Gli elettrodomestici intelligenti

ELETTRODOMESTICI –

Ridurre i picchi di consumo grazie a una gestione complessiva dei carichi elettrici domestici: questa, in sintesi, la filosofia degli “smart appliance”. Il mercato crescerà lentamente, ma vari produttori di elettrodomestici hanno già sviluppato soluzioni “intelligenti”.

Secondo le previsioni di Pike Research, gli “smart appliance” rappresenteranno solo il 2% del mercato nel 2015 e solo l’8% a fine decennio. Si potrebbe dire, con una battuta, che nel mondo degli elettrodomestici essere intelligenti non serve a molto; si potrebbe aggiungere che - dal punto di vista dell’industria elettronica - gli apparecchi convenzionali continueranno a rappresentare un mercato molto più importante. La strada, tuttavia, è ormai tracciata in modo chiaro: gli elettrodomestici del futuro – almeno nella fascia alta del mercato – saranno dotati delle funzioni di comunicazione necessarie per entrare a far parte di una rete finalizzata alla gestione dei consumi. Questa trasformazione avrà un impatto notevole a vari livelli ed è opportuno che l’industria elettronica si prepari a cogliere le opportunità che ne deriveranno.

Efficienza e communicazione
L’evoluzione in atto è motivata principalmente dalla necessità di ridurre ulteriormente i consumi energetici, per raggiungere gli obiettivi fissati dal protocollo di Kyoto. Negli ultimi anni l’efficienza energetica degli elettrodomestici convenzionali è aumentata enormemente, grazie a vari interventi di ottimizzazione: il risparmio ottenuto ammonta al 60% per lavatrici e lavastoviglie e addirittura al 75% per i frigoriferi (fonte: Indesit). Oggi questo processo di miglioramento ha ormai raggiunto i propri limiti fisici e quindi per ottenere ulteriori ottimizzazioni è necessario intervenire sulla rete elettrica nel suo complesso, introducendo sistemi di gestione della domanda di energia. Gli elettrodomestici, in altri termini, devono essere dotati delle funzioni di comunicazione necessarie per entrare a far parte di una rete dati e per giocare un ruolo nella “smart grid”, la rete elettrica intelligente. Ovviamente queste funzioni non incidono sul fabbisogno energetico diretto degli apparecchi, che rimane legato al lavoro svolto: l’esecuzione di un certo programma di lavaggio o il mantenimento di un certo livello di temperatura nel frigo richiederanno sempre un certo numero di wattora - che dipende dalle prestazioni dell’elettrodomestico e dalle condizioni operative. Le possibilità di risparmio a livello complessivo sono legate principalmente all’abbattimento dei picchi di consumo, che hanno un impatto ambientale notevole. Un elettrodomestico evoluto, inoltre, è in grado di suggerire all’utilizzatore modalità d’uso che consentano di ridurre anche il fabbisogno energetico diretto (ad esempio un programma di lavaggio a temperatura più bassa), ma queste capacità non richiedono un collegamento in rete e quindi non sono prerogative esclusive degli “smart appliance” nell’accezione oggi più affermata. La riduzione dei picchi di consumo viene ottenuta essenzialmente anticipando o ritardando l’esecuzione delle operazioni che assorbono energia. La pianificazione temporale può avvenire automaticamente oppure può essere decisa dall’utilizzatore; in questo secondo caso l’incentivo è costituito dalle tariffe energetiche differenziate. L’elettrodomestico intelligente deve quindi essere in grado di comunicare con l’utilizzatore per informarlo sul costo dell’operazione che si accinge a svolgere. Non esistono ostacoli tecnologici alla diffusione degli elettrodomestici intelligenti; tutte le necessarie funzioni elettroniche possono essere realizzate facilmente utilizzando tecnologie mature, a costi relativamente contenuti. Lo sviluppo del mercato dipende da altri fattori: l’adozione di tariffe elettriche differenziate per le diverse fasce orarie, l’affermazione di standard tecnici condivisi, il superamento delle diffidenze riguardanti l’aspetto della privacy, l’educazione del mercato. Molti dei principali produttori di elettrodomestici sono attualmente impegnati nello sviluppo di smart appliance, con approcci diversi sul piano tecnologico e commerciale. Qui di seguito esamineremo brevemente due casi, a titolo d’esempio.

