Sj ¨alvst ¨andigt arbete i informationsteknologi 11 juni 2021
Interaktiv webbtj ¨anst f ¨or analys och visualisering av effektuttag f ¨or
hush ˚all i energigemenskaper
Olle Delborg Frederik Fritsch Elias Insulander David Wiberg
Civilingenj ¨orsprogrammet i informationsteknologi
Institutionen f ¨or informationsteknologi
Bes ¨oksadress:
ITC, Polacksbacken L ¨agerhyddsv ¨agen 2
Postadress:
Box 337 751 05 Uppsala
Hemsida:
https://www.it.uu.se
Abstract
Interaktiv webbtj ¨anst f ¨or analys och visualis- ering av effektuttag f ¨or hush ˚all i energigemen- skaper
Olle Delborg Frederik Fritsch Elias Insulander David Wiberg
The growing electricity use in Sweden contributes to an increased power output from the power grid, which can lead to a capacity shortage and this strain is expected to increase further until 2045. Historically, the Swedish power grids have managed to supply enough electricity to cover the population’s needs, but with a fast growing society, the cur- rent power grid is no longer sufficient. As the expansion of the electric- ity grid is a slow process, other solutions must be implemented.
A growing solution that several electricity distribution companies are starting to use is that customers are charged based on the power peaks they cause. The EU has also drawn attention to the importance of solv- ing this problem through new legislation concerning citizens organiz- ing in local energy communities to counteract these power peaks. The project aims to create an interactive web service where users can see the power peaks for their own household and for the energy community they are part of. The result is a web service where users can upload their measurement data for analysis and visualization. Furthermore, the service presents how several households can be connected to an energy community and how it can lead to more sustainable power consumption and lower the power peaks on the local power grid.
Extern handledare: Karolina Gahne, STUNS och Joachim Lindborg, Lindborg Systems AB Handledare: Mats Daniels, Anne Peters, Bj¨orn Victor och Tina Vrieler
Examinator: Bj¨orn Victor
Sammanfattning
Den v¨axande elanv¨andningen i Sverige bidrar till ett h¨ojt effektuttag fr˚an eln¨atet vilket kan leda till kapacitetsbrist och denna belastning f¨orv¨antas ¨oka ytterligare fram till 2045.
Historiskt sett har de svenska eln¨aten klarat av att leverera tillr¨ackligt med el f¨or att t¨acka befolkningens behov, men med ett snabbt v¨axande samh¨alle r¨acker inte nuvarande eln¨at till l¨angre. Eftersom utbyggnaden av eln¨atet inte sker tillr¨ackligt fort m˚aste andra l¨osningar implementeras.
En v¨axande l¨osning som flera eln¨atsbolag b¨orjar anv¨anda sig av ¨ar att kunderna debiteras utifr˚an effekttopparna de orsakar. ¨Aven EU har uppm¨arksammat betydelsen av att l¨osa detta problem genom ny lagstiftning ang˚aende att medborgare ska organisera sig i lokala energigemenskaper f¨or att motverka dessa effekttoppar. Projektet g˚ar ut p˚a att skapa en interaktiv webbtj¨anst d¨ar anv¨andare kan se effekttopparna f¨or sitt egna hush˚all och f¨or energigemenskapen de ¨ar en del av. Resultat av projektet ¨ar en webbtj¨anst d¨ar anv¨andare kan ladda upp sin m¨atdata f¨or analys och visualisering. Vidare presenterar tj¨ansten hur flera hush˚all kan kopplas samman till en energigemenskap och hur det kan leda till mer h˚allbara effektuttag samt s¨anka effekttopparna p˚a det lokala eln¨atet.
Inneh ˚all
1 Inledning 1
2 Bakgrund 2
2.1 Sveriges eln¨at . . . . 2
2.2 Kapacitetsbrist . . . . 3
2.3 Effekttariffer . . . . 5
2.4 Medborgarenergigemenskaper . . . . 5
2.5 Externa intressenter . . . . 6
3 Syfte, m˚al och motivation 7 3.1 Syfte . . . . 7
3.2 M˚al . . . . 7
3.3 Motivation . . . . 8
3.4 H˚allbarhetsaspekter . . . . 8
3.5 Etiska aspekter . . . . 10
4 Relaterat arbete 11 4.1 Relaterat arbete om energigemenskaper . . . . 11
4.2 Relaterat arbete om kapacitetsbrist . . . . 12
4.3 Relaterat arbete om effekttariffer . . . . 12
4.4 Relaterat arbete om energilagring . . . . 13
5 Metod 14 5.1 Efterforskning och data . . . . 14
5.2 Programmeringsspr˚ak och ramverk . . . . 14
5.3 Databashanterare . . . . 15
6 Systemstruktur 15 6.1 Struktur . . . . 16
6.2 Dataanalys och modeller . . . . 16
6.3 Databas . . . . 17
6.4 Gr¨anssnitt . . . . 17
6.5 Server . . . . 18
7 Krav och utv¨arderingsmetoder 18 8 Implementation av gr¨anssnitt 19 8.1 Navigeringsf¨alt . . . . 20
8.2 Startsidan . . . . 20
8.3 Snabbanalys . . . . 21
8.4 Hj¨alp och Om oss . . . . 22
8.5 Mina sidor . . . . 24
8.6 Inst¨allningar . . . . 27
8.7 Inloggning och registrering av konto . . . . 28
9 Implementation av anv¨andarhantering 30 9.1 Anv¨andare . . . . 30
9.2 Hush˚all . . . . 31
9.3 Energigemenskap . . . . 31
10 Implementation av dataanalys och datavisualisering 31
11 Utv¨arderingsresultat 33
11.1 Resultat fr˚an testgrupp . . . . 33
12 Resultat 34
13 Diskussion 34
13.1 Webbtj¨anstens anv¨andarv¨anlighet . . . . 35 13.2 Analys och visualisering av m¨atdata . . . . 35 13.3 H˚allbarhetsm˚alen . . . . 36
14 Slutsatser 36
15 Framtida arbete 37
A Formul¨ar f¨or anv¨andartester 44
1 Inledning
1 Inledning
Anv¨andningen av hemelektronik har ¨okat mycket i Sverige under 2000-talet [Sve20] och i en rapport fr˚an Svenskt n¨aringsliv [Fli19] ber¨aknas elanv¨andningen ha ¨okat med 60 %
˚ar 2045 j¨amf¨ort med 2019. Det svenska eln¨atet har historiskt sett t¨ackt behovet f¨or eldis- tribution i landet, men med t¨atare stadsk¨arnor och st¨orre befolkning r¨acker inte eln¨atet till [Vatb]. ¨Okningen har bidragit till en del problematik i det svenska samh¨allet i form av effekttoppar som leder till kapacitetsbrist i eln¨atet [E.O21]. En effekttopp uppst˚ar d˚a effektanv¨andning i ett eln¨at ¨ar som h¨ogst. Privatpersoner kan bidra till en effekttopp genom att f¨orbruka mycket energi under ett tidsintervall - exempelvis d˚a flera hush˚all anv¨ander m˚anga vitvaror samtidigt. Eln¨atet m˚aste sedan leverera effekt till hush˚allen kopplade till eln¨atet och n¨ar detta blir f¨or h¨ogt kan det uppst˚a en kapacitetsbrist, vilket leder till str¨omavbrott [Vata].
I dagsl¨aget l¨aggs mycket fokus p˚a hur privatpersonen kan minska sin egen elf¨orbrukning men betydligt mindre fokus p˚a den struktur som p˚averkar individens bruk. Ett alternativ f¨or att uppmuntra m¨anniskor att minska sina effekttoppar ¨ar genom s˚a kallade effektta- riffer. En effekttariff kan se olika ut f¨or olika eln¨atsbolag, men det som ¨ar gemensamt ¨ar att de debiterar kunder utifr˚an de h¨ogsta effektuttagen som kunder belastar eln¨atet med.
Ett annat s¨att att motverka kapacitetsbrist ¨ar genom s˚a kallade energigemenskaper, d¨ar flera hush˚all tillsammans bidrar till att s¨anka effekttoppar i lokal skala. Denna l¨osning blir allt mer vanligt f¨orekommande i l¨ander i Europa och i denna rapport anv¨ands mo- dellen f¨or energigemenskaper f¨or att unders¨oka dess p˚averkan p˚a effekttoppar.
