Какие существуют решения для питания интеллектуальных клапанов в системах орошения в сельском хозяйстве

В сценариях сельскохозяйственного орошения стабильное электропитание интеллектуальных клапанов (таких как электрические клапаны) является основной гарантией их надежной работы. Ввиду обширной территории, слабой энергетической инфраструктуры и сложного рельефа в сельскохозяйственной среде традиционное муниципальное электроснабжение сопряжено с такими проблемами, как высокая стоимость проводки и сложность обслуживания. Поэтому необходимо выбирать гибкие и эффективные решения по электроснабжению в зависимости от особенностей сценария. Ниже представлены распространенные решения интеллектуального электроснабжения с клапанами, охватывающие различные технологические направления, такие как новая энергия, хранение энергии и сбор энергии на месте, а также анализирующие их применимые сценарии, преимущества и недостатки: 1、 Система питания от солнечной энергии Солнечная энергия является наиболее часто используемым новым методом энергоснабжения в сценариях сельскохозяйственного орошения, особенно подходящим для областей с достаточным количеством солнечного света, таких как открытые поля, фруктовые сады, чайные сады и т.д. Ее преимуществами являются чистота, возобновляемость и возможность сбора энергии на месте. Основной состав Солнечные панели: Выбирайте монокристаллические/поликристаллические кремниевые панели в зависимости от мощности интеллектуального клапана (обычно 5-50 Вт), с диапазоном мощности 10-100 Вт (в соответствии с ежедневным потреблением энергии). Аккумуляторная батарея: накапливает избыточную электрическую энергию для работы в условиях низкой освещенности, например, в пасмурные дни или в ночное время. Обычно используются литиевые (например, литий-железо-фосфатные, которые отличаются длительным сроком службы и высокой плотностью энергии) или свинцово-кислотные (недорогие и подходящие для низкочастотного использования) батареи. Емкость рассчитывается исходя из суточного потребления энергии, умноженного на количество резервных дней (обычно 3-7 дней). Модуль управления энергопотреблением: включает в себя защиту от заряда и разряда, преобразование напряжения (например, выход 12В/24В), функцию контроля освещения/пробуждения по времени, что позволяет избежать перезарядки и разрядки аккумулятора и продлить срок его службы. Применимые сценарии Открытые участки с достаточным количеством солнечного света (например, равнинные сельскохозяйственные угодья, горные сады). Частота работы интеллектуальных клапанов умеренная (например, открытие и закрытие 3-5 раз в день), а время одной работы короткое (от нескольких секунд до нескольких минут). преимущества и недостатки Преимущества: Не требуют подключения, длительный цикл обслуживания (срок службы батареи 2-5 лет), низкие эксплуатационные расходы. Недостатки: Сильно зависит от погодных условий (в дождливые дни возможны перебои в подаче электроэнергии), а также относительно высокая первоначальная стоимость оборудования (около 300-1000 юаней/комплект). 2、 Система прямого питания от аккумулятора Для интеллектуальных клапанов с малой мощностью (≤ 10 Вт) и низкой рабочей частотой (например, открытие и закрытие 1-2 раза в день) можно напрямую использовать энергию аккумулятора без сложного оборудования для преобразования энергии, что делает их подходящими для краткосрочного использования или маломасштабных сценариев. Распространенные типы аккумуляторов Литиевые батареи: такие как 18650, 26650 и другие модели, с напряжением 3,7 В (можно последовательно соединять до 12 В), высокой плотностью энергии и сроком службы 3-12 месяцев (в зависимости от энергопотребления). Щелочные сухие батарейки, такие как AA/AAA, имеют низкую стоимость и подходят для интеллектуальных клапанов сверхмалой мощности (например, только для связи), но имеют короткий срок службы (1-3 месяца) и требуют частой замены. Свинцово-кислотные аккумуляторы: напряжение 12В/24В, большая емкость (12-100Ач), подходят для интеллектуальных клапанов небольшой мощности, но тяжелые (неудобны для транспортировки) и имеют короткий срок службы (1-2 года). matlab Использование маломощных микросхем (например, серии STM32L) и механизма пробуждения в режиме сна (пробуждение только во время работы, ток в режиме ожидания ≤ 10 мк А) позволяет снизить потребление энергии в режиме ожидания. Оснащение модулем мониторинга батареи, дистанционное напоминание о необходимости замены батареи через беспроводную связь (LoRa/NB IoT) для снижения затрат на ручную проверку. Применимые сценарии Небольшие теплицы, орошение в горшках или временные экспериментальные поля. Интеллектуальные клапаны должны работать только периодически (например, раз в неделю). преимущества и недостатки Преимущества: Низкая начальная стоимость (около 50-200 юаней за батарею и схему защиты), гибкость развертывания. Недостатки: Ограниченный срок службы батареи, требующий регулярной замены/зарядки (высокие трудозатраты), не подходит для высокочастотных сценариев работы. 