Komponenty automatyki przemysłowej

Komputery jednopłytkowe do zastosowań przemysłowych

Gracze rynku komputerów jednopłytkowych to m.in. Digi, VersaLogic, Wandboard, Eurotech, Advantech, Kontron, Adlink, Radisys, Mercury Systems, Winsonic, Syslogic, Qbic, American Portwell, Arbor Solutions, Aaeon, Diamond Systems, iEi, Avalue, Variscite, DFI, Congatec, iBase, MPL, Protech i wiele innych. Mamy też pojedyncze krajowe firmy, które projektują i produkują takie jednostki – Grinn i SomLabs.

Bezsprzecznie sektor komputerów jednopłytkowych z każdym kolejnym rokiem staje się coraz bardziej otwarty dla "przeciętnego" konstruktora, a coraz niższe ceny i większa dostępność sprawiają, że dostęp do tych rozwiązań jest praktycznie nieograniczony. Rynek SBC przenika się ponadto ze światem tradycyjnych pecetów, z których rozwiązania w postaci nowych wersji miniaturowych płyt głównych stają się bazą dla komputerów przemysłowych, jak na przykład Pico-ITX, oraz rynkiem półprofesjonalnym (jak Raspberry Pi).

Oprócz nastawienia na coraz większą miniaturyzację, producenci zwracają uwagę głównie na możliwości rozbudowy komputera o kolejne interfejsy we/wy. Poprzez specjalizowane złącze (np. na spodzie płytki SMARC) tworzą w ten sposób rozwiązania podobne do "kanapki", które do tej pory były wykorzystywane w rzadziej już stosowanych komputerach PC/104. Wprowadzanie kolejnych generacji energooszczędnych procesorów Intel Atom, Celeron czy Pentium spowodowało, że producenci wypuszczają na rynek nowe modele komputerów SBC z interfejsami do tej pory niewystępującymi, jak np. dla pamięci dyskowej w postaci złączy M2.

Mała seria i wersje customizowane

W kraju komputery jednopłytkowe są postrzegane jako istotny produkt, bo wytwarzamy krótkie serie specjalistycznych urządzeń, do których nie opłaca się tworzyć własnego sterownika. Próg opłacalności określający minimalną skalę realizowanej produkcji własnej, która jest niezbędna do tego, aby taka konstrukcja miała sens ekonomiczny z upływem lat jest coraz mniejszy i określa się na około 4‒5 tys. sztuk rocznie. W realiach krajowych to dość dużo, co skutecznie wybija z głowy pomysły rozwijania własnych platform.

Niemniej duża część rozwiązań przemysłowych jest w Polsce realizowana jako projekty tworzone przez integratorów, firmy inżynierskie lub też producentów specjalistycznych urządzeń na zamówienie. Tak zdefiniowany obszar działania obejmuje rozwiązania liczone w pojedynczych sztukach, przez co nawet aplikacja komputerów jednopłytkowych napotyka barierę opłacalności i czasu.

Przy takich małych ilościach w zdecydowanej większości przypadków zastosowanie komputera jednopłytkowego wiąże się z ogromem dodatkowej pracy związanej z przygotowaniem obudowy zapewniającej wymaganą ochronę przed oddziaływaniem środowiska zewnętrznego, dobrej jakości układu zasilania, wymaganych peryferii oraz przygotowania płytki bazowej. Dodatkowo takie urządzenie w celu uzyskania odpowiedniego certyfikatu musi zostać przetestowanie pod względem poprawnej pracy w różnych warunkach np. pod wpływem niskiej lub wysokiej temperatury. Cały ten proces jest kosztowny i pracochłonny. W przypadku większych projektów jest to opłacalne, bo dostarczane jest urządzenie szyte na miarę. Niemniej wielu klientów woli drogę na skróty, czyli użycie gotowego komputera z półki (typu Box). W przypadku niewielkiego projektu fakt, że dane urządzenie nie będzie idealnie dopasowane do danej aplikacji (przykładowo tylko niewielka liczba dostępnych portów będzie wykorzystana), nie jest taki istotny, ponieważ w porównaniu do rozwiązania opartego na SBC, relatywne koszy integracji będą niższe, a czas wprowadzenia produktu na rynek (time to market) zdecydowanie krótszy. Koszt pracy inżynierskiej ma coraz większy udział w przygotowaniu produktu i każde działanie które prowadzi do oszczędności czasu i wysiłku włożonego w przygotowanie sprzedaży ma realny wymiar kosztowy.

Najważniejsze cechy i właściwości SBC od strony technicznej #1

 

Za najważniejsze parametry techniczne i funkcjonalność komputerów jednopłytkowych uznano w naszym badaniu ankietowym niski pobór mocy (definiowany poprzez TDP) oraz dużą wydajność obliczeniową. Te dwa kryteria są do siebie w opozycji, a więc w praktyce chodzi o to, aby proporcje między tymi wielkościami były jak najlepsze. Trzecią pozycję w zestawieniu zajęła duża niezawodność i odporność środowiskowa, co jest pochodną zastosowań przemysłowych i profesjonalnych takich komputerów, natomiast pojęcia takie, jak wiele interfejsów oraz małe wymiary wiążą się z możliwościami aplikacyjnymi oraz możliwością zastosowania ich w sprzęcie mobilnym.

Miniaturyzacja i mały pobór mocy

Niewielki pobór mocy przy zachowaniu dużej wydajności obliczeniowej jest najważniejszym trendem technicznym zmieniającym nie tylko rynek komputerów jednopłytkowych, ale i całą elektronikę. Efektem tego procesu jest to, że wielkość komputerów głównie ograniczają złącza i obudowa, a wzrost wydajności obliczeniowej przestał być czymś, do czego się bardzo dąży. Najbardziej widać to w zakresie pecetów, ale w przypadku omawianych urządzeń też daje się to dostrzec.

Skoro można kupić peceta w obudowie wielkości pendrive, to także w zakresie komputerów do zastosowań embedded gotowe rozwiązania są nieduże. To po raz kolejny potwierdza, że w wielu zastosowaniach dobrym wyborem staje się wykorzystanie komputera typu Box, a więc małe jednostki w obudowie chłodzonej pasywnie, bo jest ona tylko nieznacznie większa, tylko trochę droższa, ale ma już rozwiązany problem chłodzenia, zasilania, złączy i mocowania (np. na szynę DIN, VESA itd.) przez producenta. A do komputera jednopłytkowego, np. takiego w postaci modułu o wielkości równoważnej pamięci DRAM do komputera trzeba jeszcze dodać płytę bazową, której przygotowanie też jest czasochłonne i kosztowne, zwłaszcza gdy seria jest mała.

