dessa fase (a tabela acima), cada uma com a seta a apontar para a carga. Um módulo Basic conta apenas um sentido, por isso uma pinça virada ao contrário não lê nada.

O condutor a que chama L1 tem de ser o mesmo em todo o lado: o sensor L1 e o terminal de tensão L1 do STD-U3I3, a entrada de tensão do módulo Basic L1 e as pinças desse módulo. O mesmo para L2 e L3. A verificação do passo 5 confirma-o.

Coloque cada módulo a menos de 15 cm do hub. Para trajetos mais longos, veja a secção de comprimento do barramento do wiring guide. Os cabos I²C dos módulos são ligados ao hub um de cada vez mais tarde, durante Add a module, com o hub desligado.

2. Ligue só o STD-U3I3 ao hub, por agora (alimentação, GND, SDA, SCL), no seu endereço I²C de fábrica 0x50. → Quick start, passo 1
3. Grave o hub, ligue-o ao seu Wi-Fi e abra a app, em webapp.rbgrid.io ou instalada no hub: siga os passos 2–4 do Quick start, depois volte aqui.

Um hub novo faz do módulo em 0x50 a sua grid input por si próprio, mais um ponto de tensão. Não há nada a associar para ele. No passo 3 transforma-o numa entrada trifásica.

2. Executar o assistente de configuração

A app abre com um aviso, The hub still has its factory settings. Escolha Set up →. → The setup wizard

• Security: defina um token de API e anote-o.
• Site & time: cenário Home, um nome para o local (a demo usa "Demo house"), o seu fuso horário; confirme que o relógio mostra synchronized.
• Sensors: a grid input já está lá. Deixe o resto para o passo 5.
• Tariff: use o formulário rápido para introduzir os preços. Introduza o preço de dia, ative There is a night rate (23:00–07:00) e introduza o preço de noite. Mantenha Price as on the bill — incl. VAT ativo se os preços da sua fatura incluírem IVA, e verifique o VAT, %: um hub novo começa em 21 %. Deixe o preço de exportação vazio: esta casa não tem solar.

As horas de noite do formulário rápido estão fixas às 23:00–07:00. A noite desta casa vai das 22:00 às 06:00, por isso move as horas no passo 6.

A demo usa Day 06:00–22:00 a 0.38 e Night 22:00–06:00 a 0.29 por kWh com IVA de 19 %, incluído (o plano guarda-os sem IVA, como 0.3193 e 0.2437, que é o que mostra a captura do Tariffs). Use os preços da sua própria fatura.

3. Tornar a entrada trifásica

Uma entrada trifásica é suportada num STD-U3I3. Abra Points: o cartão do STD-U3I3 mostra a grid input.

1. No cartão do módulo, carregue em Use as the three-phase input.
2. Confirme Use as the input. A entrada mantém o seu histórico.
3. Carregue em Restart now.

Depois do reinício, a entrada é um ponto, L1–L3, com uma leitura para cada fase. → Use as the three-phase input

Depois abra Settings → Mains e escolha Three phase. Mains system aplica-se de imediato, e a lista Phase em cada ponto passa a oferecer L1, L2 e L3. A tensão e a frequência nominais, se as alterar, aplicam-se depois de reiniciar o hub (Save and restart). Os valores por defeito servem para uma alimentação de 230/400 V. → Settings

Na grid input, abra Point setup e defina:

• Input breaker, A: o seu disjuntor geral (35 A aqui);
• Input limit, kW: o que a sua alimentação permite. Sem um valor contratado, use o disjuntor: 35 A × 230 V × 3 condutores = 24.15 kW, como na demo. Se os dois não coincidirem, a app propõe um valor calculado a partir do disjuntor.

Os sensores do STD-U3I3 são calibrados com o módulo na fábrica, por isso não há sensor de corrente a escolher.