F¨or att underl¨atta f¨or individen att se delvis sitt egna effektuttag p˚a eln¨atet men framf¨or allt se det lokala n¨atverkets totala effektuttag, har webbtj¨ansten Energigemenskaper ska- pats. Tj¨ansten ¨ar ett interaktivt webbverktyg som ger anv¨andare i en energigemenskap ett enkelt s¨att att l¨agga in sin specifika data ¨over energif¨orbrukning f¨or att se sitt effektuttag fr˚an eln¨atet tillsammans i energigemenskapen. Detta i syfte att g¨ora det l¨attare f¨or kun- der att p˚averka sin energif¨orbrukning. Tj¨ansten har ocks˚a som syfte att informera mer allm¨ant om Sveriges eln¨atsstruktur s˚av¨al som att presentera information om alternativa l¨osningar. Genom att ge anv¨andare en direkt metod att hitta information om Sveriges eln¨at och de alternativ som finns, kan Energigemenskaper leda till ett ifr˚agas¨attande av de metoder som anv¨ands f¨or motverka kapacitetsbristen och presentera en mer klimats- mart l¨osning.
Resultat av projektet ¨ar en webbtj¨anst d¨ar anv¨andare kan ladda upp sin m¨atdata f¨or ana- lys och visualisering. Vidare presenterar tj¨ansten hur flera hush˚all kan kopplas samman till en energigemenskap och hur det kan leda till mer h˚allbara effektuttag samt s¨anka effekttopparna p˚a det lokala eln¨atet. All data visualiseras i interaktiva grafer f¨or att ga- rantera en anv¨andarv¨anlig hemsida som ¨ar l¨att att anv¨anda och tolka. Hemsidan kan
2 Bakgrund
anv¨andas av de som ¨ar intresserade i hur en energigemenskap kan leda till ekonomiska och milj¨om¨assiga f¨ordelar samt de som redan ¨ar en del av en energigemenskap och vill se sin gemensamma data.
Redovisning av arbetsf ¨ordelning Utvecklingsarbetet har f¨ordelats j¨amnt i grup- pen.
Elias Insulander har framf¨or allt arbetat med anv¨andargr¨anssnittet och de modeller som finns f¨or hush˚all och energigemenskaper och hur dessa kopplas till varandra.
Olle Delborg har framf¨or allt arbetat med anv¨andarhantering, anv¨andargr¨anssnittet f¨or webbtj¨ansten och hur detta kommunicerar med back-end funktionalitet.
David Wiberg har framf¨or allt arbetat med back-end funktionaliteten, anv¨andarhantering, visualiseringen av data och anv¨andargr¨anssnittet p˚a startsidan.
Frederik Fritsch har framf¨or allt arbetat med uppladdning av data samt dataanalys och visualisering av data p˚a hemsidan. Frederik har ¨aven utvecklat anv¨andargr¨anssnittet och funktionaliteten p˚a sidan f¨or inst¨allningar.
Samtliga medlemmar i gruppen har haft stort fokus p˚a efterforskning i diverse ¨amnesomr˚aden som r¨or projektet. Alla gruppmedlemmar har varit mer eller mindre delaktiga i projek- tets och rapportens alla delar.
2 Bakgrund
Denna del av rapporten ber¨or Sveriges eln¨at och dess kapacitetbrist, hur effekttariffer anv¨ands f¨or att motverka denna och medborgarenergigemenskapers m¨ojligheter. Des- sa omr˚aden ¨ar grunden till skapandet av tj¨ansten Energigemenskaper. Avslutningsvis presenteras projektets externa intressenter.
2.1 Sveriges eln ¨at
Sveriges eln¨at best˚ar av tre olika omr˚aden, transmissionsn¨at, regionn¨at och lokaln¨at, som transporterar el ¨over hela Sverige. Transmissionsn¨atet f¨orvaltas och ¨ags av den svenska myndigheten Svenska kraftn¨at och str¨acker sig fr˚an norr till s¨oder och ¨ar 17 000 km l˚angt. Transmissionsn¨atet har en sp¨anning p˚a upp till 400 000 volt, detta f¨or att energif¨orlusterna ska bli s˚a l˚aga som m¨ojligt. Genom transformatorstationer s˚a f¨ordelar
2 Bakgrund
man ut den energin som transmissionsn¨aten f¨orflyttar ut p˚a regionn¨aten. En karta ¨over Sveriges transmissionsn¨at syns i figur 1.
Regionn¨aten f¨orvaltas och ¨ags av eln¨atsf¨oretag i ett styrt monopol och har en sp¨anning p˚a upp till 130 000 volt. Regionn¨aten kan vara anslutna till st¨orre elkonsumenter men fungerar i de flesta fallen som en transport mellan transmissionsn¨atet och lokaln¨atet.
Lokaln¨aten f¨orvaltas och ¨ags p˚a samma s¨att som regionn¨aten. Lokaln¨aten ¨ar de n¨at som
¨ar ansluten till majoriteten av alla elkonsumenter. Lokaln¨aten ¨ar geografiskt avgr¨ansade med en sp¨anning p˚a 40 000 volt ner till 230 volt. Hush˚allskunder samt f¨oretag ¨ar anslut- na till lokaln¨atet med 230 volt som de f˚ar ut i sitt eluttag. Hush˚allskunder som produce- rar egen el och i vissa fall f˚ar ett ¨overskott ¨ar ¨aven anslutna och s¨alja ¨overskottet ut p˚a lokaln¨atet och kallas d˚a mikroproducenter.
2.2 Kapacitetsbrist
Ett stort problem i dagens eln¨at ¨ar att belastningen p˚a transmissionsn¨atet och lokaln¨aten
¨okar snabbare ¨an utbyggnaden av ledningarna [Vat20]. Det finns m˚anga flaskhalsar som kan g¨ora det sv˚art f¨or konsumenter att f˚a tillg˚ang till ett eln¨at som t¨acker deras uttag [E.O21]. Detta ¨ar fr¨amst ett problem i snabbt v¨axande omr˚aden och st¨orre st¨ader. Ut¨over detta varierar ocks˚a belastningen p˚a eln¨atet ¨over dag och tid. Exempelvis ¨ar det betydligt h¨ogre belastning under dagen p˚a vintern ¨an under natten p˚a sommaren. Detta ¨ar ett resultat av att m˚anga anv¨ander sina elektriska hush˚allsprodukter dagtid och det finns en grundf¨orbrukning f¨or uppv¨arming av lokaler som ¨ar h¨ogre under vinterm˚anaderna.
Med andra ord ¨ar m˚anga ledningar f¨or svaga f¨or att kunna leverera den m¨angden effekt som konsumenterna i Sverige vill anv¨anda sig av. Detta kallas kapacitetsbrist och ¨ar ett problem som projektet befattar sig med.
F¨or att bek¨ampa problemet med kapacitetsbristen har f¨oretag redan tagit fram en del l¨osningar. Den vanligaste l¨osningen ¨ar helt enkelt att bygga ut eln¨atet f¨or att kunna han- tera de allt h¨ogre effekttopparna. Denna utbyggnad leder ofta till h¨ogre eln¨atskostnader hos kunden eftersom det leder till h¨ogre kostnader hos f¨oretagen och det tar tid att ge- nomf¨ora. Tyv¨arr inneb¨ar detta f¨or kunden att de betalar f¨or ett eln¨at med h¨ogre kapacitet som under m˚anga timmar ej utnyttjas f¨or fullt. En annan l¨osning inkluderar att ta in externa parter f¨or att tillhandah˚alla el och v¨arme n¨ar belastningen ¨ar stor eller att helt enkelt g¨ora avtal med stora f¨orbrukare om n¨ar de ska anv¨anda sina tj¨anster [Gra20].
2 Bakgrund
Figur 1 Sveriges transmissonsn¨at [Sve21]. Som synes i bilden ¨ar Sverige del av ett 4
2 Bakgrund
2.3 Effekttariffer
Den l¨osning detta projekt befattar sig med ¨ar en nyare l¨osning som baseras p˚a inf¨orandet av effekttariffer. Tidigare har kunden betalat en fast n¨atavgift beroende p˚a vem som ¨ager ledningarna och hur stor huvuds¨akringen ¨ar, oavsett hur mycket belastning kunden or- sakar. Effekttariffen ¨ar en tariff (eller ett abonnemang) som utg˚ar fr˚an hur h¨oga effekt- toppar kunden har ist¨allet. Tariffen ¨okar n¨ar belastningen p˚a eln¨atet ¨ar h¨og och minskar n¨ar belastningen ¨ar l˚ag. Om kunden ¨ar bra p˚a att ha ett j¨amnt effektuttag under dygnet leder det till en l¨agre tariff ¨an om effektuttaget ¨ar v¨aldigt h¨ogt under korta perioder. Den- na tariff ¨andrar inte direkt n˚agonting i eln¨atet men eln¨atsbolagen har f¨orhoppningar om att det kommer leda till ett mer energismart beteende fr˚an kundens sida [Gra20]. Om kunderna ¨ar mer medvetna om sitt effektuttag beh¨over eln¨atsbolagen kanske inte g¨ora en utbyggnad som f¨orblir oanv¨and under m˚anga timmar p˚a dygnet. I figur 2 syns ett ex- empel fr˚an Kristinehamns Energi [Kri21] p˚a hur en kund kan ¨andra sin effekt p˚a eln¨atet och d¨armed f˚a en l¨agre effekttariff. H¨ar visas effekt p˚a y-axeln och trots att m¨angden konsumerad energi ¨ar den samma blir debiteringen h¨ogre f¨or hush˚allet i den v¨anstra grafen d˚a de har ett h¨ogre effektuttag under en kortare tidsintervall.