IoT i Przemysł 4.0

Przemysłowy Internet Rzeczy oraz Przemysł 4.0 to dwa ważne trendy, które zmieniają współczesny rynek elektroniki. Oba wiążą się w pewnym zakresie z obszarem komputerów jednopłytkowych, gdyż tytułowe produkty są aplikowane w takich obszarach. Niemniej granice są tu bardzo płynne – cały obszar IoT oraz przemysłowego IoT (IIoT) jest nieprecyzyjnie zdefiniowany i w praktyce wrzuca się do niego miniaturowe rozwiązania czujnikowe zasilane z baterii i bardzo wysoko zintegrowane (do jednego chipu najczęściej) oraz komputery do zastosowań embedded wykorzystywane w automatyce przemysłowej, sieciach komputerowych i telekomunikacyjnych, a także wszystkich aplikacjach "smart". Jest oczywiste, że dla rynku SBC te rozwiązania najbardziej bliskie idei IoT, a więc maksymalnie zintegrowane, są niedostępne, obojętnie, kto i jak by je kategoryzował i naciągał. W omawianym temacie prędzej chodzi o koncepcję Przemysłu 4.0 oraz ogólną automatyzację i podłączanie do sieci. Myjnia samochodowa, automat sprzedaży, stacja pomiarowa monitoringu czy też aparat EKG, to przykłady takich rozwiązań, gdzie potrzebny jest jakiś komputer. Można dyskutować, czy w danym zastosowaniu wystarczy jeszcze mikrokontroler, czy już potrzebna jest większa wydajność, ale w praktyce decyzje są wielowymiarowym zagadnieniem. Proste zdalne sterowanie automatem sprzedaży z kontrolą przez sieć można zrealizować na kilkanaście różnych sposobów z użyciem gotowych modułów z mikrokontrolerami, sprzęt medyczny być może będzie wymagał komputera SBC, który zapewni pamięć, wydajność i grafikę, natomiast aplikacja klasy digital signage z multimediami być może najprościej powstanie z użyciem komputera box. Bezsprzecznie mamy dzisiaj bardzo dużo sposobów realizacji urządzeń i nie ma jednego uniwersalnego podejścia.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku komputerów jednopłytkowych #2

 

Komputery jednopłytkowe już dawno przestały być dobrem luksusowym i wraz z otwarciem się rynku na procesory produkowane przez inne firmy niż Intel można powiedzieć, że trafiły pod strzechy. Dla rynku IoT, aplikacji kategoryzowanych jako Przemysł 4.0, stały się one kołem zamachowym zapewniającym rozwój. Jako drugi czynnik, prawie tak samo istotny, wskazywano w ankietach coraz większe nasycenie naszego otoczenia elektroniką, w czym kryją się wszystkie koncepcje „smart”. Pomaga też to, że przemysł już rozwiązał problemy z wydzielaniem się ciepła i hasło bezwentylatorowy już mocno wyblakło. Cały czas maleją wymiary takich komputerów. Całkiem wydajne jednostki mogą być dzisiaj niewiele większe od pudełka zapałek.

Rola standardów wzrasta

W obszarze komputerów jednopłytkowych ważną rolę odgrywają standardy zapewniające możliwość korzystania z produktów wielu producentów. Chodzi o zapewnienie zgodności mechanicznej i pinowej, użycie jednakowego złącza, zasilania itd. Korzystając z rozwiązań standardowych, można zapewnić sobie większą swobodę wyboru producenta. Standardy w tym obszarze są także istotne dla tych, którzy wytwarzają urządzenia oparte na danym typie przez wiele lat, np. w obszarze medycyny.

Za pozytywną wiadomość można uznać to, że tych standardów definiujących obszar SBC nie ma już dzisiaj wcale tak wiele, przez co rola jaką pełnią one w branży, się zwiększa. Być może wynika to z tego, że w mniejszym stopniu są one wynikiem narzucenia przez duże firmy swoich pomysłów, a w większym stopniu, że jest to wspólny projekt stowarzyszenia lub organizacji branżowej. Ostatnim ważniejszym wydarzeniem sprzed kilku lat był tutaj debiut SMARC, teraz nadchodzi COM-HPC. Nazwa taka w praktyce określa tzw. form factor, czyli wymiary, rozkład złączy, możliwości w zakresie chłodzenia, tak aby zapewniona była możliwość wymiany produktów kompatybilnych.

Nie da się jednak ukryć, że część producentów nie zaprząta sobie głowy normalizacją i tworzy własne konstrukcje. Popularnym formatem jest płytka o wielkości pamięci DRAM do peceta, bo łatwo dla niej kupić złącza i wiele oprogramowania inżynierskiego ma takie komponenty w bibliotekach.

Urządzenia i moduły do komunikacji bezprzewodowej

Najbardziej pozytywnym zjawiskiem w dziedzinie komunikacji bezprzewodowej jest ciągły rozwój branży. Pojawiają się nowe rozwiązania i technologie, dawne tanieją, a popularyzacja standardów 5G (czy za parę lat 6G) wywołuje większe zainteresowanie bezprzewodowym dostępem do danych i systemów. Koszt realizacji połączenia przewodowego coraz bardziej rośnie, a bezprzewodowego maleje. Koszt pracy i materiałów takich jak kable jest dzisiaj na tyle istotną częścią wielu inwestycji, że często są one korzystnym wyborem jedynie wówczas, gdy kable komunikacyjne kładzione są razem z całą resztą instalacji w ramach nowego projektu. Gdy wymagana jest elastyczność, mobilność, wyboru praktycznie nie ma.

Obecnie konstruktor ma do wyboru nie tylko kilka generacji produktów do sieci Wi-Fi i komórkowych oraz Bluetooth różniących się nie tylko przepustowością, ale i poborem mocy, z których nie wszystkie są ze sobą kompatybilne. Do dyspozycji są też inne rozwiązania, jak LPWA oraz przemysłowy Wireless Mbus. Razem tworzy to ogromne możliwości i wybrać optymalne rozwiązanie do projektu staje się coraz bardziej skomplikowane.

Najważniejsze cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu modułów komunikacyjnych #1

 

Cena jest najważniejszym kryterium selekcji produktu w obszarze komunikacji bezprzewodowej, bo musi być konkurencyjna w stosunku do rozwiązań przewodowych, na tyle niska, aby klient chciał zapłacić za taką funkcjonalność i wybrał proponowane rozwiązanie, a nie inne. Zapewne z uwagi istotę niskiej ceny na rynku przez długie lata funkcjonują starsze technologie komunikacji i nadal są wybierane przez klientów. Na kolejnych dwóch miejscach uplasowały się jakość i niezawodność oraz parametry techniczne, czyli te czynniki, które decydują o przewadze technologicznej. Dalej mamy wsparcie techniczne, czyli pomoc techniczną ze strony dostawcy, która jest istotna przede wszystkim w produktach nowych i złożonych oraz termin dostawy, z czym aktualnie jest problem.

Na rynek wchodzi 5G

Rynek telefonii komórkowej jest dzisiaj w przededniu wielkiej zmiany jaką niesie ze sobą sieć piątej generacji. Operatorzy komórkowi zapewniają już klientom takie możliwości, ale na razie usługi są niejako pilotażowe, bo są one realizowane w oparciu o posiadane już częstotliwości, jak 2,1 GHz dla Play i T-Mobile oraz 2,6 GHz dla Polkomtela.

