Análise do consumo de eletricidade
(zdimension.fr)- Com o aumento das tarifas de eletricidade na França, ficou mais importante escolher um plano adequado ao consumo individual; por isso, foi criado um app web em Python que combina dados do medidor inteligente Linky com dados públicos de tarifas
- Quando ativado no contrato, o medidor Linky envia dados de consumo à Enedis em intervalos de 30 minutos, e é possível coletar automaticamente os dados JSON brutos por meio da API wrapper MyElectricalData
- As tarifas de eletricidade na França se dividem em uma assinatura fixa e uma cobrança por consumo, e o preço do kWh varia conforme faixas horárias e tipos de dia, como Base, Peak Hours e Tempo
- O app busca dados no MyElectricalData, no data.gouv.fr e em outras fontes, exibe-os em um mapa de calor e compara os custos por plano usando o consumo por intervalo armazenado no SQLite
- Com base no consumo pessoal, o Tempo economizou mais de 300 euros nos últimos 10 meses, e apenas NiceGUI e SQLite foram suficientes para criar um app de análise pessoal nessa escala
Medidor Linky e acesso aos dados de consumo
- A Enedis, organização operadora da rede elétrica francesa, vem substituindo medidores de eletricidade antigos por medidores inteligentes Linky desde 2015
- Pelos botões na parte frontal do medidor, é possível consultar itens como potência aparente instantânea (VA) e consumo acumulado de energia (kWh)
- É possível ler dados em tempo real pela porta de comunicação frontal, mas isso não era essencial para a coleta de dados necessária nesta análise
- Se a transmissão de dados estiver ativada no contrato, o consumo diário de eletricidade é enviado à Enedis em intervalos de 30 minutos e também pode ser consultado no site da Enedis
Coleta dos dados brutos de consumo
- O site da Enedis oferece gráficos e filtros, mas, para fazer uma análise direta, é preciso baixar e processar os dados brutos
- Também é possível exportar CSV, mas fazer login todos os dias para baixar o arquivo não é adequado para automação
- A API da Enedis existe, mas, como ocorre com APIs públicas francesas, para acessá-la é necessário ter credenciais de profissional registrado
- MyElectricalData é usado como uma API wrapper para obter dados da Enedis
- A API retorna em JSON os dados de consumo de um dia, e cada item é identificado pelo horário de término do intervalo de 30 minutos
- Ex.:
"2024-02-01 00:30:00"significa o intervalo de 00:00 a 00:30 de 1º de fevereiro - O valor de exemplo
1258é interpretado como “Watt-half-hours”, sendo tratado como 629 Wh consumidos durante aqueles 30 minutos - Como o cálculo da tarifa precisa estar em Wh, o valor é dividido por dois antes do processamento posterior
- Ex.:
Dados de tarifas de eletricidade na França e estrutura dos planos
- Como o consumo de eletricidade sozinho não permite calcular o custo real, também são necessários dados tarifários
- As tarifas reguladas da EDF, fornecedora pública, são definidas pelo governo e, em geral, são mais estáveis que as tarifas de mercado das fornecedoras privadas
- data.gouv.fr oferece conjuntos de dados públicos franceses, e os dados de tarifas reguladas de eletricidade também podem ser obtidos em formato CSV
- As tarifas de eletricidade na França são compostas por duas partes principais
- Assinatura: custo fixo definido mensal ou anualmente
- Tarifa de consumo: custo variável conforme a quantidade de eletricidade usada durante um determinado período tarifário
- A estrutura tarifária básica varia conforme o horário de uso e as condições
- Base: a tarifa de eletricidade é a mesma independentemente do horário
- Peak Hours: normalmente, as 16 horas entre 06:00 e 22:00 são Peak, e as 8 horas entre 22:00 e 06:00 são Off-Peak; a tarifa Peak é mais cara
- Um sinal de início do horário fora de pico é transmitido pela rede elétrica, e equipamentos como aquecedores de água podem ser configurados para funcionar às 22:00
- Usar bem esse esquema pode gerar economias de centenas de euros por ano
Condições e preços do plano Tempo
- Tempo divide o dia em peak/off-peak e, além disso, aplica três tipos de dia: Red, White e Blue
- Os dias Red são muito caros, os dias White são mais baratos que Base, e os dias Blue são ainda mais baratos