N˚agra mindre f¨oretag har redan implementerat denna tariff, exempelvis Linde Energi [Lin21b], Bj¨arke Energi [Bje21] och Kristinehamns Energi. Det finns med andra ord redan implementationer av denna l¨osning, men det saknas fortfarande tj¨anster som g¨or det m¨ojligt f¨or kunden att se och analysera sitt effektuttag. Att skapa denna tj¨anst ¨ar ett av m˚alen med detta projekt.
2.4 Medborgarenergigemenskaper
I en handbok skriven f¨or projektet Co2mmunity beskrivs medborgarenergigemenskaper (MEG) eller Community Energy (CE) som det heter p˚a engelska som “anl¨aggningar som ¨ags och drivs gemensamt av medlemmar i olika typer av f¨oreningar och kooperativ i komplement till energibolag och andra st¨orre akt¨orer” [Pie17, sid 1]. I handboken ges exempel p˚a MEG som allt fr˚an vindkraftskooperativ till bostadsr¨attsf¨oreningar som v¨aljer att placera solcellspaneler p˚a taket.
I en studie som st¨ods av Europeiska Unionen beskrivs 24 olika konstellationer av ener- gisamfund runt om i Europa under namnet Energy Communities (som ¨ar ytterligare en term p˚a konceptet MEG). I dessa konstellationer tar f¨orfattarna upp Energy Communi- ties som bl.a. genererar, producerar och renoverar byggnader - allt f¨or att anpassas till kollektivets elf¨ors¨orjning.
MEG ¨ar allts˚a en paraplyterm som omfattar flera samfund som skiljer sig fr˚an fall till
2 Bakgrund
Figur 2 Ett exempel p˚a hur en effekttariff anv¨ands f¨or debitering f¨or Kristinehamn ener- gi. B˚ada diagrammen i bilden visar att samma m¨angd energi anv¨ands, men eftersom fal- let i det v¨anstra diagrammet f¨orbrukar denna energi under en kortare period bidrar detta till h¨ogre effektuttag. Den timme (eller timmar) med h¨ogst effektuttag under en m˚anad anv¨ands f¨or att ber¨akna den r¨orliga kostnaden av abonnemanget. [Kri21]
fall, vad de har gemensamt ¨ar dock syftet att ge medborgare en st¨orre p˚averkan ¨over sin elf¨orbrukning i medborgarenergigemenskapen. Enligt svensk lag ¨ar en medborgare- nergigemenskap “en ekonomisk f¨orening som har till ¨andam˚al att ge sina medlemmar milj¨om¨assiga, ekonomiska eller sociala samh¨allsf¨ordelar” [RGJ+20] (s.6). Detta inneb¨ar att f¨oreningen m˚aste ha en styrelse med en revisor och minst tre medlemmar [Bol20], och kan j¨amf¨oras med en bostadsr¨attsf¨orening som ocks˚a ¨ar en ekonomisk f¨orening.
I denna rapport behandlas webbtj¨ansten Energigemenskaper som mycket v¨al skulle kun- na ben¨amnas ett verktyg som l˚ater anv¨andare skapa en virtuell MEG, men eftersom detta
¨ar en bred paraplyterm som kan omfatta minst ett tiotal olika konstellationer ben¨amns den produkt som anv¨andare skapar f¨or en Energigemenskap. Denna term ¨ar visserli- gen ¨annu mer ¨overgripande men med det ¨aven mindre specificerad vilket kan undvika f¨orvirring.
2.5 Externa intressenter
Projektets har tv˚a huvudsyftliga extern intressenter: Joachim Lindborg, Lindborg Systems AB (LSYS)[Lin21a] och STUNS (Stiftelsen f¨or samverkan mellan universiteten i Upp- sala, n¨aringsliv och samh¨alle)[Sti21]. Projektet har utvecklats i samband med ett initiativ
3 Syfte, m˚al och motivation
av Sandviken Eln¨at. LSYS arbetar med innovativa IT-l¨osningar inom energieffektivise- ring genom samarbeten med olika akt¨orer. Tillsammans med STUNS, vars ambition ¨ar att s¨atta Uppsala region i framkanten i arbetet mot bland annat Agenda 2030, har LSYS tagit fram projektid´en.
3 Syfte, m ˚al och motivation
I detta avsnitt presenteras projektets syfte, m˚al och motivation. H¨ar presenteras ¨aven h˚allbarhetsaspekter samt etiska faktorer f¨or projektet.
3.1 Syfte
Detta arbete har som syfte att ge medborgare i mellansverige en m¨ojlighet att skapa och se hur en energigemenskap kan se ut i deras lokala samh¨alle. Projektet vill ocks˚a med den information anv¨andaren anger om till exempel antal hush˚all och solceller, vi- sualisera den effekt som de tillsammans har p˚a eln¨atet. Syftet ¨ar med andra ord inte att f¨or¨andra den totala elkonsumtionen eller elf¨orbrukningen, utan att identifiera effekt- toppar i en energigemenskap och visualisera samt presentera ett f¨orslag p˚a hur dessa kan undvikas. Detta f¨or att motverka den allt mer stigande kapacitetsbristen som dagens eln¨at i Sverige st˚ar inf¨or.
Den information som anv¨andare anger d˚a de skapar ett hush˚all och en virtuell energi- gemenskap med webbtj¨ansten kan baseras p˚a anv¨andarens situation i dagsl¨aget, men
¨aven hur det skulle kunna se ut om de g˚ar med i en energigemenskap i framtiden. Det finns en risk att inf¨orandet av en energigemenskap inte kommer visa sig vara s¨arskilt nyttjande som gemenskapen ser ut i dagsl¨aget, men vad h¨ander med effektuttaget n¨ar medborgarna s¨atter in solcellspaneler p˚a taken? Kan anv¨andare anpassa sitt beteende ef- ter en effekttariff? Den tj¨anst som skapats i detta arbete ¨ar ¨amnad att ge medborgare en chans att se hur en energigemenskap kan se ut i deras grannomr˚ade och hur medborgares handlingar p˚averkar den totala effektf¨orbrukningen samt att visa hur deras handlingar kan p˚averka en effekttariff.
3.2 M ˚al
M˚alet med webbtj¨ansten ¨ar att p˚a ett enkelt s¨att visualisera och analysera hur en energi- gemenskap med hush˚all anslutna till samma eln¨at kan fungera. Detta genom att anv¨andare
3 Syfte, m˚al och motivation
kan ansluta och koppla samman tillvarandra och se hur de tillsammans p˚averkar eln¨atet.
Det ¨ar resultatet av deras gemensamma effektanv¨andning som ¨ar det intressanta samt att visa p˚a att om de samarbetar s˚a kommer det vara m¨ojligt att minska effekttopparna som de har p˚a eln¨atet.
3.3 Motivation
Att det ska finnas lagligt st¨od f¨or att bilda energigemenskaper ¨ar ett direktiv fr˚an EU till deras medlemsl¨ander [CU20]. Syftet med direktivet ¨ar att ge medborgare st¨orre valm¨ojlighet ¨over var deras energi kommer fr˚an. Detta i f¨orhoppningen att fler klimats- marta val kan g¨oras. Samtidigt kan medborgarnas kostnader minska n¨ar de sj¨alva f˚ar best¨amma.
Sverige har inte samma problem med h¨oga elavgifter som m˚anga l¨ander i Europa har.
Andra halvan 2019 l˚ag Sverige precis under snittet f¨or medlemsl¨anderna i EU, vilket syns i Figur 3 [Eur19]. Som syns i Figur 4 har Sverige inte heller ett stort problem av anv¨andning av fossila br¨anslen, en ¨overtygande majoritet av elen producerad 2020 var fr˚an k¨arnkraft, vattenkraft och vindkraft [Sta20].
Incitamentet f¨or att skapa energigemenskaper i Sverige ¨ar i st¨allet att motverka kapaci- tetsbristen genom att minska effekttoppar. Genom att samarbeta inom en energigemen- skap kan effekten f¨or gemenskapen minska och d¨armed effekten ut till eln¨atet. ¨Aven om klimatt¨anket inte ¨ar i fokus med en synvinkel att s¨anka effekttoppar ¨ar det en f¨ordel om gemenskapen kan anv¨anda sig av egenproducerad energi. Detta eftersom egenpro- ducerad energi producerats lokalt och inte belastar eln¨atet. Med effekttariffer kan ¨aven kostnader minska, ¨aven om elprisets kostnader inte ¨ar ett stort problem i Sverige.