Aby możliwa była pełna ocena zalet sieci 5G, operatorzy muszą dostać dostęp do pasm 3,4‒3,8 GHz, 26 GHz (na pikokomórki) i 700 MHz (na usługi o dużym zasięgu). Aukcje tych częstotliwości miały już dawno się zakończyć, ale z uwagi na politykę, pandemię, niejasną sytuację związaną z dostawcami infrastruktury sieciowej, jeszcze trwają. Wyjaśnienie, dlaczego tak się dzieje, przekracza tematykę tego artykułu, ale faktem jest, że biurokracja za każdym razem prowadzi do opóźnień.

Razem ze zbliżającą się rewolucją w telekomunikacji następuje też przebudowa infrastruktury komunikacyjnej przez operatorów, którzy stopniowo zamykają BTS-y 2G. Na rynku jest coraz mniej telefonów komórkowych starszej generacji, a utrzymanie infrastruktury kosztuje. W obszarze konsumenckim migracja do sieci 4G jest niejako wymuszona przez kolejne umowy, nowe smartfony, dla modułów tempo migracji jest mniejsze, bo często urządzenia takie pracują długie lata. Niemniej powoli nie oznacza wcale i zmiany technologii z 2G do LTE Cat. 1 lub CAT-M względnie NB-IoT są widoczne.

Na rynku są już też dostępne rozwiązania modułów komunikacyjnych dla sieci 5G i w większości ich możliwości determinowane są przez oprogramowanie firmware. Zatem jeśli nawet obecnie nie obsługują one jakiejś funkcjonalności, z pewnością z czasem będzie można ją dodać z kolejną aktualizacją.

Pogłębia się znaczenie jakości komunikacji

plikacyjną było to, że istniała możliwość radiowej wymiany danych, uwalniająca od przewodów, dająca dostęp do Internetu lub pozwalająca stworzyć sieć kratową. Dzisiaj jest to jedynie warunek konieczny, coś, co projektanci traktują jako oczywistość i wartość dawno zdobytą. Obecnie więcej uwagi kierowane jest na jakość komunikacji, czyli pewność tego, że kanał komunikacji zapewni deklarowaną przepustowość, że nie będzie opóźnień, zacięć, rozłączeń, konieczności resetowania ustawień protokołu i podobnych problemów. Najlepsze rozwiązanie modułu i urządzenia do komunikacji bezprzewodowej jest takie, że działa od momentu załączenia zasilania, a całą obsługę techniczną, w tym modyfikację ustawień, aktualizację oprogramowania, podglądanie stanu z raportowaniem, realizuje się zdalnie (drogą radiową).

Sprzętu elektronicznego w naszym otoczeniu szybko przybywa, dotyczy to też rozwiązań IoT, które z definicji komunikują się bezprzewodowo. Bardzo często są to urządzenia standardowe, a więc z Bluetooth lub Wi-Fi, na skutek czego dostępne pasmo radiowe potrafi się szybko zapchać. Pierwszym efektem jest właśnie spadek wydajności, zasięgu, płynności działania.

Z oczywistych przyczyn projektanci zwracają na to coraz więcej uwagi i wybierają produkty, które lepiej sobie radzą z utrzymaniem QoS. Wiadomo, że widmo dostępne dla danego standardu komunikacji nie jest z gumy, ale wiele można poprawić za pomocą oprogramowania i rozwiązań sprzętowych toru radiowego.

Szybka ewolucja technologii

Obszar komunikacji bezprzewodowej bardzo szybko się zmienia. Co chwila pojawiają się nowe standardy i urządzenia, które rozwiązują problemy, które jeszcze chwilę wcześniej były dużym kłopotem, dają lepsze parametry lub są lepiej powiązane z resztą infrastruktury w cały system. Rosnący stopień skomplikowania i zależności technologii oraz wspomniana szybka ewolucja niestety nie sprzyjają dobrej orientacji klientów i utrudnia dokonywanie optymalnych wyborów. Klienci bardzo często nie mają świadomości technicznej i ograniczeń związanych z modułami, słabo orientują się w dostępnych nowościach i stąd wymagają wsparcia ze strony sprzedawcy. Wielu traktuje komunikację radiową tak, jakby był to odpowiednik kabla, inni zatrzymali się z wiedzą i przykładają stare schematy do nowych wersji. Przy takim podejściu o rozczarowanie nie jest trudno.

Ponieważ moduł komunikacyjny, nawet najlepiej wybrany, nie tworzy aplikacji ani usługi, którą można sprzedać, nierzadko wsparcie dostawców dotyczy też sfery oprogramowania. Ubocznym efektem jest to, że początkowe etapy zarówno sprzedaży, jak i części projektowych wydłużają się zatem i muszą być prowadzone ze szczególną starannością, aby zapewnić klientowi satysfakcję z usługi.

O komunikacji bezprzewodowej trzeba dzisiaj myśleć w czasie projektowania analizując zagadnienie w sposób kompleksowy, tj. rozpatrując je jako całą sieć powiązanych i zależnych od siebie działań. Gdzieś w takim projekcie jest oczywiście moduł komunikacyjny, ale jest on tylko niewielką częścią całości, zarówno ekonomicznie, jak i technicznie.

Bogata funkcjonalność oprogramowania, usług związanych z akwizycją danych, komunikacją sprawia, że czołowi producenci rozwiązań komunikacyjnych mogą się w ten sposób wybić ponad przeciętną. Inni, jak duże firmy znane ze świata IT także poszerzają możliwości swoich rozwiązań o obsługę takich platform. Czasem oznacza to dla nich otwarcie biznesu na nową działalność, ale IoT niczym magnes przyciąga wielu graczy.

Patrząc z perspektywy, można powiedzieć, że zmiany idą w takim kierunku, aby najważniejszym problemem do rozwiązania był pomysł na rozwiązanie problemu lub zyskania korzyści wynikającej z technologii, a nie budowa układu elektronicznego lub pisanie kodu. To zadanie ma się sprowadzać do wyboru rozwiązania spośród wielu dostępnych, niekoniecznie tworzenia własnego, a także kupna usługi (konta) w powiązanej w taką platformą chmurze obliczeniowej zamiast tworzenia i konfigurowania własnej.

Ważne i poszukiwane typy modułów komunikacyjnych #2

 

Lista ważnych i poszukiwanych wersji modułów do komunikacji bezprzewodowej obejmuje wszystkie główne standardy, jak Wi-Fi, Bluetooth, wersje do sieci komórkowych w standardzie 4G (LTE). Bardzo wysoką notę można przypisać także rozwiązaniom dla sieci LPWAN, które nareszcie się spopularyzowały i wypracowały własne miejsce na rynku. Z wykresu widać ponadto, że moduły do sieci komórkowych działające w starszych technologiach (2G i 3G) wcale nie tworzą marginesu.

Monitoring i analiza danych

Komunikacja bezprzewodowa zawsze była głównym narzędziem do zapewnienia monitoringu i zdalnej kontroli instalacji i urządzeń, i ten obszar zastosowań jest dzisiaj jeszcze bardziej istotny, bo wiele takich aplikacji pozwala ograniczyć koszty wynikające z pracy ludzkiej. Odczyt liczników, monitorowanie stanu instalacji, maszyn, instalacje energii odnawialnej i wiele innych urządzeń, które pracują w terenie, dzięki temu obsługuje się zdalnie. Aby możliwe było zainstalowanie czujnika w niedostępnym miejscu, konieczne jest zapewnienie bezobsługowości, czyli możliwości aktualizacji oprogramowania drogą radiową, monitorowania stanu, diagnozowania działania i podobnych. Zresztą termin "zdalnie" wydaje się wytrychem, którym obecnie posługuje się biznes.