- A cor de cada dia costuma ser informada com alguns dias de antecedência, e o número de dias de cada cor é fixo
- Dias Red só podem ocorrer 22 vezes por ano e são atribuídos apenas no inverno
- Os preços em 15 de fevereiro de 2024 eram os seguintes
- Base: 25,16¢/kWh
- Peak: pico 27,00¢/kWh, fora de pico 20,68¢/kWh
- Tempo Blue: pico 16,09¢/kWh, fora de pico 12,96¢/kWh
- Tempo White: pico 18,94¢/kWh, fora de pico 14,86¢/kWh
- Tempo Red: pico 75,62¢/kWh, fora de pico 15,68¢/kWh
- O Tempo parece bom quando se observa apenas o preço médio, mas é um plano que reflete situações em que a demanda de aquecimento no inverno aumenta a carga sobre a rede elétrica
- Em regiões com inverno frio e aquecimento elétrico, como na maior parte da França continental, o Tempo pode acabar sendo o plano mais caro
- Para quem aquece a casa com gás ou madeira, ou mora no sul do país, o Tempo pode ser uma boa opção
Implementação do app web em Python
- Foi criado um pequeno app web em Python usando NiceGUI
- O app realiza quatro tarefas
- Obtém dados de consumo da Enedis por meio do MyElectricalData
- Coleta dados de tarifas de eletricidade de várias fontes
- Exibe os dados em um mapa de calor
- Compara todos os planos disponíveis para identificar o mais barato
- Os dados de consumo são atualizados todas as noites, e os dados do dia N costumam ficar disponíveis na Enedis entre 01:00 e 02:00 da madrugada do dia N+1
Estrutura de armazenamento no SQLite e cálculos
- Como a API retorna JSON todos os dias, buscar todo o histórico de consumo a cada inicialização do app é mais pesado do que exportar CSV
- O primeiro protótipo serializava um grande dicionário com
pickle, mas, devido ao volume de dados a armazenar, a implementação foi migrada para SQLite - Um dia é dividido em 48 intervalos de 30 minutos, e um ano contém 17.520 intervalos
- Como também é preciso calcular o preço por plano para cada intervalo, os joins de um banco de dados relacional se encaixavam bem
- O esquema armazena separadamente os dados de consumo e os dados de intervalo por plano
consumption: armazena ano, mês, dia, número do intervalo no intervalo de 0 a 47 e valorplan_slice: armazena ID do plano, potência contratada, tipo de dia Tempo, início/fim do período tarifário, assinatura e preços do kWh em peak/off-peak
- O SQL para calcular os dados exibidos é gerado dinamicamente conforme as entradas da UI e o plano selecionado, e roda com rapidez suficiente
Resultados da análise e avaliação das ferramentas
- Com base no consumo pessoal, o plano Tempo foi o mais barato
- Nos últimos 10 meses, o plano Tempo economizou mais de 300 euros
- Mesmo em janeiro, quando foi preciso ligar aquecedores elétricos por alguns dias e houve muitos dias Red, os dias Blue e White compensaram os dias Red, deixando o mês inteiro mais barato que Base
- NiceGUI foi conveniente para criar um app web em Python e, por ter modo nativo, também pode ser usado como um framework de app desktop multiplataforma semelhante ao Electron
- Os componentes integrados eram bons, e foi possível usar recursos nativos do Quasar quando necessário
- SQLite também foi fácil de lidar nesse caso de uso simples
- O código foi publicado no GitHub
- Para leitores franceses, há uma ferramenta open source separada chamada comparateur-abonnements-electricite
- O código está em EDF_Simulateur_Prix
- Ela compara vários planos de assinatura de eletricidade da França com base em exportações CSV e calcula o total que teria sido pago com cada plano
- Ela oferece suporte a mais planos que a ferramenta do autor, mas a ferramenta do autor é mais focada na análise do consumo cotidiano
1 comentários
Comentários no Hacker News
Em Ontário, no Canadá, também houve uma adoção em larga escala de medidores inteligentes de eletricidade, mas as pessoas não deslocaram significativamente o uso para fora dos horários de pico, e ficou meio ambíguo se o custo investido se justificava
O custo de implementação era parecido mesmo para residências de baixo consumo, e os ganhos obtidos com mudanças de hábito diminuem cada vez mais
https://www.auditor.on.ca/en/content/annualreports/arreports...