3.4 H ˚allbarhetsaspekter
Det ¨ar idag en prioritet f¨or m˚anga l¨ander att bidra till ¨okningen av f¨ornybar energi, vilket har konkretiserats i FN:s globala m˚al [Sve19]. I Figur 4 [Sta20] syns f¨ordelningen av hur mycket energi olika energik¨allor producerar i Sverige. De globala m˚alen ¨ar ett samarbete utformat av FN mellan v¨arldens stats- och regeringschefer att med 17 m˚al och delm˚al f¨orb¨attra v¨arlden ur ett h˚allbarhetsperspektiv. M˚alen ses i sin tur ¨over av FN:s utvecklingsprogram (UNDP) som str¨avar efter att de ¨ar uppfyllda fram tills 2030 [Uni20]. Vi anser att det ¨ar av stor vikt att dessa m˚al uppfylls och d¨arf¨or har projektet utvecklats i samband med riktningen av Agenda 2030.
Projektet ¨amnar framf¨or allt att bidra till ¨okad kunskap om Sveriges eln¨at och alter-
3 Syfte, m˚al och motivation
ELPRISER
DATA FRÅN: EUROSTAT
EU
Sverige
Danmark
Bulgarien 0.3
0.2
0.1
0
(inkl. skatter) för hushållskonsumenter, andra halvåret 2019
0.216 0.2076
0.2924
0.0958
Figur 3 Elpriser (euro per kWh) i Sverige j¨amf¨ort med snittet av medl¨amsl¨ander i Eu- ropa. Ocks˚a medr¨aknat ¨ar det EU land med h¨ogst pris inkluderat skatt och avgifter (Danmark) och l¨agst (Bulgarien)[Eur19]
3 Syfte, m˚al och motivation
Figur 4 Energiproduktion i Sverige 2020[Sta20]
nativ till det nuvarande systemet. Detta ¨ar n˚agot som det tolfte globala m˚alet, “ ¨Oka allm¨anhetens kunskap om h˚allbara livsstilar” [Uni21a], ber¨or i allra h¨ogsta grad.
En annan viktig aspekt f¨or projektet ¨ar h˚allbara energik¨allor. I en medborgarenergige- menskap finns goda m¨ojligheter f¨or att utnyttja s˚adana energik¨allor i form av exempelvis solceller. Alla i gemenskapen f˚ar tillg˚ang till den producerade energin vilket g˚ar i linje med det sjunde globala m˚alet, “H˚allbar energi f¨or alla” [Uni21b].
3.5 Etiska aspekter
Webbtj¨ansten kr¨aver att anv¨andaren fyller i uppgifter om sin elf¨orbrukning som kan h¨amtas fr˚an sitt eln¨atsbolag [Kon20]. Vi kan inte garantera att datan ¨ar anonymiserad vil- ket g¨or att vi m˚aste tydligg¨ora f¨or anv¨andaren vilken anv¨andarinformation som sparas.
Vi sparar (i nul¨aget) endast information om e-postadress, l¨osenord och elf¨orbrukning f¨or hush˚all. Eftersom modellerna inte kr¨aver n˚agon annan personlig information han- terar vi ingen data ut¨over det som n¨amns ovan. Hanteringen av personlig data f¨oljer dataskyddsf¨orordningen [Int16]. Anv¨andare identifierar sig med en e-postadress och ett krypterat l¨osenord och kan n¨ar som helst f˚a tillg˚ang till sin elf¨orbrukning i webbtj¨ansten.
Anv¨andare kan ocks˚a rensa sin information.
Det ¨ar helt frivilligt att skapa och g˚a med i en energigemenskap i webbtj¨ansten. Om anv¨andarens grannar eller bostadsf¨orening skapar en energigemenskap har anv¨andaren valet att g˚a med eller inte. Det ¨ar allts˚a ett personligt beslut. F¨or att anv¨anda webb-
4 Relaterat arbete
tj¨ansten kr¨avs dock m¨atdata ¨over ett hush˚alls elf¨orbrukning, vilket inte alla kan f˚a tillg˚ang till om man till exempel bor i hyresr¨att. Dessa anv¨andare blir tyv¨arr oavsikt- ligt uteslutna fr˚an att anv¨anda tj¨ansten.
Webbtj¨ansten visualiserar energigemenskapens totala effektf¨orbrukning och ger f¨orslag f¨or att minimera de effekttoppar gemenskapen har p˚a eln¨atet. F¨or att en energigemenska- pen ska kunna reducera dessa toppar kan investeringar vara n¨odv¨andiga som exempelvis gemensamma batterier och solceller. Eventuellt har inte alla anv¨andare i energigemen- skapen de finansiella m¨ojligheterna att delta i en s˚adan investering, om energigemen- skapen skulle f˚a en verklig implementation. Resultatet blir att webbtj¨ansten som i grund och botten har i avsikt att inkludera samtliga personer f˚ar en bieffekt som inte alls var t¨ankt. H¨ar uppst˚ar ett problem med att de med s¨amre finansiella m¨ojligheter inte l¨angre kan vara med i energigemenskapen. De kan fortsatt vara med i webbtj¨ansten som den
¨ar designad men i den verkliga implementationen kan det h¨ar vara ett problem som ¨ar sv˚arare att l¨osa.
4 Relaterat arbete
I denna del av rapporten tas relaterade arbeten upp inom energigemenskaper, kapaci- tetsbrist, effekttariffer och energilagring.
4.1 Relaterat arbete om energigemenskaper
Ett grundl¨aggande syfte med projektet ¨ar att upplysa och informera allm¨anheten om da- gens situation kring eln¨at och eln¨atsabonnemang, ett problem som i andra l¨ander har b¨orjat l¨osas med hj¨alp av MEG:s. Initiativet att skapa medvetenhet och ¨aven imple- mentera medborgarenergigemenskaper kommer bl.a. fr˚an EU som menar att dessa le- der till medborgardrivna val av f¨ornybara energik¨allor [Eur20]. Liknande l¨osningar till MEG anv¨ands redan i viss m˚an i l¨ander som Slovenien [JA19], Tyskland [KKF+16] och Nederl¨anderna. I rapporten [JA19] om Slovenies f¨orsta MEG i staden Luˇces kommer f¨orfattarna fram till flera f¨ordelar, bland annat k¨anner sig Luˇces lokalbefolkning mer delaktiga i att l¨osa lokala energirelaterade problem. ¨Aven eln¨atsakt¨orer gynnades, ef- tersom b˚ade produktionen och konsumtionen kunde bli mer flexibel och hanteringen av eln¨atsproblem kunde bli mer kostnadseffektiv. Milj¨op˚averkan kunde dessutom minska eftersom energik¨allorna i omr˚adet best˚ar av solkraft, vindkraft, vattenkraft och biomas- sa. Enligt f¨orfattarna har medborgare i en medborgarenergigemenskap ¨okad medveten- het om var deras energi kommer ifr˚an och hur den anv¨ands, vilket ¨ar syftet enligt deras rapport. Syftet med webbsidan Energigemenskaper ¨ar i samma riktning fast med fokus
4 Relaterat arbete
p˚a effektuttag.
4.2 Relaterat arbete om kapacitetsbrist
I detta projekt f¨oresl˚as en l¨osning att motverka kapacitetsbrist i form av en webbsida som ger anv¨andare i en energigemenskap en b¨attre uppfattning av deras effektf¨orbrukning.
F¨ordelen med detta ¨ar att det inte beh¨over byggas nya strukturer f¨or att detta ska fun- gera, ¨aven om utveckling av smarta el-adaptrar och realtids elm¨atning beh¨over fr¨amjas.