Komunikacja bezprzewodowa to nie tylko nowe projekty. Wiele produktów przemysłowych, maszyn, sprzętu specjalistycznego (np. medycyna, aparatura), ma dodawaną komunikację bezprzewodową w ramach modernizacji i poprawy funkcjonalności. Wykorzystuje się w tym celu istniejące porty szeregowe, na które wysyłane są komunikaty diagnostyczne lub dodaje do maszyny dodatkowe czujniki i linie I/O i podłącza je do modułu. Takie projekty przyspieszają rozwój tytułowej dziedziny, rozszerzając zastosowania na inne niż tylko projekty nowych systemów.

Dodawanie komunikacji jest coraz łatwiejsze, bo mamy do dyspozycji coraz bardziej uniwersalne, zaawansowane platformy sprzętowe. Coraz łatwiej kupić rozwiązania prawie gotowe, takie które wymagają jedynie konfiguracji, niewielkiej integracji (obudowa, zasilanie, podłączenie czujnika) i tym samym wysiłek projektanta kieruje się w stronę aplikacyjną, integracyjną oraz właśnie związaną z analityką danych.

Istotne nowości w obszarze komunikacji bezprzewodowej #3

 

Zestawienie najbardziej istotnych trendów, produktów i technologii w zakresie komunikacji bezprzewodowej otwiera miniaturyzacja i niski pobór mocy, który jest wspólnym mianownikiem wielu nowych rozwiązań kierowanych do świata IoT, AMR i urządzeń mobilnych. Podobne wskazanie uzyskały nowe moduły do sieci 5G oraz takie, które pozwolą dodać obsługę 5G z czasem przez wymianę oprogramowania. Kolejne trzy pozycje o mniej więcej tym samym udziale procentowym to nowe wersje Bluetooth, moduły LTE niskich kategorii i produkty combo (dwa w jednym).

Sieci LPWAN się szybko rozwijają

Sieci LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) to rozwiązania działające w pasmach ISM, gdzie przy małej przepustowości zapewniony został znacznie większy w porównaniu do innych standardów zasięg komunikacji. W warunkach krajowych oznacza to sieci LoRaWAN oraz LTE Cat. M / NB- IoT (Narrow-Band IoT), które służą głównie do zbierania danych z rozległych aplikacji telemetrycznych. Typowe aplikacje, jak liczniki wody, gazu czy ciepła, systemy alarmowe, czujniki zadymienia, śledzenie ludzi i zwierząt, produkty AGD, kontrola dostępu do budynku, sterowanie oświetleniem, różnego rodzaju czujniki, np. stacje meteorologiczne itp., nie potrzebują większych wydajności, stąd LTE niskiej kategorii może być dobrym pomysłem. Rynek LoRa WAN rozwija się w niezłym tempie, a z tego co można wyczytać na forach, jedyne problemy dotyczą dość wysokich cen urządzeń do budowy sieci (stacji przekaźnikowych). Z kolei sieci typu NB- IoT oraz LTE kategorii M to rozwiązania wykorzystujące infrastrukturę sieci komórkowych przeznaczone do aplikacji transmitujących niewiele danych (głównie klasy IoT), niewymagających dużej szybkości, za efektywnych energetycznie. Działają one w małym paśmie, mają ograniczoną konieczność zgłaszania obecności w sieci i pobierają wielokrotnie mniej energii od zwykłych modułów LTE.

Moduły NB- IoT w zamyśle producentów nie mają konkurować z rozwiązaniami 2G/3G/4G, ponieważ nie nadają się do aplikacji z regularnym, dużym/średnim transferem danych. Otwierają jednak nowe możliwości wykorzystania infrastruktury sieci 4G w aplikacjach zasilanych z baterii przy niskiej cenie i dobrym zasięgu wewnątrz budynków. Uwalniają też od ryzyka związanego z perspektywą pogorszenia się zasięgu sieci 2G, a przecież wiele urządzeń ma takie moduły cały czas działające, bo są one bardzo tanie. Ta koncepcja się sprawdza, gdyż jak wynika z naszej ankiety, zainteresowanie rynku jest duże.

Istotne trendy techniczne #4

 

Najważniejsze cechy techniczne modułów do komunikacji bezprzewodowej można podsumować stwierdzeniem, że klienci oczekują obecnie od takich produktów wygody aplikacyjnej, łatwości implementacji oraz prostoty obsługi posprzedażnej. Skoro wiele takich rozwiązań trafia do sprzętu instalowanego w terenie, możliwość zdalnego zarządzania i obsługi technicznej trafia na pierwszy plan. Trend małego poboru mocy, dostęp do zaszytej w chipie karty SIM też wpisują się w takie oczekiwania.

Moduły do sieci komórkowych zawsze są w centrum uwagi

Moduły przeznaczone do pracy w sieciach komórkowych są coraz lepsze i ciągle stanowią główny nurt sprzedaży w omawianej grupie produktów, a dodatkowym czynnikiem poprawiającym tempo rozwoju rynku jest ciągły spadek ich cen. Starsze rozwiązania dla sieci 2G i 3G, które przez lata były wybierane przez klientów z uwagi na cenę, powoli schodzą z piedestału. Bardzo niska cena nie jest już taka istotna dla klientów, poza tym dochodzi obawa o coraz gorszy zasięg sieci starszych generacji w niedalekiej perspektywie. Wiadomo, że operatorzy rzucą wszystkie siły inwestycyjne na budowę sieci 5G i będzie to się działo także kosztem utrzymania infrastruktury dla starszych technologii. Dzisiaj konstruktor musi brać pod uwagę, że za kilka lat sieć 2G będzie miała słaby zasięg. Większe zainteresowanie rozwiązaniami LTE jest w takiej sytuacji naturalne.

Główny nurt sprzedaży tworzą moduły 4G (LTE), jako nowość wymieniane są rozwiązania 5G. Większość czołowych producentów ma przynajmniej jedną taką jednostkę w ofercie. Opisy mówią o 10-krotnie większej szybkości transmisji w porównaniu do LTE i wykorzystaniu systemów wieloantenowych do transmisji, pozwalającej na jednoczesny odbiór i nadawanie danych w wielu kanałach jednocześnie.

Wiele modułów komórkowych to wielosystemowe platformy oraz wersje z wbudowanym odbiornikiem lokalizacyjnym GPS+ Glonass+Beidou lub Bluetooth albo Wi-Fi. Trend integracji wielu systemów w jednym dotyczy zresztą też innych rozwiązań, bo np. Wi-Fi łączy się w jednym komponencie z Bluetooth.