Indesit e il programma Energy@home
Indesit è impegnata da anni in un’iniziativa tutta italiana che si propone di mettere a punto uno standard aperto. Il progetto, battezzato Energy@home, coinvolge anche Enel, Electrolux e Telecom Italia. In sintesi, il sistema si basa su una rete domestica o Han (Home Area Netowork) realizzata tramite ZigBee, che collega gli elettrodomestici in modalità wireless; a sua volta la Han è collegata al “contatore intelligente” di Enel, ai sistemi informatici di casa (Pc ecc.) e, tramite un apposito “home gateway”, all’Adsl. Sono previsti diversi “scenari d’uso”: a un livello minimo il sistema si limita a informare l’utilizzatore sui consumi energetici e sui relativi costi, per consentirgli di prendere decisioni autonome, a un livello massimo il gateway pianifica in modo automatico il lavoro degli elettrodomestici. La realizzazione di queste funzioni richiede un fitto scambio di informazioni tra gli apparecchi e il gateway; in particolare, i primi devono inviare al secondo un profilo di consumo (“power profile”) relativo al lavoro che si accingono a svolgere. Nel caso di una lavatrice, ad esempio, il profilo di consumo è una sorta di grafico tempo/watt contenente dati sulla durata prevista delle singole fasi (prelavaggio, lavaggio ecc.), sul picco di assorbimento previsto per ciascuna fase, sul massimo ritardo ammesso per l’inizio di ciascuna fase ecc. Il sistema Energy@home è basato su standard esistenti (ZigBee, EN50523) e sul lavoro della Home Gateway Initiative. Il progetto, iniziato nel 2010, è ormai giunto alla sua fase finale. Un comunicato emesso da ZigBee Alliance il 4 ottobre 2011 ha annunciato un accordo in base al quale Energy@home utilizzerà una combinazione dei quattro standard ZigBee esistenti: ZigBee Home Automation, ZigBee Smart Energy, ZigBee Telecom Services e ZigBee Gateway. Indesit è attiva nel campo degli elettrodomestici intelligenti anche tramite iniziative autonome. La società, ad esempio, ha recentemente realizzato una “Smart Washer” munita di un nodo ZigBee basato su componenti Freescale. La macchina stabilisce l’orario di inizio del ciclo di lavaggio in base al costo (in presenza di tariffe diversificate in fasce orarie diverse) e alla disponibilità di energia pulita, ricavando queste informazioni dalla società elettrica locale tramite una connessione Internet “ZigBee enabled” alla smart grid (la rete elettrica intelligente).

La tecnologia Thinq di LG
Diverso l’approccio seguito dal produttore coreano LG, che ha già lanciato sul mercato non soltanto una serie di elettrodomestici intelligenti ma anche un sistema di gestione complessiva sviluppato autonomamente. La soluzione si chiama Thinq ed è stata presentata al CES 2011 di Las Vegas e alla IFA 2011 di Berlino. Il sistema messo a punto da LG si basa su una rete domestica WiFi che collega gli elettrodomestici e comunica con un contatore intelligente per offrire all’utilizzatore diverse opzioni. Prima di attivare la lavatrice, ad esempio, il sistema propone all’utilizzatore la possibilità di scegliere tra un “reccomended time” (il miglior compromesso tra un breve rinvio del lavaggio e la possibilità di usufruire di una tariffa energetica contenuta) e un “lowest rate” (l’avvio è rinviato fino alla fascia oraria più economica in assoluto). Analogamente, il forno elettrico propone tre opzioni di costo per la cottura dei cibi (alto, medio e basso), mentre il frigorifero può pianificare lo sbrinamento nelle fasce orarie più economiche. Il collegamento in rete consente anche di comandare gli elettrodomestici a distanza tramite uno smartphone o un tablet PC. La soluzione Thinq comprende anche altre funzioni tra cui la diagnosi a distanza in caso di malfunzionamenti e la gestione dei cibi contenuti nel frigorifero.

La tecnologia Ddc
Un cenno, infine, alla tecnologia Ddc (Dynamic Demand Control), che consente di ridurre i picchi di consumo anche se l’elettrodomestico non è collegato ad alcuna rete telecom. Ovviamente il singolo apparecchio deve comunque ricevere un’informazione dall’esterno per sapere se la rete elettrica si trova in condizioni di picco oppure no. Nel caso della Ddc questa informazione non giunge sotto forma di bit trasportati da un rete telecom, ma viene dedotta analizzando la normale tensione elettrica di rete. La tecnologia sfrutta il legame esistente tra il valore della frequenza della corrente alternata e le condizioni di carico della rete. Il valore nominale di 50 hertz, infatti, diminuisce in condizioni di carico elevato e aumenta in condizioni di carico scarso. Il fenomeno può essere considerato come un inevitabile “difetto” dei generatori: il maggiore prelievo di corrente aumenta le forze magnetiche in gioco e tende a frenare le masse rotanti. Il valore della frequenza rappresenta quindi un’informazione disponibile a costo zero in tutte le prese di corrente. Dotando l’elettrodomestico di un opportuno dispositivo elettronico, diviene possibile misurare la frequenza di rete e gestire l’apparecchio sulla base di questa informazione; se la frequenza è bassa, l’accensione viene rinviata. Questa soluzione è particolarmente adatta agli elettrodomestici che lavorano sulla base di un “duty cycle” di accensione e spegnimento, come i frigoriferi, nei quali un breve rinvio della fase di accensione (entro certi limiti) non comporta alcun peggioramento delle prestazioni. La tecnologia Ddc è stata oggetto di una sperimentazione svoltasi in Gran Bretagna a partire dal 2009 con la partecipazione di Indesit, RLtec (la società che realizza i dispositivi elettronici Ddc da applicare agli elettrodomestici) e di un fornitore di energia elettrica (la società npower). La sperimentazione ha coinvolto 1200 clienti di npower, ai quali sono stati assegnati altrettanti frigoriferi Indesit. L’evoluzione degli elettrodomestici, insomma, segue strade diverse; è certo, comunque, che nei prossimi anni il contenuto elettronico di questi prodotti e delle relative infrastrutture di gestione continuerà ad aumentare.

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