4. Adicionar os três módulos Basic

Ligue os módulos Basic um de cada vez, com Points → Add a module. Todos os módulos saídos da caixa respondem no mesmo endereço, 0x50. Por isso, de cada vez, o módulo que responde em 0x50 é primeiro movido para um endereço livre, e o módulo novo é depois ligado em 0x50. Na primeira ronda é o STD-U3I3: é movido, e mantém os seus pontos, histórico e definições. → Adding modules

Para cada Basic UI3 (L1, depois L2, depois L3):

1. A app propõe um endereço livre, por exemplo 0x51, e move para lá o módulo que está agora em 0x50.
2. Desligue o hub e ligue o cabo I²C do módulo novo ao hub. Ele responde em 0x50.
3. Ligue o hub, abra Add a module outra vez e carregue em Scan, depois em Add.

Os canais de cada módulo aparecem agora em Free sensors. Os endereços finais dependem da ordem pela qual adiciona os módulos, e não importam: os pontos são conhecidos pelos seus nomes. A página Points da demo mostra um conjunto diferente de endereços.

5. Configurar os circuitos

Primeiro crie dois grupos: Settings → Consumer groups → Add group, "EV charger" e "Heat pump", depois Save. → Consumer groups

Depois Bind cada sensor livre com o seu nome, função, fase e calibre de linha. Abra o Point setup de cada ponto novo para o disjuntor, o sensor de corrente e o grupo.

A demo também dá a cada ponto um nome curto para os diagramas, como "EV L1" e "HP L1"; a página Points mostra-os.

• Line rating é o que o disjuntor do circuito permite: disjuntor × 230 V (por exemplo, 10 A → 2.3 kW, 16 A → 3.68 kW, 25 A → 5.75 kW). A demo usa os seus próprios valores: 1.4 kW nas linhas da bomba de calor.
• As funções Charging station e Heating/cooling mantêm o carregador e a bomba de calor fora da estimativa de consumo em standby da app, porque funcionam no seu próprio horário.
• Phase: a fase da entrada de tensão do módulo; cada canal de um módulo está nessa fase.
• O sensor de corrente tem de corresponder à pinça realmente instalada. → Points

Porque são três pontos por carga. O carregador e a bomba de calor consomem cada um nas três fases. Uma pinça por condutor, no módulo dessa fase, mede cada fase tal como ela está. Coloque os três pontos num grupo com a mesma função, e a app mostra-os como uma só carga: uma linha sob o nome do grupo em Where the money goes today, e um nome na nota de carga. Até uma versão futura, a app conta as sessões de um carregador associado como três pontos três vezes.

Definições da estação. Com o carregador associado, aparece Settings → Charging stations: o limiar de carga (500 W por defeito), o tempo de inatividade e o preço por kWh. Cada ponto de VE usa-os, por isso, com três pontos por carregador, cada ponto de fase é comparado com o limiar. → Charging stations

Reinicie o hub (Settings → Administration). Um ponto recém-associado mostra valores ao vivo de imediato e começa a guardar histórico depois do reinício; nada medido antes se perde. O hub guarda histórico até 12 pontos; esta casa tem oito. Uma carga trifásica medida por condutor usa três dos 12 espaços de histórico, por isso planeie para o crescimento.

Verifique: ligue uma carga que conhece, como uma chaleira no circuito da cozinha. O seu ponto deve mostrar aproximadamente a potência nominal da chaleira, e o L1 da entrada deve subir cerca de o mesmo.

6. Definir as horas da tarifa

Abra Tariffs. O formulário rápido deixou uma zona Day e uma zona Night às 07:00–23:00 e 23:00–07:00. → Tariffs

• Zona Day: From 06:00, To 22:00, todos os sete dias.
• Zona Night: From 22:00, To 06:00, todos os sete dias. Uma janela pode atravessar a meia-noite.
• VAT %: 19 na demo; a sua, pela sua fatura.
• Default zone: Day ou Night, para que nenhuma hora fique sem preço.
• Net metering: desativado. Esta casa não exporta nada.

Verifique The week by zones: cada hora deve ser Day ou Night, sem lacunas nem sobreposições. Depois Save.