Projektet Coordinet [Coo] ¨ar en satsning f¨or att skapa smartare, s¨akrare och mer h˚allbara eln¨at och ¨ar backat av EU. I Sverige arbetar Uppsala Kommun, Vattenfall Energi, och Gotland Energi [Vatc] med Coordinet-projektet f¨or att minska kapacitetsbristen i Sveri- ge. I Uppsala ¨ar kapacitetsbristen ett problem p˚a grund av folkt¨atheten i f¨orh˚allande till eln¨atets kapacitet. L¨osningen som Uppsala Kommun har tagit fram tillsammans med Vattenfall energi ¨ar att bygga en energireserv (som kan liknas vid ett batteri) ”[...]
stort som en halv fotbollsplan och med kapacitet att driva all gatubelysning i [Uppsala]
kommunen”[Kom20]. Projektet p˚ag˚ar under 2021 och hur resultatet av denna l¨osning kommer urartas ¨ar d¨arf¨or sv˚art att diskutera. Vad som kan diskuteras ¨ar de potentiella f¨ordelarna och nackdelarna. Det positiva med en s˚adan h¨ar typ av l¨osning ¨ar att med- borgare i en befolkning inte beh¨over ¨andra sitt beteende, de kan f¨orbruka lika mycket energi samtidigt som effekttopparna minskas. D˚a projektet backas av EU minskar dess- utom risken med f¨orh¨ojda kostnader f¨or medborgare i Uppsala Kommun. Nackdelar vi ser med denna typ av projekt ¨ar risken f¨or negativ klimatp˚averkan d˚a skog huggs ner och d˚a infrastruktur byggs ut f¨or att koppla batterierna till eln¨atet. Dessutom kan argumentet att m¨anniskors beteende inte f¨or¨andas v¨andas p˚a - f¨or att n˚a h˚allbarhetsm˚alen i Agen- da 2030 ¨ar det kanske n¨odv¨andigt med en beteendef¨or¨andring. Hur skalbar l¨osningen
¨ar kommer ocks˚a vara av intresse d˚a projektet ¨ar avklarat,om det kommer att vara en klimatsmart l¨osning som g˚ar att finansiera i hela landet ˚aterst˚ar att se.
4.3 Relaterat arbete om effekttariffer
I en artikel [W+16] beskriver f¨orfattarna n˚agra incitament f¨or effektivt utnyttjande av eln¨atet. En av dessa incitament ¨ar att minska genomsnittlig belastning. F¨orfattarna me- nar att incitamentet m˚aste riktas mot eln¨atsbolagens kunder och att dagens tariffer inte tar h¨ansyn till eln¨atets behov och kapacitet. En l¨osning som beskrivs i artikeln ¨ar att implementera nya tariffer som kan stimulera kunder att j¨amna ut sin elkonsumtion ¨over tid.
I en studie [KBP+15] kom man fram till att flexibla tariffer som time-of-use-tariffer ¨ar
4 Relaterat arbete
ett bra tillv¨agag˚angss¨att f¨or att stimulera kunder att hantera sin belastning av eln¨atet.
Time-of-use-tariff ¨ar ett annat ord f¨or effekttariff - allts˚a d¨ar anv¨andare debiteras bero- ende p˚a n¨ar p˚a dygnet de konsumerar energi. I studien g¨ors en fallstudie som testar det svenska systemet f¨or effekttariffer och slutsatserna som dras ¨ar att denna tarifftyp bidrar till en nedskalning av effekttoppar s˚av¨al som en minskning i pris f¨or b˚ade konsumenter och de f¨oretag som har hand om eln¨atet och dess kostnader.
4.4 Relaterat arbete om energilagring
F¨or att motverka kapacitetsbristen och effekttoppar ¨ar en l¨osning att sprida ut medbor- gares effektuttag ¨over tid. Det hade allts˚a varit en effektiv l¨osning om alla medbor- gare spred ut sin energif¨orbrukning ¨over dygnets 24 timmar; effektivt men l˚angt fr˚an optimalt. Det ¨ar exempelvis inte realistiskt att ha en samma energif¨orbrukning under nattetid som under dagtid. En mer praktiskt l¨osning ¨ar att l˚ata anv¨andare producera sin egen el, genom exempelvis solceller, vindkraft eller annan energigenerarande en- het. N¨ar medborgare producerar egen energi belastar de inte eln¨atet, i det fall att de ¨ar helt sj¨alvf¨ors¨orjande. Det ¨ar dessv¨arre kostsamt att vara helt sj¨alvf¨ors¨orjande, solceller kostar normalt 16 000 kr per kW f¨or solcellsanl¨aggning med en 9 kW panel [BB20].
F¨or att f¨ors¨orja ett helt hush˚all med s˚adana skulle det kr¨avas mer anl¨aggningsarea ¨an vad de flesta hus har. Rimligare blir det att anv¨anda den externa energik¨allan d˚a ef- fektuttaget ¨ar som st¨orst. F¨or att s¨anka effekttoppar p˚a detta vis kr¨avs det att det finns energi tillg¨anglig, allts˚a lagrad i ett batteri och funktionaliteten att i realtid m¨ata ener- gif¨orbrukning f¨or att h¨amta batteriets lagrade energi n¨ar effekttoppar intr¨affar.
I en studie fr˚an 2018 unders¨oktes hur olika typer av batterier p˚averkar energikonsum- tion, sj¨alvf¨ors¨orjning och effekttoppar f¨or ett hush˚all som anv¨ander en extern energik¨alla i form av solceller [OPMA18]. I rapporten ligger fokus p˚a att en lagringsk¨alla f¨or egen energi ¨ar v¨asentlig f¨or att kunna reducera effekttoppar, men att bed¨oma hur stort ett batteri beh¨over vara kommer variera mellan hush˚all. Att batterier gynnar minskning- en av effekttoppar blir ¨annu tydligare i examensarbetet Energilagring i hush˚all och n¨atstation [Eri16], av Dennis Eriksson. D¨ar unders¨oks hur hush˚all och n¨atstationers ef- fektkurvor p˚averkas av installation av energilagring och solpaneler. Unders¨okningens resultat gav slutsatsen att effekttoppar f¨or b˚ade hush˚all och n¨atstation kan minskas med hela energilagrets effekt.
5 Metod
5 Metod
I detta avsnitt presenterar vi de metoder som valdes och varf¨or de ¨ar att f¨oredra ¨over andra. Ut¨over det g˚ar vi igenom den data som anv¨ands, hur vi fick tillg˚ang till den och varf¨or vi valde den.
5.1 Efterforskning och data
I b¨orjan av projektet kr¨avdes det djupare efterforskning p˚a ¨amnet och insamling av m¨atdata fr˚an hush˚all. Vi anv¨ande delvis egen data fr˚an v˚ara eln¨atsbolag men fick ¨aven tillg˚ang till h¨oguppl¨ost m¨atdata via v˚ar externa intressent. Den h¨oguppl¨osta m¨atdatan inneh˚aller anonymiserad information om elf¨orbrukning fr˚an 35 hush˚all i mellansve- rige. Mer specifikt ing˚ar utetemperatur, elm¨atarst¨allning, f¨orbrukning i kilowatt samt f¨orbrukning i kilowattimmar. Datan ¨ar inh¨amtad p˚a en femm˚anaders period med ett in- tervall p˚a en minut mellan m¨atpunkterna. Eftersom denna data ¨ar s˚a h¨oguppl¨ost och in- neh˚aller mer information ¨an vad den vanliga anv¨andaren kan f˚a tillg˚ang till kommer den- na data fr¨amst anv¨andas i ett senare skede. Grundutkastet av de matematiska modellerna som webbtj¨ansten anv¨ander sig av kommer ist¨allet skapas med hj¨alp av timdata som vi sj¨alva har laddat ner fr˚an eln¨atsbolagen. Timdatan inneh˚aller endast elf¨orbrukning och tidpunkten d˚a m¨atningen skedde. Detta f¨or att skapa en webbtj¨anst som flera anv¨andare kan utnyttja direkt, d˚a inte alla har tillg˚ang till h¨oguppl¨ost m¨atdata. Ist¨allet anv¨ands den h¨oguppl¨osta m¨atdatan f¨or att f¨orfina modellerna n¨ar de ¨ar klara och f¨or utvecklingen av realtidsanalys.
5.2 Programmeringsspr ˚ak och ramverk
Programmeringsspr˚aket Python valdes f¨or utveckling av webbsidan Energigemenska- per fr˚an start. Python ¨ar ett s˚a kallat general purpose programmeringsspr˚ak med m˚anga v¨aldokumenterade bibliotek och n¨ar det kommer till dataprocessering har gruppen er- farenhet av biblioteket Pandas [PyD]. Dessutom finns det en del v¨alskrivna bibliotek f¨or olika typer av mattematiska ber¨akningar som gruppen har erfarenhet av, exempelvis Numpy [Num]. Alla ber¨akningar och modelleringar kan n¨astan uteslutande l¨osas med hj¨alp av dessa bibliotek och ¨ar en stark anledning f¨or valet av Python.
