Shelly EM fotovoltaico, misuratore consumi e centralina controllo carichi
Shelly EM è un sistema di domotica fai da te, con fino a 2 pinze amperometriche ed un canale di uscita, perfetto come misuratore consumi e controllo carichi prioritari oppure come centralina per monitoraggio e ottimizzazione dell’autoconsumo del vostro impianto fotovoltaico con possibilità di inviare notifiche ad Alexa. Manuale in italiano completo di schema di collegamento elettrico. Scopri anche il modello trifase Shelly 3EM.
Domotica fai da te Shelly
L’azienda bulgara Allterco produce una serie sempre più ampia di dispositivi intelligenti a marchio Shelly, in particolare innumerevoli modelli di interruttori WiFi tra cui scegliere in base a:
- numero di carichi elettrici controllabili indipendentemente
- potenza elettrica massima degli apparecchi elettrici comandati
- disponibilità di contatto pulito in uscita
- misura dell’energia elettrica consumata dal carico elettrico controllato
- numero di pinze e potenza elettrica misurabile
I dispositivi smart Allterco permettono di controllare i nostri elettrodomestici di casa mediante il vostro smartphone con tre differenti modalità di collegamento:
- Access Point: lo smartphone od il PC si collega direttamente all’access point WiFi del singolo dispositivo utilizzando poi, mediante browser, la web app incorporata nel dispositivo stesso
- Locale: smartphone e dispositivi sono collegati al router WiFi di casa senza accedere ad internet
- Cloud: i dati sono scambiati dal device con l’app sul vostro smartphone attraverso l’uso di un server in cloud attraverso il collegamento ad internet
Le modalità Access Point e Locale permettono di gestire i dispositivi anche in assenza di collegamento ad internet; con l’opzione Cloud potete gestire remotamente i device ovunque vi troviate.
Caratteristiche Shelly EM misuratore consumi e fotovoltaico, centralina controllo carichi
Passiamo ora alle caratteristiche generali, alcuni delle quali comuni alla famiglia di dispositivi intelligenti Allterco, dello Shelly EM:
Controllo remoto
Gestione da qualsiasi luogo mediante smartphone, Alexa e Google Home
Connettività WiFi
Collegamento in rete mediante WiFi a 2,4 GHz
Misurazione consumi
Misurazione potenza elettrica in due punti (fino a 120 A ciascuno) con storico dati
Controllo teleruttore
Controllo di un teleruttore esterno (fino a 2 A)
Protezione sovraccarichi
Spegnimento automatico del carico collegato in caso di sovraccarico o sovra-consumo
Programmazione oraria
Programmazione orari di accensione e spegnimento
Programmazione solare
Programmazione accensione e spegnimento in base ad alba e tramonto
Web server integrato
Possibilità di accesso diretto al dispositivo mediante interfaccia web
Senza dimenticare le dimensioni estremamente limitate (39 mm x 36 mm x 17 mm) che permettono di installare lo Shelly EM praticamente ovunque.
Le caratteristiche principali delle 2 pinze trasformatori di corrente (TA) utilizzati nel misuratore di consumi e fotovoltaico Shelly EM sono le seguenti:
- corrente nominale: 50 A o 120 A
- precisione: 1 %
Misuratore consumi e fotovoltaico Shelly 3EM
E’ anche disponibile il modello trifase di misuratore consumi e fotovoltaico Shelly 3EM:
Il misuratore di consumi e fotovoltaico Shelly 3EM condivide tutte le caratteristiche del modello Shelly EM ma consente di:
- misurare i consumi di ciascuna delle tre fasi
- essere configurato in modalità monofase e misurare tre carichi in modo indipendente
Quindi se avete un impianto elettrico trifase oppure dovete misurare tre carichi monofase mediante pinza amperometrica, lo Shelly 3EM è sicuramente la scelta giusta !
