Diseño basado en simulación de una microrred solar de riego agrícola resiliente con control analógico-discreto para la agricultura rural del Caribe

Resumo

La vulnerabilidad climática, el estrés hídrico, la inseguridad energética y las limitaciones de productividad agrícola convergen con especial intensidad en contextos caribeños de pequeñas islas y en desarrollo tropical. Este artículo presenta RESILIA-AGRO-DR, una plataforma modular de riego solar agrivoltaico diseñada para la República Dominicana y adaptable a América Latina. El sistema propuesto integra una bahía fotovoltaica agrivoltaica de 5,5 kWp, un banco de baterías de 48 V, riego por goteo, seguimiento analógico de puntos de máxima potencia, lógica de riego basada en hardware, circuitos de protección discretos y un supervisor de inteligencia artificial opcional para optimización no crítica. El principio central de diseño es la separación funcional: acciones críticas para la seguridad como la protección de baterías, la prevención de funcionamiento en seco, el umbral entre humedad del suelo y el enclavamiento de bombas se ejecutan mediante lógica analógica y discreta verificable en lugar de por software. La inteligencia artificial se utiliza únicamente para recomendaciones de puntos de ajuste informadas por el clima, mantenimiento predictivo y análisis operativos. Se generó un conjunto de datos sintético de simulación de 45 días para evaluar la autonomía energética, la demanda de riego, el estado de carga de las baterías y la reducción del consumo de agua bajo supuestos representativos de operación tropical. El módulo simulado de 5,5 kWp producía 19,9 ± 3,8 kWh día−1, mientras que las cargas diarias totales promediaban 5,47 ± 0,74 kWh día−1. El estado medio de carga de la batería al final del día se mantuvo por encima del 90% tras el periodo inicial de recuperación de carga, y el sistema mantuvo el cumplimiento del 100% de autonomía energética usando un criterio del 20% de estado mínimo de carga. El riego agrícola simulado basado en la demanda redujo el agua aplicada en un 22,5% en comparación con un programa convencional de goteo. Un modelo económico de base estimó un retorno simple de aproximadamente 5,5 años bajo supuestos beneficios evitados en el diésel, mano de obra, agua y productividad. Los resultados respaldan a RESILIA-AGRO-DR como una plataforma técnicamente plausible y socialmente relevante para la electrificación rural resiliente, la agricultura eficiente en el consumo de agua y la infraestructura de energía renovable sostenible localmente. El despliegue en el campo es necesario para validar la respuesta agronómica, la fiabilidad a largo plazo, la resistencia a la corrosión tropical y el rendimiento tecnoeconómico completo.