Soluciones para el suministro eléctrico de válvulas inteligentes en aplicaciones de riego agrícola

En los escenarios de riego agrícola, el suministro eléctrico estable de las válvulas inteligentes (como las electroválvulas) es la principal garantía de su funcionamiento fiable. Debido a las características de amplitud de la zona, debilidad de la infraestructura eléctrica y complejidad del terreno en los entornos agrícolas, el suministro eléctrico municipal tradicional presenta problemas como el elevado coste del cableado y la dificultad de mantenimiento. Por lo tanto, es necesario elegir soluciones de suministro eléctrico flexibles y eficientes en función de las características del escenario. A continuación se exponen soluciones comunes de suministro eléctrico con válvulas inteligentes, que abarcan diversas vías tecnológicas como las nuevas energías, el almacenamiento de energía y la captación de energía in situ, y se analizan sus escenarios de aplicación y sus ventajas e inconvenientes:
1、 Sistema de alimentación solar
La energía solar es el nuevo método de suministro energético más utilizado en escenarios de riego agrícola, especialmente adecuado para zonas con suficiente luz solar como campos abiertos, huertos, jardines de té, etc. Tiene las ventajas de ser limpia, renovable y de captar la energía in situ.
Composición del núcleo
Paneles solares: Selecciona paneles de silicio monocristalino/policristalino en función de la potencia de la válvula inteligente (normalmente 5-50W), con un rango de potencia de 10-100W (ajustándose al consumo eléctrico diario).
Batería de almacenamiento de energía: almacena el exceso de energía eléctrica para hacer frente a condiciones de poca luz, como los días nublados y la noche. Se suele utilizar con baterías de litio (como las de litio-hierro-fosfato, de larga vida útil y alta densidad energética) o de plomo-ácido (de bajo coste y adecuadas para usos de baja frecuencia). La capacidad se diseña en función del consumo diario de energía multiplicado por el número de días de reserva (normalmente entre 3 y 7 días).
Módulo de gestión de la energía: incluye protección de carga y descarga, conversión de voltaje (como salida de 12 V/24 V), función de despertador con control de luz/horario, para evitar la sobrecarga y la sobredescarga de la batería y prolongar su vida útil.
Escenarios aplicables
Zonas abiertas con suficiente luz solar (como tierras de cultivo llanas, huertos de montaña).
La frecuencia de trabajo de las válvulas inteligentes es moderada (como abrir y cerrar de 3 a 5 veces al día), y el tiempo de trabajo individual es corto (de unos segundos a unos minutos).
ventajas y desventajas
Ventajas: No requiere cableado, largo ciclo de mantenimiento (duración de la batería de 2 a 5 años), bajos costes de funcionamiento.
Desventajas: Se ve muy afectado por las condiciones meteorológicas (pueden producirse cortes de electricidad en días de lluvia continua), y el coste inicial del equipo es relativamente alto (unos 300-1000 yuanes/conjunto).
2、 Sistema de alimentación directa de la batería
En el caso de las válvulas inteligentes de baja potencia (≤ 10 W) y baja frecuencia de funcionamiento (como abrir y cerrar 1-2 veces al día), la energía de la batería puede utilizarse directamente sin necesidad de complejos equipos de conversión de energía, lo que las hace adecuadas para usos a corto plazo o escenarios a pequeña escala.
Tipos de pilas más comunes
Baterías de litio: como las 18650, 26650 y otros modelos, con un voltaje de 3,7 V (pueden conectarse en serie a 12 V), alta densidad energética y una autonomía de 3 a 12 meses (en función del consumo).
Las pilas alcalinas secas, como las AA/AAA, tienen un bajo coste y son adecuadas para válvulas inteligentes de potencia ultrapequeña (como las de comunicación únicamente), pero tienen una vida corta (1-3 meses) y hay que cambiarlas con frecuencia.
Batería de plomo: tensión 12V/24V, gran capacidad (12-100Ah), adecuada para válvulas inteligentes de potencia ligeramente elevada, pero pesada (incómoda de transportar) y corta vida útil (1-2 años).
matlab
Adopción de chips de bajo consumo (como la serie STM32L) y mecanismo de activación del sueño (solo se despierta durante el funcionamiento, corriente de espera ≤ 10 μ A) para reducir el consumo de energía en espera.
Equipado con un módulo de supervisión de la batería, se proporcionan recordatorios remotos para la sustitución de la batería mediante comunicación inalámbrica (LoRa/NB IoT) para reducir los costes de inspección manual.
Escenarios aplicables
Invernaderos a pequeña escala, riego en macetas o campos experimentales temporales.
