Bygg en egen digital energimätare för hela bostaden

Att ha koll på bostadens energiförbrukning kan göra det enklare att upptäcka onödig elanvändning och förstå hur olika apparater påverkar elräkningen. Med en egen digital energimätare går det att samla in och visualisera information om hemmets totala förbrukning i realtid. Lösningen kan byggas med relativt enkla komponenter och anpassas efter hur mycket information du vill kunna följa. Genom att kombinera mätning, datainsamling och en tydlig digital presentation får du bättre insyn i energianvändningen och kan lättare identifiera mönster. Här går vi igenom hur en sådan energimätare kan planeras, byggas och användas på ett praktiskt och säkert sätt.

Mät energiförbrukningen i hela bostaden

Att mäta energiförbrukningen för hela bostaden kräver en lösning som kan registrera hur mycket el som passerar in i huset eller lägenheten över tid. En vanlig metod är att använda en strömtång, även kallad strömtransformator, som placeras runt en ledare utan att den elektriska kretsen behöver brytas. Mätningen kan sedan skickas till en mikrokontroller som ESP32 eller liknande. På så sätt kan systemet beräkna aktuell effekt och samla in värden som senare kan visas i en app, på en webbsida eller på en egen display.

Välj rätt mätmetod

Vilken mätmetod som passar beror bland annat på bostadens elsystem och hur noggrann mätningen behöver vara. För ett enkelt hobbyprojekt kan en strömtransformator ge tillräckligt bra information om hur förbrukningen varierar. För en mer avancerad lösning kan spänningen också mätas, vilket gör det möjligt att beräkna aktiv effekt mer exakt. I ett enfassystem är principen relativt enkel, medan trefassystem kräver mätning på samtliga relevanta faser för att ge en komplett bild av bostadens totala elanvändning.

Innan komponenterna väljs behöver du därför kontrollera vilken typ av elanslutning bostaden har och var mätningen ska ske. Ett system som bara mäter en enskild fas ger inte automatiskt en korrekt bild av den totala förbrukningen i en bostad med flera faser. Det är också viktigt att skilja mellan att mäta och att göra ingrepp i elanläggningen. En strömtång kan i vissa lösningar monteras utan att ledaren kopplas loss, men arbete i elcentralen kan ändå innebära risk för elchock och brand. Fasta elinstallationer ska därför hanteras av behörigt eller auktoriserat elinstallationsföretag enligt svenska regler.

Samla in mätvärden med en mikrokontroller

När själva mätningen är löst kan en mikrokontroller användas för att samla in och bearbeta informationen. En ESP32 är exempelvis praktisk eftersom den har inbyggt Wi-Fi och kan skicka mätvärden till en dator, server eller smarthemsplattform. Mikrokontrollern läser signalen från sensorn och omvandlar den till ett värde som systemet kan använda. Programvaran kan därefter beräkna exempelvis momentan effekt, energiförbrukning under ett dygn och ackumulerad förbrukning i kilowattimmar.

För att mätningen ska bli användbar behöver systemet också hantera informationen på ett stabilt sätt. Det kan vara klokt att spara mätvärden med jämna intervall och använda ett tidsintervall som ger tillräcklig detaljnivå utan att skapa onödigt stora datamängder. Följande delar är särskilt viktiga när systemet planeras:

• En lämplig strömsensor för bostadens elsystem.

• En mikrokontroller med tillräcklig beräkningskapacitet.

• En stabil strömförsörjning för elektroniken.

• Programvara som kan bearbeta och lagra mätvärden.

• En säker placering av all elektronik utanför utsatta delar av elanläggningen.

Bygg och koppla ihop den digitala energimätaren

När mätprincipen är bestämd är nästa steg att bygga den elektroniska delen av systemet. En enkel konstruktion kan bestå av en mikrokontroller, en eller flera strömsensorer och en separat strömförsörjning. Sensorerna registrerar strömmen och skickar en signal till mikrokontrollern, som omvandlar signalen till ett mätvärde. För att få ett stabilt resultat behöver systemet också vara korrekt kalibrerat. Små fel i sensorn eller beräkningen kan annars bli tydliga när förbrukningen summeras över många timmar eller dagar.

Placera sensorerna på rätt sätt

Vid mätning av hela bostadens elanvändning måste sensorerna placeras så att de fångar den ström som faktiskt går till bostadens olika kretsar. I en trefasanläggning kan det innebära en sensor per fas. Strömtänger ska sitta på rätt ledare och orienteras enligt tillverkarens anvisningar. Det är särskilt viktigt att inte placera en sensor runt flera ledare på ett sätt som gör att deras magnetfält tar ut varandra. Då kan resultatet bli missvisande även om själva sensorn fungerar korrekt.

