【專題報導二】太陽能WSN養殖水質及智慧節源監控系統

文/圖 行政院農業委員會水產試驗所 林志遠研究員、白志年副研究員、陳永欣技工

一、擬解決問題

希望利用無線資通訊科技，整合太陽能發電設施、數位電表、數位水表及水質監測等儀器或模組，針對目前傳統養殖所遭遇之耗電、耗水及寒害等問題，建構一智慧監控水產養殖物聯網系統，進行太陽能、風力發電與養殖周邊用水、用電、水質等之監測與自動回饋控制，並利用太陽能板防風角位、支架及加熱裝置等衍生效益，可達到養殖池節電、省水、越冬禦寒之目的，以符合政府節能減碳之政策目標，以及協助減緩中南部地層下陷之危機，並減少養殖業者越冬寒害損失。

二、解決方案

水產試驗所（以下簡稱本所）開發「太陽能WSN養殖水質及智慧節源監控系統」（以下簡稱本系統），包括綠能發電及池水加溫子系統、智慧節水養殖子系統、智慧監控子系統等三大子系統，先於本所淡水繁養殖研究中心利用2個養殖池進行雙池分組對照養殖試驗及分析，期能透過實驗對照進行相關數據收集研究，確實掌握執行效益，以利後續成果推廣應用。

圖1、系統架構設計圖

在綠能發電及池水加溫子系統部份，採用太陽能光電發電系統，另亦建置風力發電系統，以備在陰天及晚上無法進行太陽能發電時之用。綠能發電裝置產生之電力除供本案設備自用外，多餘之電力將與本所淡水繁養殖研究中心供電系統併聯使用，以達降低整體電費之目標。

圖2、太陽能光電發電

另外為避免魚群受到寒害侵襲而大量死亡及平時加速其成長，同時將建置封閉循環式池水加溫裝置，包含真空管式太陽能集熱器、儲水設備、深入池內之熱導管。集熱器產生之熱水於導管內流動循環，並以熱交換之方式對池水進行加溫，儲水設備規劃包含輔助加溫裝置，以備當日照不足時，得改以風力發電或以市電對儲水進行加溫。

圖3、池水加溫裝置

在智慧節水養殖子系統部份，包含數位電表、數位水表、多點水質監測系統、監測記錄通訊器等，對各項環境參數進行監測，並對各項養殖設備包含流量計、流量控制器、鼓風機、自動投餵機等進行自動控制。將依照水質監測，包含導電度（EC）、溶氧量（DO）、酸鹼值（pH）等進行水量控制，以進行節水措施。同時配合氣候溫度及魚體長度控制飼料投餵，以提高餵飼效率，期減少飼料成本。

圖4、節水監控裝置

本案除建立實驗組系統資料外，亦於其他養殖池建立對照組。對照組及實驗組飼養相同之魚種及密度，然對照組僅安裝最低限度之養殖設備，藉由比較實驗組及對照組之各項數據，以分析本案之實際效益，包含因綠能發電子系統減少之用電支出及二氧化碳排放量；因池水加溫子系統提升之魚群存活率；因智慧節水養殖子系統減少之用電支出、地下水用量等。

三、成果效益

目前已完成整池清池作業，並放養平均體重3.11g，體長5.49cm吳郭仔魚約800隻，平均放養於2口試驗及對照組魚池（每口約400尾）。規劃每天投餌量為體重的8%，即每池投餌量為99.52g，一個月共投99.52*30=2,985.6g。預計餌料效率0.7，活存率100%，平均增重為7.4g，平均體重為10.51g/尾。

透過池水加溫裝置，將能有效提升水溫1℃。現氣候適宜，水溫溫差不大，預期冬季寒流來襲，水溫能有效加溫3℃以上，降低寒害發生機率。

依照目前現有數據(11/7-11/25)，估算透過太陽能發電，一年約可以節省電價為46,800元。唯本系統建置完成為11月份，若全年運轉，太陽能（夏季）與風力（冬季）發電效率可再提升，預估3-5年可以回收建置成本（太陽能發電+風力發電+施工費用）。

另在節水效益部份，實驗池是否放水，是依據pH（酸鹼值¬）、EC（導電度）、DO（溶氧）來判斷水閥開關，若維持正常，可以不用持續進水，以一分地面積養殖池水容量720噸、每日五分之一換水量，而系統建置控制水質穩定下不進水之省水比例60%計算，估算10池規模養殖場每月可節省用水約25,920噸。

藉由本系統之建置，將能透過物聯網技術應用有效進行水產養殖環境監控，初步達到節能、節水、預防寒害之效果，未來將持續進行各項數據監控，累積水產養殖大數據資料，以進一步分析最佳餵飼方案，降低養殖業者投餵成本。最後將以模組化方式，協助水產養殖業者導入，以提升臺灣水產養殖效率，發展智慧水產養殖技術。

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