F¨or att programmera en hemsida i Python finns det m¨angder av ramverk som kan anv¨andas, men erfarenhet saknades fr˚an gruppen. Ramverk som finns att v¨alja mellan
¨ar Django, Flask [Pal] och CherryPy [Che] f¨or att n¨amna ett f˚atal. Popul¨arast av dessa tre ¨ar Django [Ste], vilket delvis valdes av den anledningen. Eftersom det ¨ar s˚a popul¨art
6 Systemstruktur
finns det mycket dokumentation och exempel gruppen kan anv¨anda sig av under utveck- lingen vilket minskar risken att fastna p˚a tekniska problem. Ut¨over det ¨ar Django ett s˚a kallat full-stack ramverk, det vill s¨aga allt fr˚an backend och databas till frontend och gr¨anssnitt ¨ar konfigurerade att fungera tillsammans utan problem. B˚ade Flask och Cher- ryPy ¨ar s˚a kallade lightweight ramverk och har inte samma m¨angd konfigurationer som
¨ar inbyggda i Django. F¨orhoppningsvis leder detta val till att gruppen kan l¨agga mer fo- kus p˚a att utveckla webbtj¨ansten och mindre fokus p˚a att genomf¨ora installationer och implementera n¨odv¨andiga bibliotek som redan ¨ar f¨ardigt implementerade i Django.
Webbtj¨anstens anv¨andargr¨anssnitt ¨ar skrivet i HTML och ¨ar formaterat med hj¨alp av CSS (Cascading Style Sheets) och Javascript. F¨or att visualisera m¨atdata i grafer anv¨ands Javascript-paketet Chart.js [Cha].
5.3 Databashanterare
Webbtj¨ansten hanterar relevant information kring anv¨andare, hush˚all och energigemen- skaper samt m¨atdata f¨or varje hush˚all. P˚a grund av relationen mellan anv¨andare, hush˚all och m¨atdata ville vi utnyttja en relationsdatabas. Med hj¨alp av dessa relationer ¨ar det m¨ojligt att uppn˚a snabb prestanda trots flera tusentals lagringar av m¨atdata.
Det finns en del olika relationsdatabaser som kan anv¨andas i detta projekt n¨amligen MySQL [DBQ], PostgreSQL [Pos] eller SQLite [SQL]. Alla tre ¨ar relationsdatabaser som anv¨ander Structured Query Language (SQL) f¨or att utf¨ora l¨asningar och skrivningar till databasen. Av dessa tre ¨ar MySQL mest l¨ampad f¨or projektet. SQLite anv¨ands fr¨amst under utveckling eller i inbyggda system d¨ar m¨angden data som lagras ¨ar relativt liten och ˚atkomsten v¨aldigt begr¨ansad. Dessutom ¨ar s¨akerheten av SQLite betydligt s¨amre ¨an de andra alternativen [Dig19]. PostgreSQL kommer betydligt n¨armare det som gruppen beh¨over och ¨ar v¨aldigt lik MySQL i m˚anga omr˚aden. Den viktigaste skillnaden f¨or projektet och anledningen till att MySQL valdes ¨ar att MySQL ¨ar b¨attre l¨ampad f¨or applikationer som l¨aser stora m¨angder information fr˚an databasen [Dig19], vilket ¨ar fallet i detta projekt. MySQL st¨odjer ocks˚a olika metoder f¨or att ¨oka prestandan av stora m¨angder l¨asningar, exempelvis indexering f¨or att n¨amna en metod [Ora].
6 Systemstruktur
Denna del av rapporten befattar sig med systemstrukturen som webbtj¨ansten ¨ar upp- byggd p˚a. En ¨overblick av hela systemet syns i figur 5 och i underavsnitten f¨orklaras de olika delarna.
6 Systemstruktur
Figur 5 ¨Overblick av systemets Model-Template-View-struktur. Som syns i bilden ¨ar databasen och Djangos ramverk lagrat p˚a servern. Anv¨andaren n˚ar informationen genom att h¨amta webbsidan.
6.1 Struktur
Systemet anv¨ander sig av Djangos inbyggda Model-Template-View-struktur [Med] som syns figur 5. Anv¨andare interagerar med tj¨ansten via blocket ’Django Template’, som ¨ar Template-delen i systemet. I detta block avg¨ors vad som ska visas f¨or anv¨andaren och hur det presenteras. ’Model’ blocket hanterar alla relationer i datan som webbtj¨ansten anv¨ander sig av och utf¨or alla anrop till databasen. ’View’ blocket ¨ar den delen som b˚ade fungerar som en l¨ank mellan ’Template’ blocket och ’Model’ blocket men ¨aven hanterar majoriteten av aff¨arslogiken.
6.2 Dataanalys och modeller
Systemet analyserar m¨atdatan f¨or att unders¨oka n¨ar p˚a dygnet effektuttaget ¨ar som h¨ogst, respektive l¨agst, i anv¨andarens hush˚all samt i energigemenskapen. Olika ber¨akningar genomf¨ors p˚a datan f¨or att informera anv¨andaren om vilka dagar och tider p˚a en m˚anad som anv¨andaren har h¨ogst effektuttag p˚a n¨atverket samt st¨aller det i kontrast till energi- gemenskapen. Utifr˚an all analyserad data kan systemet avg¨ora n¨ar ett hush˚all ska undvi- ka att ¨oka sitt effektuttag samt n¨ar det finns utrymme f¨or detta. Webbtj¨ansten modellerar och analyserar dessutom hur inf¨orskaffandet av f¨ornybara energik¨allor samt lokal lag- ring av energi kan bidra till att minska effetkttopparna inom enerigemenskapen. Alla dessa ber¨akningar ligger i blocket ’View Logic’ som syns i ¨overblicken av systemstruk- turen i figur 5.
6 Systemstruktur
Figur 6 ¨Overblick av databasen och relationerna mellan objekten Anv¨andare, Hush˚all, Energigemenskap och M¨atdata.
6.3 Databas
Systemet behandlar data med flera parametrar vilket lagras i en MySQL-databas som beskrivet i avsnitt 5.3. Databasen inneh˚aller flera tabeller som delvis har skapats auto- matiskt av Django f¨or att lagra information som gr¨anssnittet anv¨ander sig av och del- vis av tabeller gruppen har skapat f¨or att lagra data. Dessa tabeller syns i figur 6 och baserar p˚a modellerna gruppen har skapat under blocket ’Model’. Django ¨overs¨atter dessa modeller direkt till SQL-kod och utf¨or SQL-anropet. Med andra ord kr¨avs ing- en erfarenhet eller kunskap om SQL f¨or att anv¨anda databasen i Django, det r¨acker att anropa funktionerna som definieras i ’Model’ blocket. Django tar dessutom h¨ansyn till olika prestanda¨okande verktyg som indexering och implementerar dessa automatiskt vid skapandet. De relevanta tabellerna som projektet befattar sig med ¨ar Anv¨andare, Hush˚all, M¨atdataoch Energigemenskap.
6.4 Gr ¨anssnitt
Django automatiserar ¨aven delar av gr¨anssnittet som webbtj¨ansten anv¨ander sig av via s˚a kallade Django templates [Dja]. Mycket funktionalitet som till exempel att skicka
7 Krav och utv¨arderingsmetoder
data till anv¨andarens sk¨arm och visualisera denna ¨ar helt inbyggt och det kr¨avs inte mycket kod f¨or att g¨ora detta med Django templates. Med html och css ¨ar det enkelt att
¨andra utseende och gr¨anssnitt p˚a hemsidan vilket i kombination med Django templates leder till snabb och enkel utveckling av webbtj¨anstens gr¨anssnitt.
6.5 Server
Gruppen har tillg˚ang till en Ubuntu-server som Joachim Lindborg tillhandah˚aller. P˚a denna enhet k¨ors b˚ade databasen och all backend i Django som illustreras i figur 5.
I dagsl¨aget ¨ar det standard att dela upp databasen och all backend p˚a tv˚a olika enheter eftersom att ha allt p˚a samma enhet kan b˚ade s¨anka prestanda och inneb¨ara en ytterligare s¨akerhetsrisk [eSe21]. Dock var det ett ¨onskem˚al av Joachim Lindborg att k¨ora allt p˚a den server som n¨amnts vilket vi kommer g¨ora tills vidare. Visar det sig i efterhand att enheten inte r¨acker till ¨ar det l¨att att migrera databasen eller webbservern till en annan enhet.
7 Krav och utv ¨arderingsmetoder
De tekniska kraven den externa intressenten har ¨ar att webbsidan k¨ors p˚a en Ubuntu server och att databasen ligger p˚a samma enhet. V˚ara tekniska krav inkluderar hastig- heten av l¨asning och uppladdning till databasen samt hur robust systemet ¨ar. Eftersom webbtj¨ansten hanterar h¨oguppl¨ost m¨atdata ¨ar det viktigt att m˚anga anv¨andare kan l¨asa in sin data fr˚an databasen samtidigt utan att ¨overskrida en viss tidsgr¨ans. Detta ska helst ske s˚a snabbt som m¨ojligt men f¨or att ha ett mer specificerat krav best¨amdes att inga l¨asningar eller uppladdningar f˚ar ta l¨angre ¨an 10 sekunder f¨or att fortfarande ge en re- sponsiv k¨ansla f¨or anv¨andare. Jakob Nielsen beskriver i sin bok Usability Engineering [Nie93] att just 10 sekunder ¨ar l¨angsta tiden f¨or en anv¨andare att beh˚alla t˚alamodet. Med ett robust system menas att det ska vara om¨ojligt f¨or anv¨andaren att krascha hemsidan, varken genom fel uppladdning av data eller genom fel sekvens av handlingar. Dessa krav testades och utv¨arderades manuellt av gruppen l¨opande under utvecklingen.