Unboxing misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM
Al fine di provarne appieno le caratteristiche, ho acquistato uno Shelly EM con 2 pinze trasformatori di corrente (TA) da 50 A e 120 A rispettivamente:
L’aspetto esteriore del misuratore di consumi e fotovoltaico Shelly EM è assolutamente simile a quello degli altri interruttori WiFi Shelly:
Nella parte posteriore dello Shelly EM si possono notare:
- PIN GPIO
- pulsante per il reset dello Shelly EM (necessario premerlo 10 secondi)
- LED di stato (in corrispondenza del pulsante)
Soffermandoci sulle 2 pinze trasformatori di corrente (TA) utilizzati nel misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM osserviamo che si presentano come una pinza amperometrica clip con dimensioni differenti a seconda della capacità di misura (il colore rosa non so come sia saltato fuori in due foto):
Data la natura del prodotto, nonostante il livello di miniaturizzazione, ritengo che manchi un adattatore per il montaggio dello Shelly EM su binario DIN all’interno di un quadro elettrico.
Schema elettrico di collegamento Shelly EM
Osservando il misuratore di consumi e fotovoltaico Shelly EM dall’alto possiamo riconoscere i morsetti per effettuare i collegamenti elettrici:
- P1+ ingresso positivo per trasformatore di corrente (TA) 1 (conduttore rosso)
- P1- ingresso negativo per trasformatore di corrente (TA) 1 (conduttore nero)
- P2+ ingresso positivo per trasformatore di corrente (TA) 2 (conduttore rosso)
- P2- ingresso negativo per trasformatore di corrente (TA) 2 (conduttore nero)
- L ingresso per conduttore di alimentazione di rete del dispositivo (fase)
- O uscita per comandare un relè oppure un teleruttore esterno (massimo 2 A)
- N ingresso per conduttore di alimentazione di rete (neutro)
Lo schema elettrico di collegamento base dello Shelly EM è dunque il seguente:
Ovviamente potrete utilizzare il modello di relè o teleruttore più adatto alla tipologia di carico elettrico collegato.
Per l’installazione di ciascuna pinza amperometrica per la misurazione dei consumi dello Shelly EM seguite questi semplici passi:
- aprire il quadro elettrico, al cui interno identificare il cavo di fase, di colore nero o marrone, su cui volete fare la misura
- aprire la pinza amperometrica dello Shelly EM facendo leva sulla linguetta di chiusura
- posizionare la pinza amperometrica intorno al solo cavo di fase
- chiudere la pinza amperometrica assicurandovi di sentire il clic di chiusura della linguetta
Configurazione ed utilizzo misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM con app
Una volta effettuato il collegamento e l’alimentazione dello Shelly EM, potrete procedere all’associazione del misuratore consumi e fotovoltaico ed alla sua configurazione tramite app come descritto nella mia guida a Shelly Cloud app.
Soffermiamoci ora agli aspetti specifici di questo dispositivo.
Nella schermata principale relativa al misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM avrete a disposizione per ciascuno dei due canali misurati:
- Stato e pulsante attivazione / disattivazione manuale teleruttore esterno
- Potenza elettrica (W) e Voltaggio (V) attuali
- Potenza reattiva corrente (VAR)
- Fattore di potenza PF (%)
- Storico consumi (kWh) e voltaggio (V) di cui potete fare direttamente il download sullo smartphone
All’interno delle impostazioni dello Shelly EM potrete selezione la taglia delle 2 pinze trasformatore di corrente (TA) utilizzate:
Automazione col misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM
Vediamo ora come utilizzare il misuratore di consumi e fotovoltaico Shelly EM all’interno di scene dell’app Shelly Cloud come eventi nelle condizioni che comandano delle azioni automatiche:
- sul carico elettrico collegato direttamente allo Shelly EM mediante il teleruttore esterno
- su altri carichi elettrici collegati ad altri interruttori WiFi Shelly
Quando (trigger o condizione)
In una scena dell’app Shelly Cloud è infatti possibile costruire una condizione complessa mediante la combinazione, in OR o AND, di più condizioni elementari che possono essere di due tipi:
- condizione basata sul tempo (timer, programmazione temporale, attivazione singola)
- condizione basata su un trigger del singolo canale di un dispositivo (cambio di stato, potenza consumata che supera o scende sotto una certa soglia, voltaggio che supera o scende sotto una certa soglia,)
L’evento su base soglia (potenza o voltaggio) può avere tre comportamenti possibili:
- una volta (con un parametro in minuti)
- per qualsiasi modifica
- ripetutamente
Fare (azione)
Una volta che si sono verificate tutte le condizioni elementari, è possibile eseguire una o più azioni elementari per ciascuna delle quali è possibile impostare un ritardo rispetto al manifestarsi del trigger:
- accezione o spegnimento dell’uscita dello Shelly EM stesso o di altri carichi elettrici gestiti mediante altri dispositivi smart Shelly
- notifica su uno dei canali gesti (telefono, E-Mail, App e Alexa)
Un’applicazione molto utile (e divertente) è quella di inviare una notifica ad Alexa quando la potenza misurata dalla pinza amperometrica dello Shelly EM supera una certa soglia.
