Construyendo mi huerto autónomo inteligente (I)

Ya he ido comentando por ahí que tengo como intención construir un huerto autónomo. Con autónomo me refiero tanto de energía (cuenta con paneles solares) como de interacción humana. No obstante, tengo como requisito poder acceder y pasar al control manual en cualquier momento y desde cualquier lugar (a través de internet). Esto no es ningún tutorial ni nada parecido, sólo voy a ir publicando mis experiencias paso a paso. Comencemos.
Una vez tengo claro mi objetivo, el primer paso es ver si es factible. Voy a pensar la lista de requisitos y ver cómo los voy a ir solucionando uno a uno.

  • Autonomía energética: 100% desconectado de la red eléctrica. Por lo tanto necesito una vía para obtener energía eléctrica y para almacenar energía. Tengo pensado transformar un poco de la energía que recibimos del sol en energía eléctrica mediante paneles solares. Para almacenar energía una batería.
  • Recogida de información del entorno: Lo que vienen siendo sensores. Partamos de la base de que mi conocimiento sobre jardinería y agrícola en general tiende peligrosamente a 0. Confío en que mi ignorancia en este tema no cause infartos a los expertos que puedan ver las barbaridades que seguramente haré. En principio he pensado en recoger información sobre la humedad, temperatura, presión atmosférica e iluminancia. Además el sistema deberá monitorizarse a sí mismo (consumo instantáneo y medias, picos, cantidad de energía que se está obteniendo…).
  • Procesamiento de información: Como mi conocimiento base es nulo, adquiriré el conocimiento a través de los datos que vaya obteniendo. Podría leerme libros y cosas así, pero mi objetivo con este proyecto no es crear superplantas sino practicar con sistemas inteligentes que aprenden (esta vez con datos reales).
  • Control remoto: Mi plantación estará a bastantes km de donde vivo y por ello me gustaría conocer la salud del sistema así como controlarlo manualmente si fuera necesario.
  • Bajo consumo: La energía será un bien escaso, intentaré aprovechar cada Julio como si fuera oro.
  • Reproducible: Quiero que cualquier pieza sea fácilmente reemplazable. Si algo se rompe podría comprar ese componente genérico (nada de piezas que sólo fabrica un fabricante) en cualquier sitio y listo (la obsolescencia programada es un éxito comercial pero técnicamente es una espinita clavada en nuestro corazón)
  • Económico: Cualquiera puede venir con 10000 millones y construir lo que quiera. En mi caso ni tengo ese dinero y aunque lo tuviera trataría de gastar lo mínimo.

Más o menos estos van a ser las directrices que me guiarán en cada decisión. Vamos allá. Antes de nada, quiero dejar claro que mi ignorancia sobre tema de plantas es nulo. Algo realmente obvio puede ser para mi un gran descubrimiento. También quiero añadir que mis conocimientos sobre electrónica  son bastante pobres pero haré lo que pueda. Mi campo es el software, ahí sí podéis fustigarme aunque cualquier sugerencia o crítica constructiva será bien recibida.

Construyendo el sistema

El resto del post lo voy a dedicar a hablar teóricamente de la batería y el panel solar. A ver qué sale.

Lo primero que se me pasa por la cabeza es que necesito que por el día se obtenga tanta energía como para alimentar el sistema además de un poco más, lo suficiente, como para alimentar el sistema cuando no se genera energía (por ejemplo por la noches). Es más, puestos a pedir también quiero que el sistema sea capaz de subsistir por lo menos 2 días completos sin una gota de luz. Aquí donde vivo no es raro que en invierno nieve y se me tapen los paneles solares. Como el sistema monitorizará todo lo relativo a la energía, haciendo cuatro cuentas el sistema sabrá si va bien, si tiene que hacer algún ajuste para gastar menos o si se dirige al colapso total. En ese caso un ente todopoderoso tomará el control y decidirá qué hacer 😛 (típicamente correr en círculos mientras se grita “aaahh vamos a palmar!!”)

Otro factor importante es que la batería estará es unas condiciones poco favorables. Cambios de temperatura y cargas y descargas constantes. En un principio había pensado en baterías LiPO ya que tienen una densidad de carga muy grande y estoy acostumbrado a ellas. Pero las condiciones adversas del mundo real me hicieron descartarlas en favor de una batería de ácido (la de un coche) de toda la vida.