Takie wersje są wygodne, tańsze, zajmujące mniej miejsca i tym samym są lepiej dopasowane do wymagań aplikacyjnych. Przykładem może być lokalizator wysyłający pozycję obiektu za pomocą sieci komórkowej lub automat podłączony na stałe do sieci przez Wi-Fi, ale także umożliwiający podłączenie się przez Bluetooth użytkownikom/ pracownikowi serwisu. Sytuacji, gdzie dodatkowy interfejs jest potrzebny lub przynajmniej mile widziany, jest coraz więcej i stąd produkty takie zyskują na popularności. Moduły wielosystemowe (combo) są też mniejsze od każdego alternatywnego rozwiązania, a to w obszarze elektroniki mobilnej oraz aplikacji IoT jest bardzo istotne. To samo dotyczy mniejszego poboru mocy, liczby wymaganych elementów zewnętrznych itd.

Zjawiska sprzyjające rozwojowi rynku komunikacji bezprzewodowej #5

 

W zestawieniu głównych czynników pozytywnie wpływających na rozwój rynku komunikacji bezprzewodowej za najważniejsze postrzegane jest to, że liczba produktów z komunikacją szybko się zwiększa, a tym tych z obszaru Internetu Rzeczy. Rozwój determinują nowe, doskonalsze standardy komunikacji i rosnące wymagania klientów, którzy przeszli już do porządku dziennego nad tym, że komunikację radiową już mają i teraz sięgają po więcej, a więc, aby była ona wydajna, oszczędna energetycznie, niezawodna itd.

Bluetooth Low Energy

Najnowszy Bluetooth Low Energy (BLE) w wersji 5 to kolejna usprawniona wersja doskonale znanego standardu komunikacyjnego, która dobrze wpasowuje się w potrzeby aplikacji IoT, elektroniki noszonej i innych urządzeń za silanych z baterii. BLE jest efektywny energetycznie (stąd nazwa) i zapewnia większą efektywność komunikacji, lepszą elastyczność pracy i konfiguracji dołączonych urządzeń, w tym możliwość jednoczesnej pracy w trybie nadawania i odbioru danych. Niższe są też koszty implementacji. rosnąca popularność BLE w urządzeniach mobilnych powodują, że Bluetooth Low Energy jest najpopularniejszą metodą komunikacji urządzeń typu wearables.

Bluetooth jest przydatny wszędzie tam, gdzie konieczne jest nie tyle stworzenie całej sieci, ale jedynie przesłanie, od czasu do czasu, niewielkiej ilości danych na niedużą odległość. Wersje BLE pozwalają tworzyć energooszczędne urządzenia pracujące na zasilaniu bateryjnym przez wiele lat i np. przesyłające od czasu do czasu zgromadzone dane.

Bluetooth jest przydatny wszędzie tam, gdzie konieczne jest nie tyle stworzenie całej sieci, ale jedynie przesłanie, od czasu do czasu, niewielkiej ilości danych na niedużą odległość. Wersje BLE pozwalają tworzyć energooszczędne urządzenia pracujące na zasilaniu bateryjnym przez wiele lat i np. przesyłające od czasu do czasu zgromadzone dane.

Wi-Fi

W dziedzinie komunikacji bezprzewodowej Wi- Fi jest jednym z najbardziej powszechnych sposobów łączności zapewniającej bezpieczne, niezawodne i szybkie połączenia bezprzewodowe IP. Takie moduły wybierane są zwykle, gdy pobór energii jest drugoplanowy, a liczy się łatwość rozszerzenia urządzenia o komunikację opartą na protokole IP bez wprowadzania większych modyfikacji w działających urządzeniach lub rozszerzenie dowolnych urządzeń wyposażonych w interfejsy UART, SPI, RMII, USB lub LAN o bezprzewodowość. Moduły Wi-Fi to rozwiązania niedrogie, często wykorzystywane jako mosty zapewniające "przezroczystą" transmisję sygnałów. Są one podstawą aplikacji przemysłowych, medycznych, a koncepcyjnie moduły te są zbliżone do całej reszty już omówionych rozwiązań. Komunikację Wi-Fi mają wbudowane licznie dostępne na rynku płytki rozwojowe i większość platform do IoT. Dużą popularność W-Fi (i Bluetooth) w zakresie IoT zapewniają mikrokontrolery z wbudowaną komunikacją, np. Espressif ESP8266.

Najważniejsze czynniki negatywne #6

 

Listę najbardziej istotnych czynników przeszkadzających w rozwoju rynku komunikacji bezprzewodowej otwierają długie czasy dostaw, które nie tylko dotyczą podzespołów dla motoryzacji, ale też wielu innych grup podzespołów elektronicznych. Pandemia rozchwiała rynek i niestety paradoksalnie spowodowała problemy z podażą, a nie popytem. Kryteria znajdujące się na dalszych miejscach są już typowe, a więc duża konkurencja w kraju i ze strony dostawców azjatyckich oraz słabe rozeznanie klientów w szczegółach technicznych rozwiązań. Jest to po części wynik tego, że tempo zmian technologii w tym obszarze rynku jest bardzo duże i trudno mu dotrzymać kroku. Kolejne generacje sieci komórkowych, wersje standardów takich jak Bluetooth, pojawiają się na tyle często, że wielu inżynierów wie, o co w nich chodzi, tylko w zarysie. Gorzej chyba jest tylko w obszarze inteligentnego domu, bo tam połapać się, kto, co i z czym to już jest sztuka. Takie warunki uwypuklają znaczenie kompetentnego, inżynierskiego wsparcia technicznego dla klientów.

Moduły RF

Komunikacja bezprzewodowa nie zawsze bazuje na standardach. Istnieją produkty, których działanie ogranicza się do warstwy fizycznej komunikacji bez obsługi znanego protokołu. Są one kierowane do prostych aplikacji włącz/wyłącz lub rozwiązań własnościowych, które nie muszą mieć zdolności do komunikacji z innym sprzętem (np. prosta automatyka domowa, systemy alarmowe). W takim wypadku są one też tańsze w realizacji, ale wszystko zależy od aplikacji, podejścia producenta oraz tego, co proponują dostawcy komponentów. Gdy koszty realizacji są istotne, a nie ma konieczności zapewniania interoperacyjności (za pomocą standardu), najkorzystniej wypada jeden chip, czyli mikrokontroler (lub SoC) z wbudowanym transceiverem.

Takie rozwiązania ma w ofercie wiele firm półprzewodnikowych, z każdą kolejną generacją są one też coraz bardziej zaawansowane, a część radiowa działa na zasadzie radia programowalnego (SDR), pozwalając na programowanie parametrów, budowę sieci typu mesh lub wykorzystanie zamiast pojedynczego kanału pasma ISM (433/868/2,4 GHz) transmisji z rozpraszaniem widma albo skakaniem po kanałach (frequency hopping) lub nawet załadowanie całego stosu protokołu. Opcje konfiguracyjne obejmują też częstotliwość pracy (w ramach pasm ISM), moc, obsługę sieci, tryby uśpienia i podobne.

Komponenty domowej automatyki i inteligentnego budynku

Systemy automatyki domowej są w stanie zarządzać pracą większości urządzeń znajdujących się w budynku oraz jego otoczeniu. Pierwsze tego typu systemy skupiały się na sterowaniu oświetleniem, kontroli temperatury pomieszczeń (sterowanie klimatyzacją i ogrzewaniem) oraz zarządzaniu zasilaniem urządzeń elektrycznych. Nowsze rozwiązania oferują więcej możliwości, cechują się ponadto wysokim poziomem autonomiczności, przez co w mniejszym stopniu wymagają interwencji użytkownika. Ponadto często korzystają z koncepcji IoT (Internet of Things), dzięki czemu mogą być obsługiwane za pomocą dowolnego urządzenia z dostępem do Internetu, jak np. smartfona.