Também empurraram submedição em unidades pequenas, como condomínios e apartamentos, mas inquilinos ou moradores têm pouca margem para controlar os equipamentos e o consumo
Pelo contrário: como proprietários ou construtoras não pagam diretamente a conta de luz, aumenta o incentivo para instalar equipamentos pouco eficientes
Na prática, táticas como LEDs muito baratos, subsídios para reformas e melhora da eficiência dos eletrodomésticos foram mais eficazes; TVs e computadores também consomem só uma fração do que consumiam antes, e adaptadores hoje são quase todos fontes chaveadas
Ainda não encontrei uma “geladeira inteligente” que funcione a temperatura ultrabaixa quando a tarifa está barata e reduza quando está cara; pode parecer contraditório gastar mais eletricidade para economizar, mas faz sentido
Gostaria que pressionassem também as operadoras de telecomunicações a se preocupar com a eficiência dos equipamentos de cliente que elas obrigam as pessoas a usar
No Reino Unido já existem tarifas assim, com diferenças de preço bem nítidas: https://agileprices.co.uk/
Agora que os preços de atacado oscilam muito por causa das energias renováveis, tarifas únicas ou simples tarifas dia/noite parecem um modelo bastante ultrapassado
Estamos caminhando para eletricidade gratuita ou com preço negativo durante bastante tempo, e muito mais cara em outros horários
Ainda assim, não sei bem o que o consumidor pode fazer além de comprar baterias
Não deve haver muita gente disposta a adiantar ou atrasar o jantar em 3 horas, ou lavar roupa no meio da noite, para economizar alguns dólares
Aquecimento e refrigeração consomem muita energia, então talvez valha a pena reduzi-los em certos horários
Onde há dinheiro é em processos industriais baratos que consomem muita eletricidade e podem ser ligados e desligados, por exemplo funcionando só 25% do tempo
É difícil por causa dos custos de capital e operação de deixar equipamentos e mão de obra parados, mas a economia de energia é tão grande que algo deve surgir, e a eletrólise de hidrogênio pode ser uma candidata
O Ice Bear, da Ice Energy, é projetado para produzir gelo à noite e, durante o dia, usar esse gelo para resfriar o refrigerante, reduzindo o uso do condensador, que consome muita energia, nos horários de pico
Stanford também tem um tanque de 4 milhões de galões de água sob um estacionamento e 360 milhas de tubulação; à noite, produz gelo com refrigerante de amônia e o usa para resfriar o campus do meio-dia às 18h
Em 1999, fizeram a conversão para a forma atual ao custo de US$ 22 milhões, e dizem economizar cerca de US$ 500 mil por ano em eletricidade
Acho que o objetivo principal era mais reduzir visitas para leitura do medidor do que resposta da demanda por parte do consumidor
A adaptação leva tempo, e também são necessárias oscilações de preço extremas o bastante para motivar as pessoas
Também eram necessárias ferramentas para automatizar a resposta da demanda com base no preço de mercado, e agora já dá para configurar bombas de calor e carregadores de veículos elétricos para funcionar nos horários mais baratos
O Technology Connections também disse que usa o ar-condicionado desse jeito: deixa rodando forte a noite toda para resfriar mais a casa, de modo que durante o dia ela aguente com menos esforço
As distribuidoras de Ontário mostram os horários e preços com muita clareza; o pico fica em cerca de CAD 0,18/kWh, e o fora de pico em CAD 0,11/kWh, uma diferença de mais de 50%
O problema é que a eletricidade em Ontário, Quebec, Manitoba e Colúmbia Britânica é barata em relação ao padrão de vida, então o incentivo para usá-la de forma mais eficiente é fraco
A economia não é grande o bastante para compensar o esforço
Medidores inteligentes também foram instalados para acelerar a leitura e coletar dados sobre exatamente quando as pessoas usam eletricidade
O sistema de distribuição é passivo, então os operadores da rede elétrica quase não enxergam o que acontece em diferentes locais e horários
Medidores inteligentes são uma tecnologia de base que viabiliza outros planos e negócios