Applicazioni misuratore consumi e fotovoltaico Shelly EM
Partiamo da qualche premessa per capire quando è opportuno utilizzare lo Shelly EM, dotato di 2 pinze amperometriche, come misuratore di consumi elettrici e fotovoltaico anziché uno dei suoi fratelli minori dal costo inferiore (interruttore WiFi e presa intelligente).
Le potenza impegnata nella fornitura elettrica monofase per un’abitazione ha tipicamente queste taglie:
- 3,0 kW corrispondenti a 13 A
- 4,5 kW corrispondenti a 20 A
- 6,0 kW corrispondenti a 26 A
Tenendo conto che possiamo utilizzare:
- fino al 10 % in più senza problemi
- fino al 33 % in più per 90 minuti prima del distacco da parte del contatore
Ragionamento molto simile può essere effettuato per le taglie tipiche degli impianti fotovoltaici residenziali.
Quindi perché utilizzare lo Shelly EM, dotato di 2 pinze amperometriche, per il monitoraggio dei consumi della nostra casa e non un interruttore o presa WiFi Shelly:
- la corrente massima misurabile da un interruttore WiFi (16 A) non è assolutamente compatibile con un’ intera abitazione
- disattivando l’interruttore o presa WiFi ovviamente si interromperebbe la misura
- un interruttore o presa WiFi utilizzato come misuratore di consumo dovrebbe essere sempre attivo e sotto carico: essendo un dispositivo elettronico attivo ne ridurremmo la durate della vita operativa
Possiamo finalmente passare a prendere in considerazione gli scenari di applicazione dello Shelly EM più utili per una casa elettrica domotica:
- il monitoraggio e l’ottimizzazione dell’autoconsumo di un impianto fotovoltaico
- il monitoraggio, il controllo e la gestione di carichi elettrici prioritari
Ho cercato di generalizzali in uno schema logico unico di riferimento con componenti della famiglia Shelly:
Approfondiamo ora singolarmente i due scenari di utilizzo per la nostra casa domotica elettrica.
Shelly EM e fotovoltaico: centralina controllo carichi
In questo scenario utilizzeremo lo Shelly EM come una centralina controllo carichi fotovoltaico con 2 pinze ovvero per il monitoraggio e l’ottimizzazione dell’autoconsumo fotovoltaico nel modo seguente:
- la prima pinza amperometrica misura la corrente / potenza scambiata con la rete
- la seconda pinza amperometrica dello Shelly EM misura la corrente / potenza prodotta dall’impianto fotovoltaico
- il comando del teleruttore indica alla pompa di calore che c’è energia in surplus o in alternativa attiva lo scaldabagno elettrico)
La modalità di ottimizzazione dell’autoconsumo dell’impianto fotovoltaico mediante lo Shelly EM dipende dalle possibilità che ci offre la nostra pompa di calore o lo scaldabagno elettrico:
- attivazione di un contatto pulito in ingresso che aumenta la potenza di riscaldamento oppure la produzione di acqua calda sanitaria.
