Quelles sont les solutions pour l'alimentation électrique des vannes intelligentes dans les applications d'irrigation agricole ?

Dans les scénarios d'irrigation agricole, la stabilité de l'alimentation électrique des vannes intelligentes (telles que les vannes électriques) est la principale garantie de leur fonctionnement fiable. En raison des caractéristiques de la zone étendue, de la faiblesse de l'infrastructure électrique et de la complexité du terrain dans les environnements agricoles, l'alimentation électrique municipale traditionnelle présente des problèmes tels que des coûts de câblage élevés et une maintenance difficile. Il est donc nécessaire de choisir des solutions d'alimentation électrique flexibles et efficaces en fonction des caractéristiques du scénario. Les solutions d'alimentation électrique par vanne intelligente les plus courantes sont présentées ci-dessous. Elles couvrent différentes voies technologiques telles que les nouvelles énergies, le stockage de l'énergie et la collecte d'énergie sur site, et analysent les scénarios applicables ainsi que les avantages et les inconvénients de chacune d'entre elles :
1、 Système d'alimentation en énergie solaire
L'énergie solaire est la nouvelle méthode d'approvisionnement en énergie la plus couramment utilisée dans les scénarios d'irrigation agricole. Elle est particulièrement adaptée aux zones suffisamment ensoleillées telles que les champs ouverts, les vergers, les jardins de thé, etc. Elle présente l'avantage d'être propre, renouvelable et de permettre la collecte d'énergie sur place.
Composition de base
Panneaux solaires : Sélectionnez des panneaux de silicium monocristallin/polycristallin en fonction de la puissance de la vanne intelligente (généralement de 5 à 50 W), avec une plage de puissance de 10 à 100 W (correspondant à la consommation d'énergie quotidienne).
Batterie de stockage d'énergie : stocke l'énergie électrique excédentaire pour faire face à des conditions de faible luminosité telles que les jours nuageux et la nuit. Elle est généralement utilisée avec des batteries au lithium (comme le phosphate de fer lithié, qui a une longue durée de vie et une densité énergétique élevée) ou des batteries au plomb (qui sont peu coûteuses et conviennent à une utilisation à faible fréquence). La capacité est déterminée en fonction de la consommation électrique quotidienne multipliée par le nombre de jours de sauvegarde (généralement de 3 à 7 jours).
Module de gestion de l'énergie : comprend la protection contre la charge et la décharge, la conversion de la tension (sortie 12V/24V), le contrôle de la lumière et la fonction de réveil, pour éviter la surcharge et la décharge excessive de la batterie et prolonger sa durée de vie.
Scénarios applicables
Zones ouvertes bénéficiant d'un ensoleillement suffisant (telles que les terres agricoles de plaine, les vergers de montagne).
La fréquence de fonctionnement des vannes intelligentes est modérée (ouverture et fermeture 3 à 5 fois par jour) et le temps de fonctionnement est court (quelques secondes à quelques minutes).
avantages et inconvénients
Avantages : Pas de câblage nécessaire, long cycle de maintenance (durée de vie de la batterie de 2 à 5 ans), faibles coûts d'exploitation.
Inconvénients : Il est fortement influencé par les conditions météorologiques (des coupures de courant peuvent se produire pendant les jours de pluie continue), et le coût initial de l'équipement est relativement élevé (environ 300-1000 yuans/ensemble).
2、 Système d'alimentation directe de la batterie
Pour les vannes intelligentes de faible puissance (≤ 10W) et de faible fréquence de fonctionnement (comme l'ouverture et la fermeture 1 à 2 fois par jour), l'énergie de la batterie peut être directement utilisée sans nécessiter d'équipement de conversion d'énergie complexe, ce qui les rend adaptées à une utilisation à court terme ou à des scénarios à petite échelle.
Types de piles les plus courants
Piles au lithium : telles que 18650, 26650 et autres modèles, d'une tension de 3,7 V (pouvant être connectées en série jusqu'à 12 V), d'une haute densité énergétique et d'une autonomie de 3 à 12 mois (en fonction de la consommation d'énergie).
Les piles sèches alcalines, telles que les piles AA/AAA, sont peu coûteuses et conviennent aux valves intelligentes de très faible puissance (telles que la communication uniquement), mais leur durée de vie est courte (1 à 3 mois) et elles doivent être remplacées fréquemment.
Batterie au plomb : tension 12V/24V, grande capacité (12-100Ah), adaptée aux valves intelligentes de puissance légèrement élevée, mais lourde (peu pratique à transporter) et de courte durée de vie (1-2 ans).
matlab
Adoption de puces à faible consommation (telles que la série STM32L) et d'un mécanisme de réveil en veille (réveil uniquement en cours de fonctionnement, courant de veille ≤ 10 μ A) pour réduire la consommation d'énergie en veille.
Équipé d'un module de surveillance de la batterie, des rappels à distance pour le remplacement de la batterie sont fournis par communication sans fil (LoRa/NB IoT) afin de réduire les coûts d'inspection manuelle.
Scénarios applicables
Serres à petite échelle, irrigation en pots ou champs expérimentaux temporaires.
