پتانسیل سنجی و تعیین اندازه مولد فتوولتائیک مستقل جهت تامین انرژی یک سامانه آبیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

استفاده از سامانه‌های فتوولتائیک(PV) راه‌حلی مفید برای تامین توان پمپاژ مورد نیاز آبیاری مزارع و باغات دور از شبکه (منفصل از شبکه) محسوب می‌شود. طراحی سامانه‌های فتوولتائیک پمپاژ آب به ‌شدت به برآورد نیاز آبی گیاه وابسته است. از آنجا که نیاز آبی در طول فصل آبیاری متفاوت و تابش خورشیدی با زمان تغییر می‌کند، انجام شبیه سازی‌های دقیق به‌ منظور دستیابی به طراحی موفق و مطلوب با اهمیت است. هدف این مقاله ارائه روشی برای طراحی سامانه‌های فتوولتائیک پمپاژ آب با ترکیب مدل‌های نیاز آب و توان خورشیدی است. در این مطالعه از داده‌های ایستگاه هواشناسی کرج طی دوره ده ساله (2005 – 2014) برای برآورد نیاز آبی و توان خورشیدی منطقه کرج استفاده شده است. نیاز آبی ماه‌های مختلف سال با استفاده از مدل تبخیر و تعرق پنمن-مانتیث برآورد گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که بیشترین نیاز آبی مربوط به ماه جولای با 70 مترمکعب در روز بود. با برآوردهای صورت گرفته مشخص گردید که جهت تامین انرژی لازم برای پمپاژ روزانه حداکثر 70 متر مکعب آب در روز با ارتفاع 30 متر و در نظر گرفتن راندمان هیدرولیکی پمپ و نیز راندمان سایر اجزای سامانه مورد نظر، به پمپی با توان 2200 و ظرفیت پنل خورشیدی 3222 وات با مساحت حدود 22 مترمربع نیاز خواهد بود. 
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Potential evaluation and sizing of an off-grid photovoltaic generator for the energy supply of an irrigation system.

نویسندگان [English]

  • Ahmad Omidi 1
  • Reza Alimardani 2
  • Majid khanali 3
1 Ph.D. Student, Department of Agricultural Machinery Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Professor, Department of Agricultural Machinery Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Assistant Professor, Department of Agricultural Machinery Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

The use of photovoltaic (PV) systems is a useful solution for providing the required pumping power for irrigation of farms and gardens away from the grid (detached from the grid). The design of photovoltaic systems for water pumping completely depends on estimating the plant's water requirement. Because the water needs vary with time during the different irrigation season and solar radiation, performing accurate simulations is essential in order to achieve a successful and desirable design. The purpose of this paper is to provide a method for designing photovoltaic water pumping systems by combination water estimation relations and solar power models. In this study, Karaj station meteorological data during the ten year period (2005-2014) was used to estimate water demand and solar power. The water requirement of different months was estimated using the Penman-Monteith evapotranspiration model. The results showed that the highest water requirement was in July with 70 m3/day. It was estimated that in order to provide the necessary energy for daily pumping of up to 70 m3/day with a height of 30 m and taking into account the pump hydraulic efficiency and the efficiency of other components of the system, the pump with a power of 2200 W, the solar panel capacity of about 3222 W with 22 square meters area would be enough.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photovoltaic
  • Energy
  • Irrigation system
  • sizing