3、 Система дополнительного электроснабжения на основе энергии ветра/солнечного ветра В ветреных районах, таких как плато, горные районы и прибрежные сельскохозяйственные угодья, энергия ветра может служить в качестве дополнения к солнечной энергии или даже обеспечить независимое электроснабжение; ветро-солнечная дополнительная система может объединить преимущества обоих и улучшить стабильность электроснабжения. Основной состав Небольшие ветряные турбины: мощностью 10-100 Вт (например, вентиляторы с вертикальной осью, подходящие для низких скоростей ветра), выход DC 12V/24V. Солнечные панели: дополняют энергию ветра (используйте солнечную энергию в солнечные дни, используйте энергию ветра в пасмурные/ночные дни). Аккумуляторная батарея+контроллер: Аналогично системе солнечной энергии, контроллер должен поддерживать как ветровую, так и солнечную энергию, с приоритетом использования ветровой или солнечной энергии (на основе уровня энергии в реальном времени). Применимые сценарии Районы с большой высотой над уровнем моря и меньшим количеством ветра и дождей (например, северо-западные сельскохозяйственные угодья и орошение лугов). Частота работы интеллектуальных клапанов относительно высока (например, открытие и закрытие более 10 раз в день), поэтому требуется стабильное электроснабжение. преимущества и недостатки Преимущества: Стабильность электропитания лучше, чем у одиночной солнечной энергии, подходит для сложных климатических зон. Недостатки: Стоимость вентилятора относительно высока (около 500-2000 юаней), необходимо учитывать место установки (чтобы избежать препятствий). Обслуживание также сложное (вентилятор подвержен накоплению пыли и износу лопастей). 4、 Гидроэлектрическая система питания Если интеллектуальные клапаны устанавливаются вблизи ирригационных каналов и трубопроводов (например, магистральных трубопроводов капельного орошения и открытых каналов), они могут использовать энергию потока воды для привода небольших гидроэлектрогенераторов, достигая "сбора энергии на месте", что особенно подходит для сценариев с водой круглый год. основные технологии Микрогидрогенераторы: делятся на трубопроводные (устанавливаются в ирригационных трубопроводах, используют разницу давления воды) и канальные (плавают на поверхности канала, используют тягу потока воды), мощностью 5-50 Вт и выходным напряжением 12В/24В постоянного тока. Координация накопления энергии: В связи с возможностью нестабильного потока воды (например, вода в периоды полива и перебои в периоды без полива), для хранения электроэнергии необходимо использовать небольшие аккумуляторы (например, литиевые аккумуляторы 12В/20Ач). Применимые сценарии Оросительные каналы с круглогодичным водоснабжением, сельскохозяйственные угодья ниже по течению от водохранилищ или вблизи магистральных трубопроводов систем капельного/дождевального орошения. Интеллектуальные клапаны требуют длительной непрерывной работы (например, мониторинга потока в режиме реального времени и динамической регулировки). преимущества и недостатки Преимущества: Бесплатная и стабильная энергия (при непрерывном потоке воды), нет необходимости зависеть от погоды. Недостатки: Ограничение цикла орошения (не может генерировать электроэнергию при отсутствии воды), установка требует модификации трубопроводов/каналов (что может повлиять на эффективность орошения). 5、 Технология сбора энергии (сценарий с ультранизким энергопотреблением) Для сверхдешевых интеллектуальных клапанов, которым требуется только периодическая связь (например, для сообщения о состоянии) и почти не требуется управлять работой клапана (например, функция чистого зондирования + беспроводная обратная связь), можно использовать технологию сбора энергии для обеспечения питания "без обслуживания". Распространенные методы Сбор энергии вибрации: Используя механическую вибрацию ирригационных насосов и трубопроводов, вибрация преобразуется в электрическую энергию (уровень мощности μ Вт) с помощью пьезоэлектрических керамических пластин. Сбор энергии разности температур: Используя разницу температур между почвой и воздухом (например, температура почвы выше, чем воздуха в дневное время), энергия вырабатывается с помощью термоэлектрических генераторов (ТЭГ).