A Hydro-Québec permite ver o consumo de eletricidade em tempo real, mas, embora meu medidor de 2011 também seja capaz disso, a distribuidora não compartilha a chave de descriptografia
Mesmo que não consigam mudar muito os hábitos de consumo de eletricidade, estão longe de ser um mau negócio, e o investimento vale bastante a pena
Alguns anos atrás fiz um projeto com o Linky francês: um ESP8266 lia o fluxo de dados seriais pela porta exposta na parte inferior, registrava em um banco de dados de séries temporais InfluxDB em um servidor local e eu via as métricas em um dashboard Grafana
A porta serial não era padrão, então foi preciso rastrear configurações como 7 bits, sem paridade e 1 bit de parada, e também precisei de um pequeno circuito de conversão de nível para o ESP8266
No fim, eu obtinha dados de consumo de energia aproximadamente a cada 1 segundo, o que permitiu uma análise muito detalhada dos dados
Costumo citar isso ao explicar ataques de canal lateral contra sistemas que usam esse tipo de dado
Depois de observar por algum tempo, dava para saber em que andar da casa havia alguém, olhando as variações transitórias de potência e as mudanças quantizadas conforme cada aparelho era ligado ou desligado
Por exemplo, a chaleira elétrica da cozinha sempre consome 1220±5 W, e nada mais na casa gera um degrau de potência desse tamanho
A iluminação do quarto no último andar consome exatamente 42 W, e a máquina de lavar começa com um padrão de subida muito específico e depois alterna entre dois níveis de potência em ciclos de 30 segundos
Mesmo tendo apenas um único número, a potência total da casa, se a resolução temporal for alta o bastante, dá para descobrir bastante sobre os movimentos e comportamentos das pessoas
Na Finlândia e provavelmente em outros países nórdicos também, começaram a aparecer medidores com porta P1, pela qual o usuário pode receber os dados diretamente
Com apenas um cabo RJ26, um ESP8622 e um pouco de configuração do esphome, estou recebendo todo tipo de dado do medidor a cada 4 segundos
Dá para ver o consumo total, o consumo atual, a corrente e a tensão de cada fase etc.
Conectei um Raspberry Pi Zero WH a um medidor inteligente usando um Ethernet HAT e um cabo leitor infravermelho USB, e o Pi lê todos os valores e os envia via MQTT para o InfluxDB 2.0
O InfluxDB está rodando virtualizado sobre o Proxmox
Ao mesmo tempo, o inversor solar também registra no mesmo InfluxDB via Modbus TCP usando um open source chamado “Solaranzeige”, e visualizo tudo com Grafana
É uma boa stack que roda há mais de 7 anos sem problemas e ajuda a entender melhor o consumo de eletricidade
Nas versões recentes, a porta fornece até energia para o ESP, o que é ótimo porque, mesmo que o medidor fique do lado de fora, você não precisa se preocupar em como levar alimentação até lá
Como é bidirecional, também já está preparado para enviar energia solar à rede elétrica
Fica bem longe da região metropolitana, então é possível que seja uma substituição em escala nacional
Mesmo um medidor de energia antigo está enviando o consumo de eletricidade para o Google Sheets a cada minuto
Usei um ESP32 e um sensor óptico bem básico, fixando o sensor com Blu Tack sobre o LED de 1000th/kW
Esse LED pisca 1000 vezes para cada unidade de eletricidade consumida, e as informações são enviadas por Wi-Fi para o Google Sheets
Também registro os totais por hora indefinidamente, e isso vai continuar até o Google Sheets reclamar
Há tempos queria extrair dados de um medidor antigo, então gostaria de saber mais
No Reino Unido, muitos clientes têm medidores inteligentes de energia, e a Octopus é uma fornecedora de energia que aproveita isso muito bem para nerds de dados e pessoas que querem economizar
Chamando a API, dá para obter o consumo diário dividido em intervalos de 30 minutos[0], e também é possível baixar diretamente um arquivo CSV na seção de uso de energia do site
Os dados da API são atualizados só uma vez por dia, mas, usando um pequeno dispositivo adicional que a Octopus fornece de graça[1], dá para acessar o consumo em tempo real. Provavelmente atualizado a cada 10 segundos
