스마트 플러그, Prometheus, Grafana를 이용한 에너지 사용량 모니터링
- 이 글은 설정의 각 부분을 자세히 설명하는 튜토리얼이 아님. 리눅스와 커맨드 라인에 익숙하다면 이 설정을 직접 따라할 수 있음.
스마트 플러그 구매 및 설정
- 몇 년 동안 컴퓨팅 셋업과 가전제품의 에너지 사용량에 관심이 있었음.
- 이전에는 순간 측정치를 얻기 위해 간단한 디지털 에너지 미터를 사용했지만, 장기간 동안 전기 기기의 전력 소비량을 모니터링하기에는 적합하지 않았음.
- athom.tech에서 스마트 플러그를 구매함. EU 스타일 플러그 V3 버전을 구매했고, 배송은 크리스마스 기간을 포함해 9일 걸림.
- 플러그는 Tasmota가 사전에 플래시되어 제공됨. Wi-Fi 네트워크에 연결하는 방법이 적힌 종이가 동봉되어 있고, 이후 브라우저에서 플러그를 관리할 수 있음.
- 웹 GUI에서 몇 번의 클릭만으로 최신 버전으로 펌웨어 업데이트가 쉽게 가능함.
소프트웨어 스택
- 초기 목표는 홈서버, 공유기, 워크스테이션, 전기 온수기 등의 전력 소비를 시각적으로 모니터링하는 것이었음.
- 전력 미터 데이터는 기존 홈서버의 Prometheus 인스턴스에 수집됨.
- 서버에서 플러그마다 tasmota-power-exporter 솔루션의 여러 인스턴스를 실행하고, Prometheus가 1초마다 수집함.
- 이미 홈서버에서 실행 중인 Grafana 인스턴스를 재사용하여 전력 미터 설정에 대한 기본 그래프를 표시함.
관찰 및 발견
- 거의 4개월간 이 설정을 실행한 후 알게 된 점들:
온수기
- 전기 온수기가 가장 많은 전력을 사용한다는 것은 놀라운 일이 아님.
- 전형적인 전력 사용량: 4.51kWh/일
- 관찰된 최소값: 0.56kWh/일, 보통 아무도 집에 없을 때 발생
- 관찰된 최대값: 11.1kWh/일, 많은 빨래와 샤워가 있었던 날
홈서버 셋업
- Zimaboard에서 모든 홈서버 워크로드를 실행함. 주요 장점 중 하나는 매우 낮은 전력 소비였음.
- ISP 제공 모뎀/공유기 박스는 Zimaboard보다 더 많은 전력을 사용함.
- 일시적으로 홈서버 설정을 ASRock Deskmini X300으로 전환함. Zimaboard에 비해 유휴 전력 소비가 훨씬 높음.
전압
- Tasmota 플러그는 현재 전압 값도 보고함. 일반적인 피크 전력 소비 시간 동안 전압이 전반적으로 떨어짐.
- 전압 강하는 온수기, 전기 주전자, 전기 스토브, 전자레인지와 같이 많은 전력을 사용하는 기기를 실행할 때 발생함.
워크스테이션
- 전형적인 전력 사용량: 0.95kWh/일
- 관찰된 최소값: 0.07kWh/일
- 관찰된 최대값: 1.52kWh/일
충전
- 이 플러그는 다양한 기기의 충전 패턴을 관찰하는데 좋음.
- 대부분의 기기에서 배터리가 거의 가득 찰 때까지 빠르게 충전되다가 속도가 느려지는 패턴을 보임.
안정성
- 스마트 플러그의 안정성은 대체로 괜찮지만, 특정 플러그가 제때 통계를 보고하지 않는 경우가 자주 있음.
- 두 개의 플러그를 완전히 껐다 켜야 했음.
향후 아이디어
- 플러그는 다양한 API를 통해 기기를 켜고 끌 수 있는 방법을 제공함. Home Assistant나 간단한 스크립트를 사용할 계획임.
마무리 생각
- 전반적으로 이 설정에 매우 만족함. 앞으로 다양한 컴퓨팅 설정에 대해 신뢰할 수 있는 측정을 할 수 있게 되어 기기의 전력 효율성을 판단하기가 훨씬 쉬워짐.
GN⁺의 의견
- 이렇게 집안 전체의 전기 사용량을 플러그 단위로 매우 세세하게 모니터링할 수 있다는 것이 흥미로움. 보통은 월별 고지서로만 알 수 있는데, 1초 단위로 파악할 수 있다니!
- 저자의 Zimaboard vs ASRock 전력량 비교를 보면, 전력 효율에 신경쓰려면 CPU에서 지원하는 C-State를 잘 활용할 수 있는지가 중요해 보임.
- 전체 가정용 IT 환경을 모니터링한다면 시간대별/상황별 전력 사용 패턴을 파악해서 요금제 선택에 참고할 수도 있을 것 같음.
- 스마트홈을 구축하려면 이렇게 각종 센서 데이터를 수집하고 시각화할 수 있는 Prometheus, Grafana 같은 시스템 구축이 기본이 되어야 할 듯함.
- 실시간 전력량을 모니터링할 수 있다면, 피크 시간대를 피해서 전기를 사용하도록 제어하는 것도 가능할 것 같음. 전기요금 폭탄을 맞지 않는데 도움이 될 수 있겠음.
Hacker News 의견
요약:
• 집의 전력량계에 Zigbee 전력 차단기를 연결하고 전력 소비량을 e-ink 디스플레이에 표시하는 방법을 소개함 • Rainforest Automation Eagle이라는 장치를 구입하여 스마트 미터기를 읽고 Prometheus에 데이터를 전송함
- 전력 회사의 가격 정보도 Prometheus로 연동하여 Grafana로 시각화함 • Emporia Vue 2를 배전반에 설치하여 16개의 CT와 3개의 주상 전력을 모니터링하고, ESPHome과 연동하여 로컬에서 데이터를 수집함
- Home Assistant와 VictoriaMetrics를 사용하여 Grafana로 시각화함 • IoTaWatt 장치를 패널에 설치하여 회로별 모니터링을 수행하고, InfluxDB와 직접 연동하여 Grafana에서 사용함 • Tapo P110 스마트 플러그에서 전력 사용량 메트릭을 수집하여 Grafana Cloud로 전송함 (tapmon 사용)
- 단, WiFi 기반 스마트 플러그 사용 시 주의사항 있음 • 저렴한 ESP32와 조도 센서를 전력량계에 연결하여 전력 사용량을 Google Sheets로 업로드하고 그래프로 표시함
- 다른 ESP32는 움직임 감지 센서를 연결하여 노인 가족의 움직임을 모니터링함 • Grafana를 IoT/SCADA 제어 방향으로 발전시켜 데이터 시각화와 제어를 모두 수행할 수 있기를 기대함
- Home Assistant를 추천하는 것은 개인적으로 선호하지 않음 (Grafana Labs 직원의 의견) • Grafana 자체가 과도한 리소스를 사용하는 소프트웨어라는 우스갯소리도 있음 • Home Assistant와 Power Calc을 사용하여 안정적인 가전제품의 전력 사용량을 시뮬레이션하고, Sankey 차트 등으로 시각화할 수 있음