Ett till krav som st¨alldes p˚a webbtj¨ansten ¨ar att den ska vara kompatibel och se likan- dan ut i webbl¨asarna Chrome, Firefox, Safari och Edge, vilka ¨ar de fyra popul¨araste webbl¨asarna mellan april 2020 och april 2021 i Sverige [Sta21]. Detta f¨or att s¨akerst¨alla att webbtj¨ansten fungerar i de vanligaste webbl¨asarna. Detta testades ej automatiskt ut- an genomf¨ordes manuellt av gruppen. M˚alet var att identifiera eventuella buggar som endast uppst˚ar i respektive webbl¨asare. I de olika webbl¨asarna utv¨arderades ¨aven User Experience(UX)-designen och om det ¨ar tydliga skillnader i gr¨anssnittet beroende p˚a
8 Implementation av gr¨anssnitt
webbl¨asaren. F¨or att identifiera buggar anv¨andes Djangos buggverktyg som meddelar om vad som exekverats, vad som gick fel och var buggen uppstod.
Kraven vi st¨aller p˚a den f¨ardiga produkten ¨ar att den ska vara en anv¨andarv¨anlig webb- tj¨anst som p˚a ett tydligt s¨att visualiserar effektuttag f¨or ett hush˚all och i en energige- menskap. F¨or att utv¨ardera detta anv¨andes en testgrupp p˚a 10 personer i ˚aldrar fr˚an 18 till 25 ˚ar. Vi utgick fr˚an Mattias Arvolas beskrivning av “think aloud”-modell f¨or anv¨andbarhetsutv¨ardering [Arv14] och testpersonerna fick i uppgift att utf¨ora uppgif- terna nedan. I “think aloud”-modellen ger testgruppen kontinuerligt ˚aterkoppling till hur det k¨anns att utf¨ora uppgifterna och deras intryck av webbsidan i helhet.
• Snabbanalys av m¨atdata
• Skapa ett konto och logga in
• Skapa ett hush˚all och ladda upp m¨atdata f¨or hush˚allet
• G˚a med i en existerande energigemenskap
• Se effektf¨orbrukningen f¨or energigemenskapen
• Byt namn p˚a hush˚allet
Testpersonerna fyllde sedan i ett formul¨ar (figur 19), d¨ar vi kunde dra slutsatser av hur v¨al de lyckats. Slutsatserna grundades i om personerna klarade av att utf¨ora uppgifterna eller inte. Det var ¨aven intressant att utv¨ardera om det var n˚agra specifika steg som tar oavsiktligt l˚ang tid. Det var inte viktigt att testpersonerna klarade av att l¨osa en specifik uppgift under en best¨amd tid, utan vi var mer intresserade av antalet musklick det tog f¨or personen att l¨osa problemet. Vi bad d¨arf¨or testpersonen om deras godk¨annande att ob- servera n¨ar de l¨oste uppgifterna. Detta f¨or att identifiera om de lyckades l¨osa uppgiften p˚a det s¨att vi t¨ankt eller om de hittade en l¨osning som vi inte hade t¨ankt p˚a.
8 Implementation av gr ¨anssnitt
Vid utvecklingen av anv¨andargr¨anssnitt var det viktigt att producera ett gr¨anssnitt som
¨ar enkelt att navigera och med tydliga handlingsinviter. I f¨oljande stycke beskrivs hur detta implementerades.
8 Implementation av gr¨anssnitt
8.1 Navigeringsf ¨alt
F¨or att navigera webbsidan anv¨ands fr¨amst navigeringsf¨altet som syns i figur 7 som ¨ar f¨ast i toppen av sidan. I navigeringsf¨altet finns l¨ankar till de avsnitt p˚a sidan som anses mest v¨asentliga f¨or att anv¨andaren ska kunna navigera webbsidan. Navigeringsf¨altet in- neh˚aller avsnitten “Hem”, “Snabbanalys”, “Om oss”, “Mina Sidor” (om anv¨andaren ¨ar inloggad), “Inst¨allningar” och “Logga in/ut”. F¨or att tydligg¨ora att samtliga texter och ikoner i navigeringsf¨altet tar anv¨andaren fr˚an nuvarande sida till en ny har handlingsin- viter i form av animationer lagts ovanp˚a dessa. Texterna och ikonerna blir till exempel st¨orre och ¨andrar f¨arg n¨ar anv¨andaren f¨or muspekaren ¨over dessa.
Figur 7 Urklipp av navigeringsf¨altet f¨or en ej inloggad anv¨andare.
8.2 Startsidan
Startsidan ¨ar den f¨orsta sidan som anv¨andaren ser n¨ar hemsidan ¨oppnas. En bild av startsidan syns i figur 8. Anv¨andare har m¨ojligheten att byta vy via navigeringsf¨altet som diskuteras i f¨oreg˚aende stycke och genom att klicka p˚a korten som syns p˚a mitten av sk¨armen. Vi uppmanar anv¨andaren att klicka p˚a kortet “Vad ¨ar Energigemenskaper?”
s˚a att anv¨andaren hamnar p˚a sidan “Om oss” som presenterar syftet med webbtj¨ansten.
Kortet “Hur anv¨ander jag Energigemenskaper” dirigerar anv¨andaren till sidan “Hj¨alp”
d¨ar det finns information hur hemsidan anv¨ands.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 8 Urklipp av startsidan f¨or webbtj¨ansten f¨or en ej inloggad anv¨andare.
8.3 Snabbanalys
Under denna sida kan anv¨andare testa att ladda upp data f¨or analys utan att vara inlog- gad. Laddas r¨att filtyp och data upp visualiseras en interaktiv graf som syns i figur 9.
Anv¨andaren kan se exakta m¨atv¨arden genom att h˚alla muspekaren ¨over grafen s˚a att en liten ruta med information om effekt f¨or den m¨atpunkten dyker upp. Ingen data som anv¨andaren laddar upp h¨ar sparas utan anv¨ands enbart f¨or att presentera datan i grafen.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 9 Exempel p˚a en snabbanalys f¨or en m˚anad f¨or ett hush˚all. P˚a x-axeln syns timmar under en dag och p˚a y-axeln energif¨orbrukning i kW. I gr¨ont syns hush˚allets snittf¨orbrukning och i r¨ott den maximala effekten f¨or varje timme under en dag under den uppladdade m˚anaden.
8.4 Hj ¨alp och Om oss
P˚a sidorna “Hj¨alp” som syns i figur 10 och “Om oss” i figur 11 presenteras enbart information kring hur webbtj¨ansten anv¨ands och vad syftet med hemsidan ¨ar. M˚alet med dessa sidor ¨ar att hj¨alpa anv¨andaren f¨orst˚a hur webbtj¨ansten kan anv¨andas och vad den kan anv¨andas till. Vi gjorde valet att samla denna information p˚a samma plats s˚a att anv¨andaren alltid vet var den finns ist¨allet f¨or att sprida ut informationen till respektive sida. Som n¨amnt i avsnitt 8.2 uppmanas anv¨andaren att f¨orst l¨asa dessa sidor innan webbtj¨ansten anv¨ands.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 10 Urklipp av hj¨alpsidan d¨ar anv¨andaren f˚ar information hur hemsidan anv¨ands.
I urklippet ¨ar “Logga in”-fliken expanderad.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 11 Urklipp av ’Om oss’ sidan d¨ar anv¨andaren f˚ar information om syftet med energigemenskaper.
8.5 Mina sidor
“Mina sidor” som syns i figur 12 ¨ar en av huvudsidorna f¨or webbtj¨ansten. H¨ar kan anv¨andare l¨agga till nya hush˚all och skapa en energigemenskap p˚a hemsidan samt se tidigare skapade hush˚all och gemenskap den ¨ar en del av. Eftersom skapandet av hush˚all och energigemenskaper sker v¨aldigt s¨allan ligger dessa funktioner l¨angre ner p˚a sidan, medan existerande hush˚all som anv¨andaren kommer interagera med i princip varje g˚ang tj¨ansten anv¨ands ligger h¨ogst upp. Klickar anv¨andaren p˚a ett av korten med hush˚all l¨ankas anv¨andaren till en ny vy d¨ar m¨atdata f¨or det hush˚allet presenteras, se figur 13 och figur 14.