O plano da demo também lista um "Standing charge" mensal. Não o copie: os custos no RBgrid são baseados na energia, o hub não inclui encargos fixos em nenhum custo, e o editor não os mostra.

7. O que a app mostra

O Overview abre em dinheiro: quanto custa a casa por hora neste momento, hoje e este mês até à data, e a zona tarifária em vigor. O custo de cada circuito é a sua energia ao preço de compra da zona: uma hora na zona Day ao preço de dia, uma hora na zona Night ao preço de noite. → The Overview

O cartão Phases lê measured at the input, com "breaker 3 × 35 A (per phase)". Cada fase mostra a sua potência, corrente e tensão, e uma barra em relação ao disjuntor. Na demo às 19:30, com o carro a carregar e a cozinha ocupada, L1 transporta mais do que L2 e L3, porque a cozinha está em L1. O cartão também indica o desequilíbrio de corrente; num hub real acrescenta uma verificação da rotação de fases.

No cartão de fluxo, o separador By phase coloca cada linha na sua fase. Os separadores de grupo, "EV charger" e "Heat pump", mostram cada carga separadamente. → Phases

Os Insights transformam as medições e a tarifa em notas curtas. Na casa da demo, às 19:30, dizem:

• Expensive now: Day — 1.3× the "Night" rate, com as horas da zona de noite e quanto falta para começar;
• EV charger yesterday: 27.6 kWh in the "Day" zone, com a nota da app de que the same energy in the "Night" zone would have cost ≈ €2.48 less — at the plan's rates for the energy actually used;
• Where the money goes today: o carregador e a bomba de calor como uma linha cada, depois a cozinha e o resto não medido;
• Month cost forecast, a partir do ritmo até agora, aos preços atuais;
• Standby use ≈ 295 W round the clock: o piso de consumo noturno da casa, sem o carregador nem a bomba de calor.

Estas são as estimativas da app aos seus preços atuais, assinaladas com ≈. → Insights

O History mostra cada circuito por hora, dia ou mês, em energia, potência ou dinheiro. Ontem por hora em potência mostra o bloco do carregador das 18:00 às 20:30. A bomba de calor funciona parte de cada hora, mais à noite e de manhã do que ao meio-dia. Download CSV guarda o que vê. → History

O histórico avança à hora no seu nível mais fino; os valores ao vivo atualizam-se a cada 3 segundos no Overview (e por MQTT). A energia dos módulos que contam a bordo avança em passos de 15 minutos.

As horas de carga do carregador

Na demo, o carro carrega das 18:00 às 20:30 todos os dias: cerca de 11 kW durante duas horas e meia, tudo na zona Day. É o padrão a que a nota de carga aponta.

Um dia na demo é diferente. Três dias antes de "hoje", o carro carregou das 22:00 às 00:30, na zona Night. Abra o History, 7 days, em Money: a carga passou da meia-noite, por isso duas barras diferem das restantes. O dia em que começou, sem carga ao fim da tarde, fica mais baixo; o dia seguinte, com a última meia hora somada à sua própria carga da tarde, fica um pouco mais alto.

O RBgrid não inicia nem para o carregador. Mede o que o carregador consumiu e calcula o preço de cada hora na sua zona. Se decidir carregar mais tarde à noite, essa decisão é sua, definida no temporizador do próprio carro ou da wallbox. A nota da app mostra então a carga de ontem aos preços que se aplicavam.

As linhas do carregador também funcionam perto do seu calibre: cerca de 16 A numa linha de 20 A equivalem a cerca de 80 % da potência nominal de 4.6 kW. Na tabela Points, em Details, isso é a marca high, e com pequenas variações na leitura a palavra pode aparecer e desaparecer. Este sinal diz respeito ao calibre da linha, não à pinça.