Do niedawna w domach pojawiały się przede wszystkim przedmioty zapewniające komfort i wygodę jak termostaty. Niemniej ich cechą wspólną było to, że te wszystkie elementy nie działały autonomicznie i wymagały obsługi przez użytkownika. Dlatego połączenie urządzeń zapewniające komunikację, to innymi słowy stworzenie inteligentnego domu. Już jest część sprzętu konsumenckiego, która pozwala na dołączenie do sieci i chmury, a niektóre z nowinek, jak Alexa Echo lub Google Home oraz HomePod z Siri, pozwalają na sterowanie głosem. Trend sterowania językiem neutralnym będzie się szybko upowszechniał i pojawi się w nowych wersjach urządzeń domowych i AGD wymuszając na nich dołączenie do sieci. Tak jest bezpieczniej i taniej oraz bardziej przyjaźnie dla użytkowników. Niemniej cały czas operacyjność urządzeń pozostaje zadaniem do wykonania, a dom skomunikowany – connected home – to nadal przyszłość. Następna ewolucja jest w fazie spekulacji, niemniej da się dostrzec jej zwiastuny. Wykorzystując zaawansowanie sztucznej inteligencji (AI), uczenie maszynowe (ML), przetwarzanie języka naturalnego i rozpoznawanie obrazów, dom stanie się proaktywny i zyska zmysły za pomocą czujników wykrywających ruch, temperaturę, zapach itp.

Bezprzewodowość jest kluczowym czynnikiem przewagi rynkowej produktów do inteligentnego domu, bo przymuszenie konsumentów do instalacji urządzeń wymagających okablowania to zadanie niezwykle trudne. Instalacja musi obejmować wiele takich elementów, rozlokowanych we wszystkich pomieszczeniach i nawet przy dużej woli ze strony potencjalnego inwestora często nie da się wykonać okablowania w sposób nieuciążliwy. Nawet jeśli rozwiązania przewodowe bazują na pojedynczej skrętce przewodów wykorzystywanych do zasilania i komunikacji, dla wielu potencjalnych użytkowników jest to nie do przyjęcia z powodu estetyki. To z reguły jest domena dużych budynków użyteczności publicznej, biur i innych miejsc, gdzie instalację przewodów można przewidzieć na etapie budowy lub tam, gdzie są wydzielone kanały techniczne na instalacje.

Problemy te rozwiązuje komunikacja bezprzewodowa, zarówno bazująca na jakimś uznanym standardzie jak Bluetooth LE lub ZigBee lub bez standardu, w oparciu o protokół producenta lub dostępny w ramach chipów komunikacyjnych działających w pasmach ISM. Najnowsze standardy takie jak Bluetooth w wersji 5 zapewniają na tyle dużą efektywność energetyczną połączenia, że instalowane sensory mogą być z powodzeniem zasilane z baterii jednorazowych, bo starczają one na bardzo długo.

Główne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku #1

Z

 

Listę czynników pozytywnie wspierających rozwój rynku produktów do inteligentnego domu otwierają „wygoda i komfort”, czyli potrzeba klientów o takim charakterze. Drugi czynnik, oszczędność energii i mediów, ma charakter bardziej utylitarny, ale także zyskuje na znaczeniu w przy kolejnych podwyżkach cen prądu. Pozostałe istotne czynniki to m.in. zwiększająca się wielkość rynku na takie produkty. Wynika z ogólnie dużego nasycenia naszego otoczenia urządzeniami technicznymi oraz możliwości budowy instalacji w oparciu o połączenie bezprzewodowe. Instalacja, która wymaga uprzedniego położenia przewodów, kucia ścian i prac budowlanych, nie jest tym, czego oczekują potencjalni inwestorzy instytucjonalni i domowi.

Wiele standardów branżowych

Standardów branżowych, które są wykorzystywane w systemach automatyki budynkowej, jest wiele, a poza nimi spora część rynku obsługiwana jest z użyciem rozwiązań specyficznych dla producenta, przez co kompatybilność produktów jest niewielka.

W zakresie rozwiązań przewodowych największą popularność ma KNX (dawniej EIB). Jest w stanie obsłużyć instalacje elektryczne, teletechniczne, HVAC, alarmowe, nagłośnienia, monitoring, zabezpieczenia budynków, opomiarowanie i wszystkie inne działające w budynku. Ma zatem duży potencjał i możliwości oraz jest wspierany przez ponad 400 producentów sprzętu i w zakresie automatyzacji przewodowej dużych budynków może być postrzegany jako numer 1. Nie wiadomo, czy w przyszłości pozycja KNX się nie zmieni, bo szybko upowszechnia się SPE, czyli Ethernet działający na pojedynczej skrętce przewodów (KNX też jest 2-przewodowy). W zastosowaniach przemysłowych jest to już rozwiązanie popularne i doceniane, jeśli chodzi o możliwość tworzenia instalacji rozporoszonych. Ekspansja SPE w systemach automatyki budynkowej już się zaczyna i być może spowoduje, że gwiazda KNX nieco przygaśnie, bo rozproszone systemy sterowania w przemyśle i automatyki budynkowej mają bardzo dużo wspólnych cech i transfer technologii jest nieunikniony.

Popularne rozwiązania bezprzewodowe to z kolei ZigBee i Z-Wave, doskonale znane od lat, pod kątem właśnie takich zastosowań opracowane i wreszcie zdobywające rynek. Niemniej rosnąca popularność rozwiązań IoT promuje też w omawianym obszarze Bluetooth LE, bo interfejs ten jest sprzętowo zaszyty w większości platform sprzętowych do takich zastosowań i dostaje się go praktycznie gratis. W zakresie domu istotny jest jeszcze PLC, czyli komunikacja po przewodach energetycznych.

Popularne standardy przewodowe i bezprzewodowe #2

 

Jeden wspólny dla branży standard wymiany informacji gwarantujący zgodność sprzętową i programową urządzeń do aplikacji budynkowych lub domowych to marzenie wielu specjalistów od lat i niestety cały czas jeszcze odległe. Być może nigdy nie doczekamy się jednego rozwiązania, bo musiałoby ono pogodzić zbyt wiele sprzecznych interesów firm aktywnych w tym obszarze (rozwiązania własnościowe, zamknięte) oraz mieć ponadczasowe funkcjonalności techniczne. Z przedstawionego wyżej wykresu, że za najpopularniejsze uznano ZigBee i Z-Wave (rozwiązania bezprzewodowe) oraz Instabus KNX/EIB (system przewodowy).