Estou coletando todos esses dados em tempo real com a integração do Home Assistant
Também há vários planos tarifários com preços dinâmicos para aproveitar os medidores inteligentes
O mais simples, Tracker[2], muda o preço unitário diariamente conforme o preço no atacado
O Agile[3] é o mesmo conceito, mas o preço muda a cada 30 minutos, com picos mais altos e vales mais baixos, então é bom se você puder deslocar o consumo para fora dos horários de pico
Também há planos “inteligentes”: se você permitir que a Octopus controle o carregador do carro[4] ou a bateria doméstica[5], ela carrega nos horários mais baratos
A Octopus está indo muito bem no Reino Unido e também vende serviços de backend com o nome Kraken[6] para outras empresas de energia que, até pouco tempo atrás, ainda estavam na Idade da Pedra
[0] https://developer.octopus.energy/docs/api/
[1] https://octopus.energy/blog/octopus-home-mini/
[2] https://octopus.energy/smart/tracker/
[3] https://octopus.energy/smart/agile/
[4] https://octopus.energy/smart/intelligent-octopus-go/
[5] https://octopus.energy/smart/intelligent-octopus-flux/
[6] https://kraken.tech
Está fazendo uma campanha publicitária bastante surpreendente, em que só aparece um mascote rosa e não fica muito claro o que ela vende
Na França, fornecedores alternativos à EDF têm uma reputação muito ruim
Os contratos são pouco claros, e os preços podem variar muito, como aconteceu depois da guerra na Ucrânia
Alguns até usam vendedores inescrupulosos que enganam idosos para trocar de contrato; Total Energy me vem à mente
A maioria simplesmente compra MWh da EDF e revende, especulando com contratos futuros de produção, sem investir nem 1 euro em capacidade de geração
Seria bom ter uma forma de desligar o aquecedor elétrico de água das 22h até por volta das 7h da manhã
Não parece haver motivo para manter a água sempre quente em um horário em que ninguém precisa dela, e também sei que gastar energia para reaquecê-la é menor do que para manter a temperatura
A temperatura já foi reduzida para o mínimo possível
A composição é um interruptor de iluminação com timer programável https://leviton.com/products/vpt24-1pz e um contator de controle de 120 V
Não sei o modelo exato, mas provavelmente é este: https://ca.rs-online.com/product/eaton-cutler-hammer/c25bnb2...
A caixa contém um circuito de 240 V e um de 120 V; o circuito de 120 V é ligado ao interruptor de iluminação com timer programável e depois segue para a entrada de controle do contator
A linha de 240 V entra no contator e, do outro lado, sai da caixa rumo ao aquecedor de água
No meu caso, configurei para desligar o aquecedor de água nos dias de semana das 16h às 23h, para evitar as tarifas de horário de pico. Normalmente tomo banho durante esse período
Se necessário, posso abrir a caixa e apertar o interruptor do timer para ignorar temporariamente a programação
Mas não tenho medições que mostrem se vale a pena pelo custo
Ainda assim, o momento em que o tanque de água quente liga às 23h aparece com muita clareza no consumo de energia por hora
Se for mais de 40 A em 240 V, basta comprar um interruptor horário astronômico de 120 V e usar a saída dele como entrada da bobina de controle de 120 V de um contator dimensionado para a capacidade do aquecedor de água
Em geral, é melhor manter a água quente o suficiente para matar bactérias e impedir sua proliferação
Mas só é útil quando se mora sozinho
Se a namorada morar junto, mexer no fornecimento de água quente é absolutamente proibido
Uso uma UI baseada em Grafana bem decente que mostra os dados de consumo de energia do Tesla Powerwall: https://github.com/jasonacox/Powerwall-Dashboard
Também vejo a temperatura dos cômodos e o funcionamento do ar-condicionado: https://github.com/cdzombak/ecobee_influx_connector
Planejo adicionar também os dados de carregamento do carro via ChargePoint Home
Acho que a combinação Grafana+Influx é adequada para esse tipo de projeto