Les vannes intelligentes ne doivent fonctionner que par intermittence (une fois par semaine, par exemple).
avantages et inconvénients
Avantages : Faible coût initial (environ 50-200 yuans pour la batterie et le circuit de protection), souplesse de déploiement.
Inconvénients : Durée de vie limitée de la batterie, nécessitant un remplacement/une recharge réguliers (coût de main d'œuvre élevé), ne convient pas aux scénarios de travail à haute fréquence.
3、 Système d'alimentation complémentaire éolien/éolien solaire
Dans les régions venteuses telles que les plateaux, les régions montagneuses et les terres agricoles côtières, l'énergie éolienne peut servir de complément à l'énergie solaire ou même fournir une alimentation électrique indépendante ; le système complémentaire éolien-solaire peut combiner les avantages des deux et améliorer la stabilité de l'alimentation électrique.
Composition de base
Petites éoliennes : d'une puissance de 10 à 100 W (comme les ventilateurs à axe vertical, adaptés à des vitesses de vent faibles), sortie DC 12V/24V.
Panneaux solaires : complètent l'énergie éolienne (utiliser l'énergie solaire les jours ensoleillés, utiliser l'énergie éolienne les jours nuageux ou nocturnes).
Batterie de stockage d'énergie + contrôleur : Comme pour le système d'énergie solaire, le contrôleur doit prendre en charge les entrées éoliennes et solaires, la priorité étant donnée à l'utilisation de l'énergie éolienne ou solaire (sur la base des niveaux d'énergie en temps réel).
Scénarios applicables
Zones de haute altitude où il y a moins de vent et de pluie (telles que les terres agricoles du nord-ouest et l'irrigation des prairies).
La fréquence de fonctionnement des vannes intelligentes est relativement élevée (ouverture et fermeture plus de 10 fois par jour) et une alimentation électrique stable est nécessaire.
avantages et inconvénients
Avantages : La stabilité de l'alimentation électrique est meilleure que celle de l'énergie solaire simple, et convient aux zones à climat complexe.
Inconvénients : Le coût du ventilateur est relativement élevé (environ 500-2000 yuans), et le lieu d'installation doit être étudié (pour éviter les obstructions). L'entretien est également complexe (le ventilateur est sujet à l'accumulation de poussière et à l'usure des pales).
4、 Système d'alimentation en énergie hydroélectrique
Si des vannes intelligentes sont déployées à proximité des canaux d'irrigation et des canalisations (telles que les canalisations principales d'irrigation au goutte-à-goutte et les canaux ouverts), elles peuvent utiliser l'énergie du flux d'eau pour alimenter de petits générateurs hydroélectriques, réalisant ainsi une "récolte d'énergie sur site", particulièrement adaptée aux scénarios avec de l'eau tout au long de l'année.
technologie de base
Micro-générateurs hydroélectriques : divisés en deux types, à savoir le type de pipeline (installé dans les canalisations d'irrigation, utilisant la différence de pression de l'eau) et le type de canal (flottant à la surface du canal, utilisant la poussée de l'écoulement de l'eau), avec une puissance de 5 à 50 W et une sortie de 12 V/24 V CC.
Coordination du stockage de l'énergie : En raison de la possibilité d'un débit d'eau instable (eau pendant les périodes d'irrigation et interruption pendant les périodes de non-irrigation), de petites batteries (telles que des batteries au lithium de 12V/20Ah) doivent être utilisées pour stocker l'énergie électrique.
Scénarios applicables
Canaux d'irrigation alimentés en eau tout au long de l'année, terres agricoles situées en aval des réservoirs ou à proximité des canalisations principales des systèmes d'irrigation par goutte-à-goutte ou par aspersion.
Les vannes intelligentes nécessitent un fonctionnement continu à long terme (comme la surveillance en temps réel du débit et le réglage dynamique).
avantages et inconvénients
Avantages : Énergie gratuite et stable (lorsque l'écoulement de l'eau est continu), pas besoin de dépendre des conditions météorologiques.
Inconvénients : En raison des limitations du cycle d'irrigation (impossibilité de produire de l'électricité en l'absence d'eau), l'installation nécessite la modification des canalisations/canaux (ce qui peut affecter l'efficacité de l'irrigation).
5、 Technologie de récolte d'énergie (scénario de consommation d'énergie ultra-faible)
Pour les vannes intelligentes à très faible coût qui ne nécessitent qu'une communication intermittente (comme le signalement d'un état) et qui n'ont pratiquement pas besoin de piloter l'action de la vanne (comme la fonction de détection pure + retour d'information sans fil), la technologie de récolte d'énergie peut être utilisée pour obtenir une alimentation électrique "sans maintenance".
Techniques courantes
Récolte d'énergie vibratoire : En utilisant la vibration mécanique des pompes d'irrigation et des canalisations, la vibration est convertie en énergie électrique (niveau de puissance de μ W) par l'intermédiaire de plaques céramiques piézoélectriques.
Collecte d'énergie par différence de température : En utilisant la différence de température entre le sol et l'air (par exemple, la température du sol est plus élevée que celle de l'air pendant la journée), l'énergie est générée par des générateurs thermoélectriques (TEG).