Koszty

Systemy automatyki budynkowej i domowej są rozwiązaniami kosztownymi, zwłaszcza jeśli mają obejmować wiele zagadnień, cały obiekt i być zbudowane z renomowanych produktów. Wynika to z wielu czynników: cały czas małego efektu skali pozwalającego na produkowanie urządzeń masowo, a więc tanio, dużego rozproszenia rynku na wiele małych firm, braku wspólnego standardu komunikacji, protokołów wymiany danych, który pozwoliłby produkować część centralną dla komponentów jako masowy element standardowy. Powodem są także większe koszty promocji i wydatki inżynierskie związane ze stworzeniem komponentów budynkowych i ich sprzedażą.

Czego najbardziej brakuje na rynku? #3

 

Zdaniem ankietowanych najbardziej brakuje wiedzy i rozeznania klientów w obszarze zagadnień związanych z instalacjami inteligentnego domu. Nieznajomość produktów, ich możliwości funkcjonalności, a jeszcze bardziej chyba tego, jak optymalnie wszystko połączyć i spiąć za pomocą oprogramowania, wydaje się sporą przeszkodą. Brakuje też kompatybilności w obszarze sprzętu i oprogramowania oraz funkcjonalności. Dwa czujniki temperatury posługujące się tym samym interfejsem wcale nie muszą być kompatybilne i wymienne, co niestety wywołuje ostrożność decyzyjną i inercję w wyborach.

Wykorzystać istniejące możliwości

Aby na poważnie zająć się automatyką budynkową konieczna jest orientacja w tym, co jest dostępne, a więc w ofercie, możliwościach i potencjale technicznym, integracji w ramach systemu. Do tego potrzebna jest ogólna koncepcja co taki system miałby robić i z jakimi istniejącymi systemami powinien zostać zintegrowany. To nie jest proste, bowiem wymaga nierzadko interdyscyplinarnego podejścia, szerszych horyzontów technicznych, wykraczających poza wąski wycinek produktów z katalogu automatyki budynkowej.

Produkty takie jak czujniki, siłowniki, przekaźniki są w tym przypadku narzędziami za pomocą których, niczym z klocków, buduje się większą całość. Takie elementy trzeba umieć rozmieścić, połączyć, zintegrować za pomocą scenariuszy działań w oprogramowaniu, czasem też skonfigurować. Te kompetencje nie są powszechnie dostępne, co niestety tworzy barierę dla rozwoju. Poza wybraniem dostawcy, produktów oraz kupnem oznacza to dużo żmudnej pracy. Im bardziej rozległy i wyrafinowany ma być system automatyki budynkowej, tym oczywiście więcej wysiłku trzeba poświęcić na jego integrację. Nie wszyscy są w stanie ponieść taki wysiłek, tak samo jak nie są w stanie przejść ze skali działań w skali mikro (produktowej) do makro (na poziomie budynku i systemu).

Inaczej systemy mają ograniczony zakres, czyli obejmują wycinek dostępnych możliwości, np. tylko sterowanie oświetleniem. Tymczasem im większa integracja, im więcej czujników, tym większą funkcjonalność można uzyskać.

Znaczenie prostoty

Jednym z istotniejszych wymagań w zakresie funkcjonalności urządzeń tworzących inteligentny budynek lub dom jest to, aby były to produkty proste w instalacji, odporne na pomyłki i wymagające jak najmniej działań, takich jak na przykład konieczność ustawienia parametrów (np. adresu w sieci). Takie wymaganie bierze się stąd, że instalacje wykonują często pracownicy budowlani, elektrycy, a więc personel, który niekoniecznie w działaniach może kierować się finezją. Ponadto instalacja często przebiega w trudnych warunkach: na drabinie, przy złym oświetleniu i w niewygodnej pozycji. Wówczas ryzyko pomyłki rośnie, dlatego wymagana jest odporność takich urządzeń na wszelkie możliwe pomyłki oraz konfiguracja typu plug-and-play.

Głównie czynniki niekorzystne dla rozwoju rynku #4

 

Za czynniki w największym stopniu przeszkadzające w rozwoju rynku domowej automatyki i inteligentnego domu specjaliści uznali brak wiedzy klientów i integratorów w dostępnej ofercie, możliwościach produktowych i aplikacyjnych. Na kolejnych miejscach sklasyfikowano obawy związane z prywatnością, bezpieczeństwem i zachowaniem prywatności użytkowników a także to, że wiele rozwiązań jest przypisanych do producentów (tzw. własnościowe) i ze sobą niekompatybilnych, przez co decyzja na co postawić, nie jest prosta.

Przyszłość to jeszcze większa integracja

Podstawowymi wymogami stawianymi obecnie systemom automatyki budynkowej są skalowalność i kompleksowość. Zastosowany system powinien obejmować wszystkie występujące w budynku podsystemy monitorujące i nadzorujące prace poszczególnych elementów. Chodzi o rozwiązania obejmujące systemy przeciwpożarowe, kontroli dostępu, klimatyzacji, telewizji dozorowej i sieci komputerowej. Alians możliwości nowoczesnej automatyki z IT daje szansę stworzenia zaawansowanej struktury o dużej autonomii.

Obserwując rynek, można stwierdzić, że systemy automatyki budynkowej rozwijane są i będą głównie w kierunku możliwości integracji niezależnych systemów, takich jak systemy sygnalizacji pożaru, dźwiękowego systemu ostrzegania, itp. Ważnym elementem jest również zdolność wykorzystywania przez systemy automatyki budynkowej wspólnej platformy okablowania strukturalnego i komunikacji poprzez Ethernet.

Komponenty do instalacji energetyki odnawialnej

Energia elektryczna stale drożeje przez co opłacalność budowy instalacji odnawialnych stale się poprawia. Komponenty wykorzystywane w instalacjach są też coraz tańsze i lepsze, bo na przestrzeni lat zostały one dopracowane w szczegółach i są wytwarzanie masowo. Pojawiły się też nowe podzespoły półprzewodnikowe dużej mocy, które zapewniły w tym obszarze większą funkcjonalność, w tym głównie wyraźnie lepszą sprawność, dzięki czemu falowniki są mniejsze, a więc też tańsze. Ceny spadły także dlatego, że rynek znacznie się poszerzył, bo ekologiczne zasilanie jest dzisiaj trendem istotnym w skali całego świata. Efektem jest znaczne poszerzenie się oferty rynku w zakresie specjalizowanych rozwiązań przeznaczonych do pracy w takich instalacjach.

Nasz kraj przyjął przed laty na siebie zobowiązania do tego, aby część wytwarzanej energii elektrycznej pochodziła ze źródeł ekologicznych, bo UE jest liderem w zakresie technologii źródeł odnawialnych na świecie, a Polska, będąc członkiem wspólnoty musi się dostosować do uzgodnionych progów i udziałów. Nasze zobowiązania są podwaliną biznesu dla wielu krajowych firm zajmujących się tą tematyką. Nawet jeśli w tym zobowiązaniu większością są źródła bazujące na biomasie lub elektrownie wodne, to i tak w jakimś ułamku zostaje miejsce na te technologie bliższe elektronice.

Za rozwój rynku OZE w dużej części odpowiadają programy wspierające rozwój za pomocą dotacji, pożyczek preferencyjnych na inwestycje oraz ułatwienia w zakresie formalnym. Jest to ważne szczególnie w zakresie tzw. mikroinstalacji, bo dla inwestorów indywidualnych (głównie właścicieli domów jednorodzinnych) wielotysięczny wydatek związany z budową jest dużym kosztem. Jest to szczególnie ważne w Polsce, gdzie energetyka odnawialna jest solą w oku lobby węglowego i źródłem tarć politycznych. Źródła OZE wymagają stabilności prawnej i biznesowej a każda niestabilność, czego przykładem może być ustawa o regulacji lokalizacji farm wiatrowych, przez lata odbija się negatywnie na sprzedaży. Szkoda, że po okresie szybkiego rozwoju rynku jest duża szansa, że nadchodzące nowe prawo może ten rozwój wyhamować.

Ważne i poszukiwane produkty związane z instalacjami energii odnawialnej #1

 

Listę najbardziej istotnych z punktu widzenia dystrybutorów produktów z obszaru PV otwierają oczywiście panele fotowoltaiczne, ale trzeba dostrzec, że drugim istotnym produktem w obszarze energii odnawialnej są kable połączeniowe, złącza oraz sprzęt elektroinstalacyjny, głównie zabezpieczenia. Falowniki, akumulatory i kontrolery instalacji uplasowały się wyraźnie niżej, zapewne z powodu silniejszej konkurencji, mniejszej marży handlowej oraz także ograniczonej dostępności. Panele i falownik tworzą sztywny rdzeń projektu, nierzadko narzucony ekonomicznie, w reszcie jest większa elastyczność wyboru.

Komponenty dedykowane

Na rynku dystrybucji jest coraz więcej komponentów specjalizowanych, a więc zaprojektowanych specjalnie pod kątem pracy w instalacjach energii odnawialnej. Głównie chodzi tutaj o wersje dla instalacji fotowoltaicznych (PV), do których potrzebne są przewody o dużym przekroju i odpornej na wpływ środowiska izolacji po to, aby zapewnić małe straty mocy, małe upływy (a więc bezpieczeństwo) podczas wielu lat pracy. Kolejny element, gdzie widoczna jest specjalizacja aplikacyjna, to złącza o minimalnych stratach, łatwe w montażu itd. Są to złącza kabel-kabel o dużej odporności na czynniki środowiskowe. Złącza solarne mają specjalną konstrukcję mechaniczną, bo instalato rzy wykonują swoją pracę często w niewygodnych warunkach (np. na dachu). Stąd ważna jest jak najmniejsza liczba operacji wymaganych do wykonania połączenia. Oczekiwana jest także możliwość łączenia za pomocą tego samego elementu przewodów o dość szerokim zakresie przekrojów (np. 2,5‒6 mm2).

W tej grupie zawierają się ponadto przekaźniki i styczniki umożliwiające przełączanie obwodów stałoprądowych o dużej mocy. W dalszej kolejności są to komponenty sieciowe, elementy systemów pomiarowych (mierniki mocy, układy akwizycji danych, rejestratory napięć i prądów) i podobne. Łącznie całość tworzy bardzo szeroki asortyment produktów, w których pojawia się też wiele nowości.

Instalacje energii odnawialnej integrują w sobie wiele urządzeń technicznych, a jeśli skala inwestycji jest duża, jak w farmach, to także o zaawansowanej funkcjonalności. To dlatego, że duże obiekty są zarządzane i obsługiwane zdalnie za pomocą modułów i układów pomiarowych połączonych w sieć. Konieczne są do tego elementy systemów pomiarowych i urządzenia wykonawcze, urządzenia infrastruktury sieciowej w różnych standardach, konwertery protokołów, kontrolery. Takich urządzeń jest bardzo dużo, a wiele ponadto ma uniwersalny charakter i pasuje do wielu aplikacji.

Częścią instalacji PV są też komponenty zabezpieczające, głównie chodzi o ograniczniki przepięć. Następny ważny element to falownik, który zawsze był elementem specjalizowanym, ale lista zawiera też elementy drobne, niemniej cały czas wykorzystywane, jak chociażby przetwornice DC-DC małej mocy o odpornej na przebicie izolacji wykorzystywane do zasilania wydzielonych obwodów, np. tych związanych z komunikacją lub monitoringiem stanu.

Istotne nowości rynku produktów do OZE #2

 

Za istotne nowości rynku produktów związanych z instalacjami energii odnawialnej pytanie w ankiecie specjaliści uznali produkty specjalizowane (dedykowane) do takich aplikacji. Kolejne pozycje nie wybijają się aż tak bardzo w zestawieniu, poza rozwiązaniami dla domu, a więc kompletami produktów składających się na całość mikroinstalacji na dach domu jednorodzinnego.

Zapewnienie jakości jest kluczowe

Opłacalność inwestycji w instalację energii odnawialnej jest zwykle definiowana w długim horyzoncie czasowym sięgającym 20‒25 lat. Dla sprzętu, który w tym czasie musi pracować na zewnątrz jest to spore wyzwanie jakościowe, bowiem wpływ środowiska w tak długim czasie jest destrukcyjnie silny. Promieniowanie ultrafioletowe pochodzące od słońca, wilgoć i rosa, duże zmiany temperatury w cyklu dzień–noc, wszechobecny kurz, a nawet obecność zwierząt, które są w stanie zębami zniszczyć izolację przewodów, tworzą trudne warunki eksploatacji wymagające użycia produktów o gwarantowanej jakości. W tym obszarze jest to zagadnienie kluczowe, bo inwestorzy są zainteresowani zyskami przy planowej konserwacji, a nie wiecznym serwisowaniem uszkodzeń.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku komponentów do energii odnawialnej #3

 

Dwa najważniejsze czynniki sprzyjające rozwojowi rynku energii odnawialnej, w tym komponentów służących do budowy instalacji, to rosnące ceny energii elektrycznej ze źródeł tradycyjnych oraz wsparcie finansowe dla inwestorów. Dość wysoko ulokowała się w zestawieniu świadomość ekologiczna klientów oraz to, że duża funkcjonalność urządzeń zapewnia łatwość instalacji i użytkowania takich instalacji. Coraz wyższe rachunki za prąd przesuwają granicę opłacalności instalacji i ustalają na nowo wiele wskaźników używanych do szacowania zwrotu z inwestycji. Jest to czynnik tak samo ważny, jak niska cena takich produktów.

Wysokie napięcie stałe to duże niebezpieczeństwo

Instalacje fotowoltaiczne są w dużej części instalacjami stałoprądowymi. Oznacza to, że ich zabezpieczenie nadprądowe, zwarciowe i przepięciowe jest trudniejsze niż wymagają tego równoważne pod względem mocy obwody prądu przemiennego. Powodem jest trudność w gaszeniu łuku elektrycznego powstającego na stykach, bo nie ma tutaj zjawiska jego samoczynnego wyłączenia przy przejściu sinusoidy przez zero. W efekcie styczniki, bezpieczniki i przekaźniki muszą mieć specjalną konstrukcję, np. z magnesami wydmuchującymi zjonizowaną plazmę do komór gaszeniowych i inne sprytne rozwiązania, które mają wpływ na ich cenę. Duże znaczenie zabezpieczeń przepięciowych dla instalacji PV to z kolei wynik tego, że panele są elementami półprzewodnikowymi, a więc z natury elementami podatnymi na przebicie napięciowe.