Den elektriska installationen är den del av projektet där säkerheten måste prioriteras framför enkelhet. Elcentraler innehåller spänningsförande delar som kan orsaka allvarliga skador. Att öppna centralen, flytta ledare eller ansluta utrustning direkt till elanläggningen är därför inget moment som bör improviseras. I Sverige ska elinstallationsarbete utföras enligt gällande regler och av ett registrerat elinstallationsföretag när arbetet omfattas av reglerna för elinstallationsarbete. Själva mät- och elektronikdelen kan däremot utformas så att den hålls elektriskt separerad från bostadens fasta installation.

Programmera mätningen

När sensorerna är anslutna till den elektroniska mätkretsen behöver mikrokontrollern programmeras för att tolka signalerna. En strömsensor mäter inte automatiskt kilowattimmar, utan programvaran måste omvandla signalen till ett användbart värde. Systemet kan exempelvis sampla signalen många gånger per sekund, beräkna strömmen och därefter uppskatta effekten. Genom att integrera effekten över tid kan energiförbrukningen beräknas i kilowattimmar. Noggrannheten påverkas bland annat av sensorernas kvalitet, kalibrering och hur lasten i bostaden ser ut.

Kalibreringen bör därför göras mot en tillförlitlig referens. Ett alternativ är att jämföra systemets avläsning med en separat energimätare under en period där förbrukningen är relativt stabil. Därefter kan programvaran justeras så att mätvärdena bättre motsvarar verkligheten. För ett mer avancerat system kan kalibreringen göras separat för varje fas. Det gör det lättare att upptäcka om en sensor ger avvikande värden och minskar risken för att ett fel på en enskild mätkanal påverkar hela systemets resultat.

Visa och analysera hemmets energianvändning

När energimätaren kan samla in tillförlitliga värden blir nästa steg att göra informationen begriplig. Att bara se ett aktuellt wattvärde ger begränsad information eftersom energianvändningen förändras hela tiden. En bättre lösning är att spara mätvärden och presentera dem som kurvor, staplar eller sammanställningar. Då går det exempelvis att se när förbrukningen ökar på morgonen, hur mycket el som används under kvällen och vilka perioder som har ovanligt hög belastning.

Skapa en tydlig digital presentation

En ESP32 kan skicka mätdata via Wi-Fi till en lokal server eller annan plattform som kan presentera informationen. Vilken lösning som passar beror på hur tekniskt avancerat systemet ska vara. För ett enklare projekt kan en webbsida visa aktuell effekt och dagens energiförbrukning. Ett mer avancerat system kan spara historiska värden i en databas och skapa diagram över timmar, dygn, veckor och månader. Det gör det möjligt att jämföra olika perioder och upptäcka förändringar i bostadens energianvändning.

Det är också klokt att skilja mellan effekt och energi i presentationen. Effekt anges vanligtvis i watt eller kilowatt och visar hur mycket el som används vid ett visst tillfälle. Energi anges i kilowattimmar och beskriver den sammanlagda användningen under en period. Om en apparat exempelvis använder mycket effekt under en kort stund kan den påverka den aktuella förbrukningen kraftigt utan att stå för en stor del av dygnets totala energianvändning. Den skillnaden blir viktig när mätdata ska analyseras.

Använd mätvärdena för att hitta energitjuvar

Historiska mätvärden kan göra det betydligt enklare att förstå vad som driver elanvändningen. Genom att studera kurvorna går det att identifiera återkommande toppar och jämföra dem med när olika apparater används. En plötslig ökning kan exempelvis sammanfalla med att en spis, varmvattenberedare eller annan större förbrukare startar. Om systemet mäter varje fas separat går det dessutom att se hur belastningen fördelas mellan faserna och upptäcka ovanliga skillnader.

För att få en användbar analys bör mätaren samla information under en längre period. En enskild dag kan ge en missvisande bild eftersom väder, hushållsrutiner och tillfälliga aktiviteter påverkar elanvändningen. Med flera veckors eller månaders data blir det lättare att se återkommande mönster. Systemet kan även kompletteras med funktioner som visar uppskattad kostnad, dygnsförbrukning och jämförelser mellan perioder. Om elpriset hämtas från en extern tjänst kan energimätaren dessutom användas för att uppskatta vad olika förbrukningsmönster kostar.