Figur 13 visar toppen p˚a sidan d¨ar graferna f¨orklaras och anv¨andaren kan v¨alja vilket
˚ar som ska visualiseras. L¨angst ner p˚a denna sida kan anv¨andaren ocks˚a ladda upp data till hush˚allet. Figur 14 ligger i mitten p˚a sidan och visar tv˚a grafer f¨or m˚anaden mars
˚ar 2021. Grafen till v¨anster inneh˚aller hush˚allets data och grafen till h¨oger inneh˚aller data f¨or hela gemenskapen. B˚ada graferna ¨ar interaktiva, dvs anv¨andaren kan h˚alla mu-
8 Implementation av gr¨anssnitt
spekaren ¨over punkter eller linjer f¨or att f˚a upp en ruta med exakta effektv¨arden f¨or m¨atpunkterna. Dessutom kan anv¨andaren klicka p˚a namnen i teckenf¨orklaringen f¨or att d¨olja motsvarande data i grafen.
Figur 12 Exempel p˚a hur “Mina sidor” ser ut f¨or en anv¨andare med sex hush˚all. Knappar f¨or att skapa hush˚all och energigemenskap syns ej i urklippet men finns ocks˚a p˚a sidan.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 13 Urklipp av vyn f¨or ett hush˚all utan m¨atdata. H¨ar presenteras information kring graferna samt meddelanden om anv¨andarens data. Anv¨andare har ¨aven m¨ojligheten att g˚a med i en energigemenskap p˚a denna sida(syns ej i urklippet).
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 14 Exempel p˚a visualiserad m¨atdata som syns i vyn f¨or ett hush˚all. Till v¨anster syns snitteffekt (kW) och maxeffekt (kW) f¨or ett hush˚all f¨or en m˚anad summerad efter varje timme och till h¨oger syns samma sak fast f¨or en gemenskap. I den h¨ogra grafen syns ¨aven den ombalanserade effekten som baseras p˚a det batteri som ¨ar kopplat till gemenskapen.
8.6 Inst ¨allningar
P˚a sidan “Inst¨allningar” som syns i figur 15 kan anv¨andare byta namn p˚a hush˚all samt l¨agga till hush˚allet i en energigemenskap. Har anv¨andaren flera hush˚all kan anv¨andaren byta vilket hush˚all som ska uppdateras via knappen som inneh˚aller namnet och en pil.
Om anv¨andaren har hush˚all som redan ¨ar del av en energigemenskap kan anv¨andaren uppdatera energigemenskapen eller v¨alja att l¨amna den. Denna sida saknar fortfarande en del funktionalitet som beskrivs i avsnitt 15.
8 Implementation av gr¨anssnitt
Figur 15 Urklipp av vyn f¨or inst¨allningar. H¨ar finns inst¨allningar f¨or att “ ¨Andra ett hush˚all” (v¨anster) och “ ¨Andra en gemenskap” (h¨oger).
8.7 Inloggning och registrering av konto
Den sista knappen i navigeringsf¨altet ¨ar “Logga in” om anv¨andaren ej ¨ar inloggad el- ler “Logga ut” om anv¨andaren ¨ar inloggad. Om anv¨andaren inte ¨ar inloggad ¨ar det ocks˚a m¨ojligt att skapa ett konto via knappen “Skapa konto” som syns i figur 16. Om anv¨andaren anger fel uppgifter vid ett inloggningsf¨ors¨ok informeras den om detta och om anv¨andaren klickar p˚a knappen “Skapa konto” l¨ankas anv¨andaren till sidan som syns i figur 17. Vid skapande av konto m˚aste anv¨andaren godk¨anna att vi sparar uppladdad data och hanterar angivna personuppgifter i enighet med dataskyddsf¨orordningen. F¨or att anv¨andaren inte ska kunna missa detta ¨oppnas ett popup-f¨onster med samtlig infor- mation ang˚aende datahantering, p˚a s˚a s¨att blir det sv˚art f¨or anv¨andaren att inte ta tillg˚ang till denna information. Popup-f¨onstret f¨orhindrar interaktion med resten av webbsidan (f¨orutom navigeringsf¨altet) tills anv¨andaren registrerar kontot via denna ruta eller av-
8 Implementation av gr¨anssnitt
bryter handlingen.
Figur 16 Urklipp av sidan f¨or inloggning eller skapande av konto.
9 Implementation av anv¨andarhantering
Figur 17 Registrera ett nytt konto.
9 Implementation av anv ¨andarhantering
F¨or att hantera anv¨andare, hush˚all och gemenskaper anv¨ander webbtj¨ansten Python- klasser. Dessa klasser inneh˚aller all funktionalitet kring objekten. Nya objekt av des- sa klasser skapas med hj¨alp av Djangos inbyggda formul¨ar-funktionalitet (s˚a kallade forms) och renderas som ett HTML-formul¨ar p˚a hemsidan. D¨arefter sparas objekten i databasen. Nedan beskrivs de olika klasserna mer detaljerat.
9.1 Anv ¨andare
Anv¨andare kan skapa och logga in p˚a ett konto via Djangos inbyggda autentiseringssy- stem. E-postadress och l¨osenord anges av anv¨andaren och kopplas till ett Anv¨andare- objekt. Autentiseringssystemet ¨ar abstraherat i Django s˚a att vi som utvecklare inte vet hur systemet ¨ar implementerat men kan anv¨anda all funktionalitet f¨or att exempelvis verifiera anv¨andare och koppla anv¨andaren till r¨att data i databasen.
10 Implementation av dataanalys och datavisualisering
9.2 Hush ˚all
Anv¨andare kan skapa ett hush˚all genom att ange ¨onskat namn f¨or denna. Det ¨ar ocks˚a m¨ojligt att ange en gemenskap att g˚a med i, men detta ¨ar valfritt. F¨or att g˚a med i en gemenskap kr¨avs att anv¨andaren anger korrekt l¨osenord f¨or denna. F¨or hush˚allet skapas ett Hush˚all-objekt. Anv¨andare kan sedan se alla sina skapade hush˚all p˚a “Mina sidor”. Genom att trycka p˚a ett av hush˚allen visas en informationssida f¨or det valda hush˚allet. D¨ar kan anv¨andaren ta del av elanv¨andning- och effektuttagsdata f¨or hush˚allet om det finns tillg¨angligt och kan annars ladda upp det f¨or hush˚allet (beskrivs i avsnitt 10). Anv¨andaren kan ocks˚a g˚a med i en gemenskap om hush˚allet inte ¨annu ¨ar en del av en. Ett hush˚all kan endast tillh¨ora en energigemenskap. F¨or hush˚all som finns i en gemenskap visas ¨aven elanv¨andnings- och effektuttagsdata f¨or denna gemenskap.
9.3 Energigemenskap
N¨ar en anv¨andare ¨ar inloggad kan den skapa en gemenskap genom att ange namn och l¨osenord f¨or gemenskapen, vilket skapar ett Energigemenskap-objekt. Anv¨andare kan ocks˚a v¨alja att ange ett batteri f¨or gemenskapen, i form av effektkapacitet i kilo- watt (kW) och energilagringskapacitet i kilowattimmar (kWh). P˚a “Mina sidor” kan anv¨andare se alla gemenskaper som denne har ett hush˚all i. Anv¨andare kan ocks˚a se information om dessa gemenskaper p˚a deras respektive informationssida. D¨ar visas ge- menskapens medlemmar.
10 Implementation av dataanalys och datavisuali- sering
F¨or att ladda upp m¨atdata ¨over elanv¨andning och effektuttag kr¨avs att anv¨andare besitter denna information. Vanligast ¨ar att anv¨andare kan beg¨ara och ladda ner m¨atadata fr˚an eln¨atsbolagen i tabellform och dessa filer kan laddas upp f¨or ett hush˚all i webbtj¨ansten.
Efter en framg˚angsrikt filuppladdning sparas m¨atpunkter som M¨atdata-objekt kopp- lade till hush˚allet i databasen. Detta sker s˚a att anv¨andaren ej beh¨over ladda upp filer f¨or samma period flera g˚anger samt att datan kan anv¨andas i analysen av energigemen- skaper. Filen kan ocks˚a laddas upp f¨or snabbanalys och i det fallet sparas ingen data i databasen. De filformat som st¨ods ¨ar XLSX(Microsoft Excel) och CSV.
I figur 18 visas ett fl¨odesdiagram ¨over behandling och visualisering av m¨atdata f¨or hush˚all och energigemenskaper f¨or data som finns i databasen. F¨orst h¨amtas m¨atdata