مراجع

Alizadeh, A. (2003). Water, Soil and Plant Relationship (4th ed.). Mashhad. Imam Reza University Press. (In Farsi)
Alizadeh, A. Kamali, GH. Khanjani, MJ. & Rahnavard MR. (2002). Evaluation of methods for estimation of evapotranspiration in arid regions of Iran. Journal of Geography Research. 73(1), 97-105. (In Farsi)
Allen, R.G. Pereira, L.S. Raes, D. & Smith, M. (1998). Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56, Rome, Italy, 300 p.
Anonymous. 2016. Agriculture Jihad Ministry of Iran. National Water document (NETWAT Software).
Bouzidi, B. Haddadi, M. & Belmokhtar, O. (2009). Assessment of a photovoltaic pumping system in the areas of the Algerian Sahara. Renewable and sustainable energy reviews, 13(4), 879-886.
Bahrami, E. & Abaspour-Sani, K. (2010). Determination of the optimum tilt angle of solar array in Karaj climate conditions. Iranian Journal of Energy. 15(2), 37-44. (In Farsi)
Bora, B. Prasad, B. Sastry, O. S. Kumar, A. & Bangar, M. (2017). Optimum sizing and performance modeling of Solar Photovoltaic (SPV) water pumps for different climatic conditions. Solar Energy. 155(1), 1326-1338.
Campana, P. E. Li, H. & Yan, J. (2013). Dynamic modelling of a PV pumping system with special consideration on water demand. Applied energy. 112(1), 635-645.
Castaner L, Silvestre S. (2002). Modelling photovoltaic systems using PSpice. (1st ed.). UK: Wiley.
Chandel, S. S. Naik, M. N. & Chandel, R. (2017). Review of performance studies of direct coupled photovoltaic water pumping systems and case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 76(1), 163-175.
Collares-Pereira, M. and Rabl, A. (1979). The average distribution of solar radiation correlation between diffuse and hemispherical and between daily and hourly insolation values. Solar Energy. 22 (2), 155–164.
Deveci, O. Onkol, M. Unver, H. O. & Ozturk, Z. (2015). Design and development of a low-cost solar powered drip irrigation system using Systems Modeling Language. Journal of Cleaner Production. 102(2), 529-544.
El-Shimy, M. (2013). Sizing optimisation of stand-alone photovoltaic generators for irrigation water pumping systems. International Journal of Sustainable Energy. 32(5), 333-350.
Fedrizzi, M. C. Ribeiro, F. S. Zilles, R. (2009). Lessons from field experiences with photovoltaic pumping systems in traditional communities. Energy Sust Dev. 13(1), 64–70.
Glasnovic, Z. & Margeta, J. (2007). A model for optimal sizing of photovoltaic irrigation water pumping systems. SolarEnergy. 81 (7), 904–916.
Hargreaves, G. H. (1994). Defining and using reference evapotranspiration. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 120(6), 1132-1139.
Jafarkazemi, F. & Mardi, H. (2010). Study of solar Radiation Data at Synoptic Station of Islamic Azad University, South Tehran Branch. Mechanical Engineering Journal, 20(1), 68-75. (In Farsi)
Kamel, S. & Dahl, C. (2005). The economics of hybrid power systems for sustainable desert agriculture in Egypt. Energy.  30 (8), 1271–1281.
Sharifian, H. Ghahraman, B. Alizadeh, A & Mirlotfi, M. (2003). Evaluation of Different Radiation and Humidity Methods for Estimating of ET0 and Analysis of Aridity Effects in Golestan Province. Journal of Water and soil Science. 19(2), 280-290. (In Farsi)
Suzuki, M. (2015). Identifying roles of international institutions in clean energy technology innovation and diffusion in the developing countries: matching barriers with roles of the institutions. Journal of Cleaner Production. 98(1), 229-240.
Wazed, S. M. Hughes, B. R. O’Connor, D. & Calautit, J. K. (2018). A review of sustainable solar irrigation systems for Sub-Saharan Africa. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81(1), 1206-1225.
Xu, H. Liu, J. Qin, D. Gao, X. & Yan, J. (2013). Feasibility analysis of solar irrigation system for pastures conservation in a demonstration area in Inner Mongolia. Applied energy. 112(2), 697-702.
Yesilata, B. & Firatoglu, Z.A. (2008). Effect of solar radiation correlations on system sizing: PV pumping case. RenewableEnergy. 33 (1), 155–161.
مهندسی بیوسیستم ایران
دوره 49، شماره 3
آبان 1397
صفحه 477-488

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 آبان 1396
  • تاریخ بازنگری: 02 بهمن 1396
  • تاریخ پذیرش: 18 بهمن 1396

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار