Akıllı prizler, Prometheus ve Grafana ile kurulan enerji kullanımı izleme sistemi

• athom.tech EU style plug V3 akıllı prizindeki Tasmota ile mevcut ev sunucusundaki Prometheus ve Grafana birleştirilerek ev aletleri ile bilişim ekipmanlarının uzun vadeli güç tüketimi görselleştirildi
• Her priz için tasmota-power-exporter çalıştırılıyor ve Prometheus her 1 saniyede bir scrape ediyor; Grafana’da yoğun grafikler görebilmek için min step değerinin 1 saniye olarak ayarlanması gerekiyor
• Yaklaşık 4 aylık ölçüm sonucunda elektrikli su ısıtıcısı ortalama 4.51kWh/gün, ev ofisi masasındaki tüm düzenek ise ortalama 0.95kWh/gün tüketti; Zimaboard normal kullanımda yaklaşık 7W ile ISP modem/router’dan daha düşük kaldı
• Voltaj grafiğinde de tepe güç saatleri ve yüksek güçlü cihazların çalışması ortaya çıktı; su ısıtıcısı, kettle, elektrikli ocak ve mikrodalga açıldığında tüm prizlerin voltajı hafifçe düştü
• Uzun süreli ölçüm için faydalı olsa da bazı prizler istatistikleri zamanında göndermedi veya ağdan kayboldu ve güç döngüsüyle yeniden başlatma gerekti; elektrik tarifesine dayalı otomatik kontrol ise sonraki deney adayı olarak kaldı

---

Akıllı prizlerle uzun vadeli güç tüketimini görmek

• Amaç, ev sunucusu, router, workstation ve elektrikli su ısıtıcısı gibi ekipmanların enerji tüketimini uzun vadede görsel olarak izlemekti
• Daha önce kullanılan basit dijital wattmetre anlık ölçümleri görmek için yeterliydi, ancak cihazların uzun zaman boyunca enerjiyi nasıl kullandığını anlamakta yetersiz kalıyordu
• Kullanılan ürün, athom.tech’in EU style plug V3 varyantıydı ve AB gönderimi Noel dönemi dahil 9 gün sürdü
• Prizde Tasmota önceden kurulu geliyor ve kutudaki yönergeler izlenerek Wi‑Fi’a bağlandıktan sonra tarayıcı üzerinden yönetilebiliyor
• Firmware güncellemesi web GUI üzerinden birkaç tıklamayla en güncel sürüme yükseltilebiliyor

Prometheus ve Grafana toplama mimarisi

• Sayaç verileri, ev sunucusunda zaten çalışan bir Prometheus instance’ında toplandı
• Prometheus, farklı kaynaklardaki metrikleri düzenli olarak okuyup diske kaydeden, daha sonra da sorgulama ve işleme için kullanılan bir araç
• Sunucuda her priz için bir adet tasmota-power-exporter çalıştırılıyor
  • Prometheus her exporter’ı saniyede 1 kez scrape ediyor
  • Prizin metrikleri doğrudan dışa aktarması da mümkün, ancak Tasmota firmware’ini elle derleme yolu tercih edilmedi
• Görselleştirme için mevcut Grafana instance’ı yeniden kullanıldı
  • Grafikte en ayrıntılı veri noktalarını görmek için min step değerini 1 saniye yapmak gerekiyor

Yaklaşık 4 ay boyunca gözlemlenen güç tüketimi

• Elektrikli su ısıtıcısı

  • 30L elektrikli su ısıtıcısı, ölçülen cihazlar arasında en fazla enerji tüketen cihazdı
  • Bir iki hızlı duş ya da çok miktarda bulaşık için yeterli kapasitede bir cihaz baz alınıyor
  • Ölçüm değerleri şöyleydi
    • Tipik enerji tüketimi: 4.51kWh/gün
    • Gözlenen en düşük değer: 0.56kWh/gün, genelde evde kimsenin olmadığı zamanlarda
    • Gözlenen en yüksek değer: 11.1kWh/gün, çamaşır ve duş kullanımının fazla olduğu günlerde

• Ev sunucusu ve ağ ekipmanları

  • Ev sunucusu iş yükleri Zimaboard üzerinde çalıştırılıyor ve düşük güç tüketimi tercih nedenlerinden biriydi
  • Zimaboard’ın güç tüketimi şöyleydi
    • Boşta: yaklaşık 2W
    • Tüm servisler çalışırken normal kullanım: yaklaşık 7W
    • Maksimum güç tüketimi: yaklaşık 15W
  • ISP’nin verdiği modem/router kutusu, router modu ya da bridge modu fark etmeksizin sürekli 12~14W tüketerek Zimaboard’dan daha fazla enerji harcıyordu
  • Gecikmeye duyarlı iş yükleri eklendikçe bir noktada ev sunucusu yeniden ASRock Deskmini X300 sistemine geri taşındı
  • Deskmini’nin boşta güç tüketimi Zimaboard’a göre kötüydü ve 15~20W seviyesindeydi
  • Deskmini’nin CPU düşük güç durumlarını C3’ten daha aşağıda sunmadığı görülürken, Zimaboard C10’a kadar C-state gösteriyordu
  • UEFI ayarlarında ya da Linux kernel tarafında daha düşük C-state ortaya çıkarmanın bir yolu bulunamadı
  • Prometheus node exporter Grafana görünümüne sunucu güç tüketimi paneli eklenince, CPU etkinliğindeki artışın güç grafiğinde de net biçimde görüldüğü fark edildi

Voltaj değişimleri ve masa çevresindeki güç desenleri

• Voltaj değişimleri

  • Tasmota prizleri mevcut voltaj değerini de raporluyor
  • Voltaj grafiğinde mevsimsellik gibi görünen bir desen vardı ve genel tepe güç tüketim saatlerinde toplam voltaj düşüyordu
  • Bu tür bir şekil, Prometheus tabanlı anomali tespiti için deney adayı olabilir; GitLab’ın Prometheus ile anomali tespiti yazısına bakılabilir
  • Elektrikli su ısıtıcısı, kettle, elektrikli ocak ve mikrodalga gibi yüksek güç çeken cihazlar çalıştığında da voltaj düşüşü görülüyordu
  • Su ısıtıcısı tüm prizlerdeki voltajı hafifçe düşürüyordu
  • Elektrikli ocakta yemek pişirilirken açılma-kapanma döngüsü tüm prizlerin voltaj okumalarında da görünüyordu

• Ev ofisi workstation’ı

  • Bir priz, ev ofisi masasındaki monitör, USB-C dock, monitör lightbar’ı ve masa üstünde şarj edilen cihazları birlikte ölçüyordu
  • Güç tüketimi, evden çalışma saatlerine ya da birden fazla cihazın şarj edilip edilmemesine göre büyük ölçüde değişiyordu
  • Bilgisayar kullanımı sırasında tüm kurulumun tipik güç tüketimi 45~60W, tepe değer ise 90~110W civarındaydı
  • Ölçülen günlük kullanım değerleri şöyleydi
    • Tipik enerji tüketimi: 0.95kWh/gün
    • Gözlenen en düşük değer: 0.07kWh/gün
    • Gözlenen en yüksek değer: 1.52kWh/gün

• Şarj desenleri

  • Akıllı prizler, farklı cihazların şarj desenlerini gözlemlemek için de faydalıydı
  • Dizüstü bilgisayar ya da powerbank önce hızlı şarj oluyor, batarya doldukça hız düşüyor ve bir noktadan sonra tam doluma kadar damla şarj benzeri bir bölüm görülüyordu
  • Elektrikli bisiklet bataryası ise istisna olarak şarj sırasında güç tüketimini yavaş yavaş artırıyor, ardından şarjın sonunda daha hızlı düşüyordu
  • Elektrikli bisiklet, Turbo ön ayarıyla 60km menzil için 0.5kWh tüketti ve km başına maliyet yarım cent olarak hesaplandı

Kararlılık sorunları ve sonraki deney

• Akıllı prizlerin kararlılığı genel olarak fena değildi, ancak bazı prizlerin istatistikleri zamanında raporlamadığı durumlar sık yaşandı
  • Bunun nedeni Wi‑Fi erişim noktasıyla ilgili bir sorun olabilir
  • İki priz ağdan tamamen kayboldu ve geri dönmedi; birkaç kez tam güç kesip yeniden başlatmak gerekti
• Prizler, HTTP dahil çeşitli API’lerle cihazları açıp kapatabiliyor
• Gelecekte Home Assistant ya da basit bir script kullanarak güncel elektrik tarifesine göre belirli cihazları açıp kapatma denemesi yapılabilir
• İncelenen kapsamda Home Assistant için nordpool entegrasyonu bulundu
• Tüm kurulum, çeşitli bilişim ekipmanlarının güvenilir güç ölçümünü mümkün kılarak gelecekte kullanılan cihazların enerji verimliliğini tahmine gerek kalmadan değerlendirmeye yardımcı oluyor

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Zigbee devre kesici satın alıp evin tüm elektriği onun üzerinden geçecek şekilde bağladım; güç tüketimini gösteren bir e-mürekkep ekran da yaptım
  https://www.stavros.io/posts/making-the-timeframe/

  • Hollanda’da şebeke işletmecisinin kurduğu tüm akıllı sayaçların P1 standardını desteklemesi gerekiyor; böylece müşteriler anlık akım kullanımını, kümülatif elektrik tüketimini vb. standart bir arayüz üzerinden okuyabiliyor. Genelde gaz sayacı da buna bağlı oluyor
    Ucuz bir dongle takınca istatistikleri uygulamada görebiliyorsunuz; örneğin ben şunu kullanıyorum: https://www.homewizard.com/nl/shop/wi-fi-p1-meter/
    Bu sayaç yerel ağ API’si de sunuyor. SmartThings Hub için küçük bir sürücü yazdım; böylece SmartThings uygulamasında da istatistik ve grafikleri görebiliyorum, Zigbee/Z-Wave cihazları için de SmartThings hub’ını kullanıyorum: https://github.com/danieldk/homewizard-energy
  • Ekran için verilen AliExpress bağlantısı bozulmuş gibi. Sık olduğu üzere
    Doğal entegrasyon hedefi Home Assistant olur gibi. Earu kesicinin Zigbee2MQTT ile değerleri okuyup entity’leri ayarlaması dışında Home Assistant’ta doğrudan kullanılabilecek bir entegrasyonu hâlâ var mı bilmiyorum. Yine de sayacı otomasyon hub’ına bağlayıp, hub’ın sayaç ve diğer bilgilerden oluşan görüntüyü ekrana göndermesi iyi bir kalıp gibi görünüyor
  • Bu kişiyi eğlenceli bulduğum için seviyorum. IMGZ projesi için yıllık 12 dolarlık abonelik de aldım; bunun ince düşünülmüş bir reklam olduğunu sanmayın diye söylüyorum, hiçbir bağlantım yok
    https://imgz.org/
    BTC ile ödeme yaparken “open in wallet” düğmesinin düzeltilmesi gerekiyor. Bağlantı bozuk
    Onun dışında iyi çalışıyor. Örnek: https://imgz.org/iAB4tgaJ/
  • Hangi devre kesiciyi kullandığını merak ediyorum

• Birkaç yıl önce bu konuya takılıp pek bilinmeyen Rainforest Automation Eagle adlı bir cihaz satın aldım: https://www.rainforestautomation.com/rfa-z114-eagle-200-2/
  Elektrik şirketine kaydettirince akıllı sayacı okuyan basit bir Linux cihazı; XML API sağlıyor, ben de Prometheus’a köprüleyerek kullanıyorum: https://github.com/kklipsch/reagle
  Elektrik şirketi ComEd’in fiyat akışını da Prometheus’a köprüledim: https://github.com/kklipsch/comed_exporter
  Bu ikisi sayesinde tüm evin tüketimini ve fiyat bilgilerini Prometheus’ta, ayrıca Grafana’da oldukça iyi şekilde grafikleyebiliyorum

  • Saatlik tarifeleri elektrik ölçümleriyle nasıl birleştirdiğini paylaşabilir misin merak ediyorum

• Bir adım daha ileri gidip elektrik panosuna Emporia Vue 2 kurdum. 16 akım trafosu ve 3 fazlı ana hat da bağlı
  ESP32 tabanlı ve yalnızca yerel raporlama için flash’lanabilen harika bir ESPHome projesi var. Buna Home Assistant ve VictoriaMetrics’i ekleyince Grafana üzerinden evin genel işleyişini görebilir oldum. Sırada, bu verilerle küçük bir OpenDTU güneş enerjisi kurulumunu kontrol eden şebekeye vermeden güç kontrolü var. Gerçekten harika zamanlarda yaşıyoruz

  • VictoriaMetrics ve Grafana ikilisi harika. Yalnız Grafana metrik gezginindeki açıklamaları doldurmak için metrik açıklaması girebilsek iyi olurdu. Geleneksel olarak Prometheus metrik metaverisindeki help alanının yaptığı iş buydu
    VictoriaMetrics/Grafana, endüstriyel geçmiş veri depolama sistemimizin yerini alıyor; tabii o ürün en üst seviye değil. OSI PI muhtemelen daha iyi olurdu
  • Buna benzer başka açık kaynak donanım alternatifleri var mı merak ediyorum. Mümkünse Ethernet’li ve ESPHome olursa daha iyi olur
    Bulabildiğim klonlar “orijinal” donanımla neredeyse aynı fiyatta
    ATM90E32AS, JLCPCB’de kanal başına yaklaşık 1 dolar civarında; SMT montajını da yaptırınca epey ucuza üretilebilir gibi. Benim kullanımım için yaklaşık 60 devre gerekiyor
  • Asıl yazıyı yazanın Tasmota yüklediği athom.tech cihazı, aynı fiyata ESPHome önceden flash’lanmış sürüm olarak da sipariş edilebiliyor ve Home Assistant ile çalışıyor. 2500W tek priz yükünde yaklaşık 1 yıl kullandım, memnun kaldım
    Tüm ev yükü için, her ülkede kullanılan akıllı sayaç teknolojisiyle entegre olmayı öneririm
    Orta ölçekli yüklerde, örneğin tüketici panosundaki 32A devre kesici gibi durumlarda ise hâlâ güvenilir ve maliyet etkin bir çözüm bulamadım
  • Yaklaşık 6 yıl önce CURB Energy monitörü satın almıştım; buna açık kaynak firmware flash’lanıp flash’lanamayacağını bilen var mı merak ediyorum. Yalnızca bulut entegrasyonu var, Home Assistant’a bağlamak istiyorum
  • OpenDTU güneş enerjisi kurulumunun ne olduğunu biraz daha açıklayabilir misin merak ediyorum

• Panoya kurulabilen bir IoTaWatt cihazı kullandım. Devre bazında izleme için harika bir çözüm; InfluxDB ile doğrudan entegrasyonu olduğu için Grafana kullanılabiliyor.
  Priz bazında izleme de belirli bir devredeki belirli cihazları tespit etmek için güzel.
  Kısa kurulum videosu: https://www.youtube.com/watch?v=-tcbJCvuJG8

  • Kanalı yakın zamanda keşfettim, içerikleri iyi. Homelab videosunu herhalde 10 kez izlemişimdir.
    Eski bir binada 3 tatil amaçlı kiralık konaklama birimim var; bunlara akıllılaştırma ve izleme ekliyorum. Bunlardan biri de videolardan birini temel alan bir Raspberry Pi kiosk’u.
  • Bugün bir arkadaşım YouTube’da homelab turu bağlantısını DM’den gönderince kanalı öğrendim. İlgi alanlarımız epey benziyor.
    Ben de IOTAWATT kullanıyorum ve çok memnunum. Tek şikâyetim, aynı cihazda daha fazla kanalı, örneğin yaklaşık 30 kanalı kaydedebilmenin güzel olacağı.

• Tapo P110’dan güç kullanımı metriklerini çekip https://github.com/richardjennings/tapmon ile Grafana Cloud’a gönderiyorum. Ancak başkalarının da söylediği gibi akıllı prizlerde Wi-Fi kullanmanın pürüzlü tarafları var.

  • Katılıyorum. Birkaç duvar anahtarını Leviton Wi-Fi akıllı anahtarlarla değiştirdim; sanırım bir daha Wi-Fi’ye dönmem. Tam olarak güvenilir değiller.
    Meross akıllı prizler biraz daha iyi ama yine de ara sıra bağlantıları kopuyor. Güncellemelerden sonra biraz iyileşti.

• Grafana’yı IoT/SCADA kontrolü yönünde zorlamaya çalışıyorum. Veri kaynaklarını görselleştirmek için harika bir araç olmasının yanında, veri alıcılarını kontrol eden bir araç da olmasını istiyorum.
  Bu kullanım için Home Assistant önermek zorunda kalmak kişisel olarak pek hoşuma gitmiyor.
  Grafana Labs’te çalışıyorum.

  • Grafana sayısal giriş alanlarını ve düğmeleri desteklerse Wonderware InTouch gibi şeylerin yerini kolayca alabilir.
    Geleneksel SCADA sistemlerinde grafik özellikleri o kadar berbat ki, burası yeterince sarsılabilecek bir alan.
  • Bu gerçekten çok iyi olurdu. Termal vakum testlerinde Grafana panoları kullanıyoruz ve herkes sürekli basit SCADA özellikleri istiyor.
  • Burada bahsettiğiniz veri alıcısının fikre nasıl uygulandığını biraz daha açıklayabilir misiniz, merak ediyorum.

• Yarı şaka yarı ciddi, Grafana’nın kendi kullanımının izleme sayesinde elde edilen kazancı dengeleyip götürmediğini düşünüyorum. Makul görünen seviyeden çok daha fazla kaynağı düzenli olarak kullanan bir yazılım seçecek olsam bu Grafana olurdu.

  • Splunk’a veya Datadog’a dışa aktarırsanız makul görünen seviyeden çok daha fazla para yakabilirsiniz.
  • Basit çözüm, komşunun evinden uzatma kablosu çekip izleme ekipmanını onun elektriğiyle çalıştırmak.

• Ucuz bir ESP32’ye bağlamak için bir ışık sensörü aldım ve o ışık sensörünü elektrik sayacına yapıştırdım. Sayaç 1 kWh başına 1000 kez yanıp sönüyor, ben de bunu okuyorum.
  Verileri Google Sheets’e yüklüyorum; tablo da bunları grafiğe döküyor ve gayet iyi çalışıyor.
  Yaşlı bir akrabamın evine de PIR sensörü takılı bir ESP32 daha koydum; hareket verilerini başka bir Google Sheets sayfasına gönderip ne kadar hareket olduğunu bir ölçüde izliyorum.
  Google’ın bu hizmeti her an kapatmasını bekliyor musunuz derseniz, evet; ama şimdilik çalışıyor. ESP32’den JSON ile Google Sheets’e veri yazıp okuyabiliyorsunuz; sezgisel değil ama mümkün ve ücretsiz.

  • Basit yaklaşım hoşuma gitti. Eski sayaçta yalnızca dönen disk vardı; diskin kenarındaki siyah işareti algılayan bir sensörü Arduino’ya bağlamak için elimden geleni yapmıştım.
    Uzaktan izleme için bu değeri iobridge’e aktarabilen bir HTTP servisini çalıştıracak kadar belleği zar zor vardı.
  • Aynı işi yapan bir Frient Zigbee cihazı kullanıyorum ve verileri Home Assistant’a gönderiyorum.

• Buradaki yorumlarda Shelly monitörlerinden daha fazla bahsedilmemesine şaşırdım. Tüm ev, yani giriş hattı ve devre güç izlemesi için iyi; entegrasyonları da epey açık ve Home Assistant ile doğrudan entegre oluyor.
  Ev içinde “aptal” hazır devre kesiciler kullanıp ek monitörler takmak, işlevleri tek bir cihaza sıkı sıkıya bağlamaktan daha mantıklı görünüyor.

  • Yaklaşık bir düzine Shelly rölem var ve memnunum. Ama güç ölçümü tarafında harika bir çözüm değiller.
    3 fazlı klempler çok pahalı ve Emporia Vue’daki gibi 8 ya da 16 sensör takma seçeneği yok. Shelly’den bahsetmeye değer ama ayrıntılı güç ölçümü için değil.

• Otomasyon da yapılabilmesi gibi bir nokta var. Yakın zamanda yaptığım otomasyon, bebek için beyaz gürültü cihazı açıksa kapı zili sesini kısmak.

  • Prometheus veya Grafana’nın otomasyona nasıl yardımcı olduğunu biraz daha açıklayabilir misiniz? İkisinin de böyle bir özellik sunduğunu bilmiyordum.