Conjunto de baterías LiPo de diferentes tamaños. En muy poco espacio almacenan mucha energía

El principal motivo es que estas baterías con una roca en comparación con las LiPo que son unas marquesas muy caprichosas. Podría haberme decidido por baterías específicas para paneles solares (muy parecidas una batería “normal”) pero son demasiado caras y ninguno de sus extras nos sirve para nada. Recuerda que nuestro sistema es bajo consumo y

Batería de ácido de toda la vida. Muy robustas y fáciles de adquirir

drenará poco a poco la batería, mientras que la baterías para paneles solares están pensados para consumos mucho más grandes como los de una vivienda (dar mucha más caña a las baterías porque las personas gastan mucho las jodidas). Una batería estándar suele almacenar una energía de 45Ah a 12V. Veremos si es suficiente. La intensidad máxima nos es totalmente irrelevante ya que vamos a necesitar muy poca (y teniendo en cuenta que son capaces de encender las bujías y calentar los cilindros de un motor vamos sobrados pero de muchísimo). Una batería normal tira por lo menos 400A. Sí ya se que son picos y demás pero aunque fueran 200A sería como pensar si un lanzallamas tiene la capacidad suficiente para encender un cigarrillo.

En cuanto al panel solar no hay mucho que decidir, básicamente la pontecia máxima que entrega (que tiende a ser directamente proporcional a la superficie). En mi caso quiero la mínima superficie que cumpla todos mis requisitos. Como todos sabemos como van estas cosas, si espero que la potencia disipada por el sistema sea de 5W instalaré paneles que “ofrezcan” hasta 10W. Un 50% de las especificaciones creo que es un buen margen. También hay que tener en cuenta que donde vivo, en invierno te pelas de frío y en verano hace calor. Por este motivo utilizaré paneles policristalinos que aunque tienen un rendimiento menor, son más baratos y van mejor en este tipo de condiciones.

Vayamos al tema de la electrónica. Tengo pensado utilizar arduinos, sensores y una placa tipo beaglebone o raspberry. El arduino se encargará de interactuar con los sensores (interfaz con el mundo real) y el mini pc almacenará y procesará esos datos (será el cerebro). Yo utilizo arduinos mini pro que de memoria se que vienen a gastar uno 20mA y el beaglebone unos 400mA. Me gusta ponerme en casos extremos así que multiplico por dos y redondeo al alza y supongo que el sistema va a gastar 1A a 5V (lo que vienen a ser 5W). Vamos a hacer un poco de cuentas. La batería almacena 45Ah a 12V lo que vienen a ser 45Ah * 12V = 540Wh. El sistema disipa 5W así que en un día gasta 5W * 24h = 120Wh. Cojo como tiempo un día porque entiendo que es ciclo mínimo que cuenta con horas de generación (día) como sólo consumo (noche). Hacemos una división y nos da que podría estar 540/120=4,5 días funcionando sólo con la batería (sin aporte de energía de los paneles). Creo que es un buen margen, más teniendo en cuenta que he puesto un consumo bastante mayor que el que seguramente sea en realidad.

Otra manera de calcular esto podría ser 540Wh/5W = 108h y ahora 108h/24hDia = 4,5 Días. Creo que esta batería nos puede servir.

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Panel policristalino de unos 10W. Necesitaría 4 de estos

En cuanto al tema del panel solar ando un poco pez. Leyendo un poco este documento http://www.ine.es/daco/daco42/bme/c19.pdf veo que por mi zona en Diciembre podría tener unas 6 horas de sol al día. Cojo Diciembre por ser uno de los meses en los que menos Sol habrá. Con estas 6 horas debería dar como para alimentar el sistema más un poco para alimentarlo por la noche (18 horas de horas de no Sol). Repito que no sé si estas cuentas tienen sentido o no, sólo actúo en base a mi lógica. Antes mencioné que podría usar un panel de 10W, entendiendo que tendré una media de rendimiento de 0,5 osea 5W.

Estos 5W a lo largo del día obtendría 5W * 6h = 30Wh de energía diaria. Necesito 120Wh así que necesitamos más paneles. ¿Cuántos? Pues vamos a ver, si dividimos 120Wh de energía necesaria entre 6h de sol al día: 120Wh / 6h = 20W. Tendiendo en cuenta nuestro 0.5 de rendimiento, necesitaríamos 40W de paneles solares. Es viable.
Hay que tener en cuenta de que en verano nos sobrará bastante energía pero hay que ponerse en el peor caso, invierno. Se podrían hacer cuentas para ver cuánto excedente obtenemos en verano y ver si sale más rentable (que no creo) comprar más baterías y esa ese excedente en invierno (cuando la generación de energía será menor que el consumo). Por cuestión de mantenimiento, de momento pondremos el mínimo de batería y todos los paneles que sean necesario puesto que 40W no es mucho. Espero que todos los (generosos) márgenes sean excesivos porque generar energía de más no es un problema, pero generar de menos sería un fracaso.

Como comenté al principio, todo esto son cálculos teóricos con muy poca base pero que algo de cierto tendrán. Ya veremos en qué queda. En próximos posts iré abarcando el resto de temás y sobretodo, cómo lo iré construyendo.

Nos vemos

 

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1 Response

  1. 9 noviembre, 2015

    […] y la pusieron disponible (qué chicos más eficientes!). Las demás con cosas mías (de mi huerto solar autónomo) que son públicas (en mi github) pero lo suficientemente maduras (están en desarrollo) como para […]

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