Instalei um medidor de energia Sense há alguns anos e fiquei muito satisfeito
Levou um tempo para configurar, me acostumar e para ele detectar vários aparelhos, mas agora consigo prever a próxima conta de luz com bastante estabilidade e ajustar quando necessário
O mais útil é que ele mostra os aparelhos que mais consomem energia e, observando isso com atenção, reduzi a conta em pelo menos 1/3
O medo e a controvérsia em torno dos medidores conectados tinham menos a ver com “vigilância” por grandes empresas e mais com a possibilidade de cortar ou limitar remotamente a eletricidade dos clientes, além da preocupação de que terceiros pudessem identificar padrões de vida da família e usá-los para coisas como roubos
Ler o medidor sem entrar em casa já era um problema resolvido pelo “telereport”
Era um pequeno barramento cabeado dedicado que ia até áreas comuns, como a entrada do prédio ou uma caixa perto da entrada da casa, permitindo a leitura local do medidor
Mesmo com esse método, era possível transmitir dados remotamente sem funções adicionais como limitação ou corte
Por motivos semelhantes, também há controvérsia em torno da norma IVRE, ou seja, no carregamento residencial de veículos elétricos a bateria
A norma exige uma espécie de controle remoto capaz de desligar cargas quando a rede elétrica precisar, mas não leva em conta que um número considerável de pessoas com energia solar residencial para autoconsumo também pode acabar sendo desligado
Em vez de analisar a carga absorvida da rede elétrica, é algo do tipo “se a rede estiver sobrecarregada, execute isto”
A avaliação de que o site da Enedis é bom também é discutível
Não quero desmerecer o trabalho do autor, mas acho que monitoramento só é útil quando se pode agir
Ter energia solar e eletrodomésticos controláveis é bom, mas na prática quase não há aparelhos projetados para funcionar quando há energia solar disponível, e isso vale também para 99% dos produtos que dizem fazer isso
O primeiro exemplo que vem à mente é o aquecedor de água residencial, que pode ser controlado com HA/Shelly etc. para deslocar a carga. Às vezes é apenas cortar a energia de repente e religá-la quando houver energia solar suficiente
Depois vêm a lava-louças e a máquina de lavar, que poderiam ser carregadas com antecedência e configuradas para “executar antes de uma data e hora especificadas, se possível com energia solar”
Esse tipo de automação seria tecnicamente muito simples e barato se fizesse parte do projeto dos eletrodomésticos, mas até agora quase ninguém parece fazer isso
Por outro lado, o monitoramento obrigatório e as soluções públicas de monitoramento vêm sendo cada vez mais promovidos
Pessoalmente, tenho energia solar e tento deslocar as cargas o máximo possível, mas é realmente difícil, e na maior parte fica no nível de interruptores inteligentes conectados ao HA
Dá para hackear uma lava-louças ou uma máquina de lavar. Como são aparelhos simples, basta observar a unidade de controle e reproduzir o comportamento com o GPIO de um dispositivo como um Raspberry Pi Zero, mas o método de controle varia de um aparelho para outro, então é um processo longo e inconveniente que precisa ser refeito a cada troca
Não há padrão
Já fiz um projeto que acompanhava a temperatura interna e a configuração do ar-condicionado com um termostato Nest, e a temperatura externa com dados meteorológicos.
Descobri que, à noite, muitas vezes o ar-condicionado continuava ligado mesmo quando a temperatura lá fora já estava abaixo da temperatura desejada.
Graças a isso, percebi que era melhor abrir as janelas e, embora não tivesse como acompanhar a mudança no consumo de energia, fiquei satisfeito por conseguir deixar entrar muito mais ar fresco.
Parou de funcionar quando o Google adquiriu a Nest e mudou o método de autenticação da API; como eu tinha um recém-nascido, não tive tempo de dar suporte à nova API.
Talvez eu o ressuscite neste verão.
Outra coisa é que o ar quente pode se acumular nos cantos, então ajuda inverter a direção do ventilador ou apontá-lo para um canto.