- accensione di uno scaldabagno elettrico tradizionale
Per lo schema elettrico di collegamento alla pompa di calore o allo scaldabagno elettrico fate riferimento a quello già presente nell’articolo in cui viene utilizzato un relè o teleruttore esterno.
Per implementare la logica di una centralina di controllo carichi per fotovoltaico, non serve altro che creare:
- una prima scena che sopra una soglia di potenza elettrica immessa in rete attiva l’uscita di comando dello Shelly EM
- una seconda scena che sotto un’altra soglia di potenza elettrica immessa in rete disattiva l’uscita di comando dello Shelly EM
Vi prego di notare che:
- il TA dello Shelly EM è stato montato verso tale per cui sia rilevato un valore positivo in caso di potenza assorbita dalla rete (e negativo in caso di potenza immessa)
- i due valori di soglia per l’autoconsumo sono di conseguenza negativi
I valori specifici delle due soglie dovranno essere quelli più adatti alle caratteristiche dell’impianto della vostra abitazione.
Shelly EM come misuratore consumi e centralina controllo carichi prioritari
Una spiacevole situazione che può accadere nella nostra abitazione e’ quella che il contatore salti per il superamento della potenza impegnata contrattuale, a causa dell’accensione contemporanea di troppi elettrodomestici.
Sarebbe fastidioso se fossimo in casa, ma potrebbe esserlo ancora di più se il blackout accadesse mentre siamo fuori senza possibilità di tornare o intervenire: non dimentichiamoci che il contatore può attendere fino a 90 minuti prima di staccare se siamo entro il 33 % di eccesso oltre la potenza nominale.
La soluzione a questo problema è una centralina di controllo carichi che intervenga prima del blackout staccando automaticamente gli elettrodomestici considerati meno prioritari.
Vediamo ora come realizzare con Shelly EM una centralina di controllo dei carichi prioritari con 2 pinze di misura.
Per primo ho provato a stilare una lista in ordine di priorità crescente degli elettrodomestici più energivori (i picchi di assorbimento sono molto indicativi):
- asciugatrice (2.000 W, 9 A)
- lavastoviglie (2.000 W, 9 A)
- forno elettrico (2.000 W, 9 A)
- lavatrice (2.700 W, 12 A)
Lo schema logico di riferimento è il seguente:
- la pinza amperometrica dello Shelly EM misura la corrente / potenza prelevata dalla rete
- un interruttore o presa WiFi attiva e disattiva ciascun elettrodomestico (eventualmente misurando la potenza consumata)
Per implementare il controllo dei carichi prioritari basato sulla misura della pinza amperometrica dello Shelly EM dovremo creare una scena per ciascuna soglia di potenza elettrica prelevata dalla rete disattiva l’interruttore o presa WiFi di controllo del singolo elettrodomestico
Nel mio esempio ho un contatore con potenza impegnata di 4,5 kW:
- fino ai 5 kW (+10 %) nessun problema
- è possibile rimanere tra i 5 kW (+10 %) e 6 kW (+33 %) per un massimo di 90 minuti
- oltre i 6 kW (+33 %) c’e’ il distacco immediato
Decido dunque il seguente comportamento:
- entro i 4,5 kW nessuna azione
- oltre i 5,0 kW spegnimento dell’asciugatrice
- oltre i 5,5 kW spegnimento di asciugatrice e lavastoviglie
- oltre i 6,0 kW spegnimento di asciugatrice, lavastoviglie e forno elettrico
Un paio di note:
- potete integrare le scene mediante una notifica dello spegnimento automatico effettuato
- potrebbero essere aggiunte delle scene di riaccensione automatica
Il bello e’ proprio la flessibilità estrema del sistema, al cui centro si trova lo Shelly EM.
Lo schema generale può essere semplificato a piacere, magari utilizzando il solo Shelly EM che comanda direttamente il carico elettrico meno prioritario.
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