Escolher o tamanho das pinças

Uma pinça tem uma gama, e os dois limites contam. Se for pequena demais, as suas leituras são cortadas acima do seu calibre; se for grande demais, as correntes pequenas leem zero num módulo Basic. Uma pinça com o calibre do disjuntor do circuito fica dentro dessa gama, e é por isso que a tabela associa cada pinça ao seu disjuntor. → Escolher o tamanho das pinças

Se um ponto avisar que a sua pinça é pequena demais: a app compara o disjuntor com a corrente a partir da qual a pinça começa a cortar, um valor que o hub reporta — para um SCT-013 é cerca de 16 % acima do seu calibre, por isso aproximadamente 11.6 A para uma pinça de 10 A. Assim, uma pinça de 10 A num disjuntor de 10 A, ou uma pinça de 20 A num disjuntor de 20 A, lê bem. Uma pinça com o calibre do disjuntor está bem e já não avisa. Na app v1.1.4 e anteriores a verificação usava um limite 10 % abaixo do calibre, por isso avisava precisamente nesse par — "The line breaker 10 A is above the sensor's limit (9 A)…" — mesmo a pinça lendo corretamente no seu calibre.

Dados da demo vs a sua casa

• Na demo, o carro carrega à mesma hora todos os dias. A carga noturna única é programada, e acompanha o relógio: é sempre três dias antes de hoje.
• A bomba de calor da demo não tem meteorologia. A sua utilização horária é uma parte fixa de cada hora, sem picos de arranque nem descongelação. Uma bomba de calor real segue a temperatura exterior.
• Os valores por fase da demo são calculados a partir dos seus circuitos. Num hub real, o STD-U3I3 mede cada fase na entrada.
• A demo instala um SCT-013-030 em cada canal Basic e classifica as linhas da bomba de calor a 1.4 kW; escolha as suas pinças e calibres pelos seus próprios disjuntores.
• O histórico de dinheiro da demo deixa de fora o IVA. O custo do seu hub inclui-o.
• A atualização de firmware dos módulos na demo é simulada.
• O histórico começa quando configura o hub; dados de outros sistemas não são importados.
• Os seus números dependem dos seus circuitos e preços; nada neste guia garante um valor.

Se algo correr mal

• Use as the three-phase input não é oferecido: o STD-U3I3 tem de estar presente e a entrada não pode já ser trifásica. → Sensors and modules
• Add a module não encontra nada novo: verifique que só um módulo novo está ligado, e que o hub estava desligado enquanto o ligava. → Adding modules
• Um circuito lê 0 enquanto a carga funciona: a pinça pode estar virada ao contrário (o ponto diz sensor reversed — not metered).
• Um circuito lê uma potência implausível: verifique se a sua pinça está num módulo cuja entrada de tensão está na mesma fase.
• Sensor limit ou clipping num ponto: o circuito consome mais do que o calibre da sua pinça; veja Escolher o tamanho das pinças.
• A zona errada aplica-se: verifique o fuso horário do hub e The week by zones. → Tariffs

Seguinte

• Adicionar mais circuitos: os módulos L2 e L3 têm cada um um canal livre para um circuito da sua fase; um hub aceita até oito módulos, e guarda histórico até 12 pontos. → Sensors and modules
• Ler os dados nas suas próprias ferramentas (para utilizadores experientes). Além dos downloads CSV do History, as suas ferramentas podem ler o histórico de qualquer ponto que guarde histórico (até 12 pontos) através da API REST do hub: GET /api/v1/history?unit=…&period=hour|day|week|month|year&type=energy|electrical|economics, com um token de leitura se tiver definido um. Ou por MQTT: o cmd history, com a resposta em cmd/resp. Os comandos MQTT ainda não verificam um token de leitura, por isso use um broker com os seus próprios utilizadores. → MQTT
• Refinar a tarifa: mais zonas, taxas por kWh. → Tariffs
• Ver o custo e o balanço entrada-versus-linhas por ponto. → Economics
• Enviar os dados para o Home Assistant. → Um medidor de energia para o Home Assistant
• Ver a casa acabada: demo.rbgrid.io, casa com bomba de calor e VE
• Máquinas trifásicas numa empresa: qual a máquina que lhe custa dinheiro, numa oficina
• Só a alimentação, sem os módulos de circuito: A sua alimentação trifásica é medida numa só fase