Las válvulas inteligentes sólo necesitan funcionar de forma intermitente (por ejemplo, una vez a la semana).
ventajas y desventajas
Ventajas: Bajo coste inicial (unos 50-200 yuanes para la batería y el circuito de protección), despliegue flexible.
Desventajas: Duración limitada de la batería, requiere sustitución/carga periódica (alto coste laboral), no es adecuado para escenarios de trabajo de alta frecuencia.
3、 Sistema de suministro de energía complementaria eólica/solar eólica
En zonas ventosas como mesetas, regiones montañosas y tierras de cultivo costeras, la energía eólica puede servir de complemento a la solar o incluso proporcionar un suministro eléctrico independiente; el sistema complementario eólico-solar puede combinar las ventajas de ambas y mejorar la estabilidad del suministro eléctrico.
Composición del núcleo
Pequeños aerogeneradores: con una potencia de 10-100W (como los ventiladores de eje vertical, adecuados para velocidades de viento bajas), salida DC 12V/24V.
Paneles solares: complementan la energía eólica (utilizan la energía solar en días soleados, utilizan la energía eólica en días nublados/noche).
Batería de almacenamiento de energía+controlador: Al igual que el sistema de energía solar, el controlador debe admitir tanto energía eólica como solar, dando prioridad al uso de energía eólica o solar (en función de los niveles de energía en tiempo real).
Escenarios aplicables
Zonas con gran altitud y menos viento y lluvia (como las tierras de cultivo del noroeste y los prados de regadío).
La frecuencia de trabajo de las válvulas inteligentes es relativamente alta (como abrir y cerrar más de 10 veces al día), por lo que se requiere una fuente de alimentación estable.
ventajas y desventajas
Ventajas: La estabilidad del suministro eléctrico es mejor que la de la energía solar individual, adecuada para zonas de clima complejo.
Desventajas: El coste del ventilador es relativamente alto (unos 500-2000 yuanes), y hay que tener en cuenta el lugar de instalación (para evitar obstrucciones). El mantenimiento también es complejo (el ventilador es propenso a la acumulación de polvo y al desgaste de las aspas).
4、 Sistema de suministro de energía hidroeléctrica
Si las válvulas inteligentes se despliegan cerca de canales y tuberías de riego (como tuberías principales de riego por goteo y canales abiertos), pueden utilizar la energía del flujo de agua para accionar pequeños generadores hidroeléctricos, logrando una "recolección de energía in situ", especialmente adecuada para escenarios con agua todo el año.
tecnología central
Microgeneradores hidráulicos: se dividen en tipo tubería (instalados en tuberías de riego, utilizando la diferencia de presión del agua) y tipo canal (flotando en la superficie del canal, utilizando el empuje del flujo de agua), con una potencia de 5-50W y una salida de 12V/24V CC.
Coordinación del almacenamiento de energía: Debido a la posibilidad de que el flujo de agua sea inestable (como el agua durante los periodos de riego y la interrupción durante los periodos de no riego), es necesario utilizar pequeñas baterías (como baterías de litio de 12V/20Ah) para almacenar energía eléctrica.
Escenarios aplicables
Canales de riego con suministro de agua durante todo el año, tierras de cultivo situadas aguas abajo de embalses o cerca de las tuberías principales de sistemas de riego por goteo/aspersión.
Las válvulas inteligentes requieren un funcionamiento continuo a largo plazo (como la supervisión del caudal en tiempo real y el ajuste dinámico).
ventajas y desventajas
Ventajas: Energía gratuita y estable (cuando el flujo de agua es continuo), sin necesidad de depender del clima.
Desventajas: Debido a las limitaciones del ciclo de riego (no se puede generar electricidad cuando no hay agua), la instalación requiere modificar las tuberías/canales (lo que puede afectar a la eficiencia del riego).
5、 Tecnología de captación de energía (escenario de consumo ultrabajo)
Para las válvulas inteligentes de coste ultrabajo que sólo requieren una comunicación intermitente (como informar del estado) y casi ninguna necesidad de accionar la válvula (como la función de detección pura + retroalimentación inalámbrica), se puede utilizar la tecnología de captación de energía para conseguir una alimentación eléctrica de "mantenimiento cero".
Técnicas habituales
Captación de energía vibratoria: Aprovechando la vibración mecánica de bombas y tuberías de riego, la vibración se convierte en energía eléctrica (nivel de potencia de μ W) a través de placas cerámicas piezoeléctricas.
Captación de energía por diferencia de temperatura: Aprovechando la diferencia de temperatura entre el suelo y el aire (por ejemplo, si la temperatura del suelo es superior a la del aire durante el día), se genera energía mediante generadores termoeléctricos (TEG).