Comparative study of drip irrigation systems using indoor amorphous photovoltaic panels
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i11.19288Keywords:
Drip irrigation system; Photovoltaic pumping system; Photovoltaic systems; Shewhart chart; Sunny and partially cloudy days.Abstract
Solar energy is a clean and renewable energy production option and can be applied to pumping water. Pumping water with photovoltaic solar energy is one of the technologies that has stood out in the country. In this context, the work aimed to evaluate the different methods of a drip irrigation system as a function of the use of an indoor amorphous photovoltaic pumping system, without electrical energy storage. The study was installed at the State University of Western Paraná. Voltage and current data were generated by the photovoltaic panels; solar irradiation was measured by the pyranometer device; the water pump flow rate was determined using the flow meter and in-line drip tube types. Irrigation performance was determined by the water distribution uniformity coefficients (CUD) and Christiansen’s uniformity coefficient (CUC). Tests were performed on open and partially cloudy days. The experiment totaled 40 sampled data, half being collected on sunny days and the other half on partially cloudy days, at 9:45 am; 11:00 am; 1:30 pm and 3:00 pm. The methodology had the greatest influence on the CUD value. For the CUC parameter, the values were approximately 89% for the studied methods. Values remained under control for the Shewhart graph, but with the process capacity index affected.
References
Alvarenga, A. C., Ferreira, V. H., & Fortes, M. Z. (2014). Energia solar fotovoltaica: uma aplicação na irrigação da agricultura familiar. Sinergia, 15 (4), 311-318.
American Society of Agricultural and Biological Engineers. ASABE. (1996). Field evaluation of micro-irrigation Systems, St. Joseph, USA.
Andrade, M. G. (2013). Efeito de um sistema de bombeamento de água fotovoltaico na operação de um microaspersor. Dissertação de mestrado. Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, Brazil.
Andrade, M. G., Vilas Boas, M. A., Siqueira, J. A. C., Dieter, J., Sato, M., Hermes, E., Mercante, E., & Tokura, L. K. (2017). Statistical quality control for the evaluation of the uniformity of microsprinkler irrigation with photovoltaic solar energy. Renewable and Sustainable Energy, 78, 743-753. 10.1016/j.rser.2017.05.012
Andrade, M. G. D., Vilas Boas, M. A., Siqueira, J. A. C., Sato, M., Dieter, J., Hermes, E., Mercante, E. (2017). Uniformity microsprinkler irrigation system using statistical quality control. Ciência Rural, 47, e20160546. 10.1590/0103-8478cr20160546.
Brazilian Association of Technical Standards. ABNT. (1985). System central sprinkler irrigation, characterization and performance - test method: 1st Draft Standards. River of January. 22p.
Chandel, S. S., Nagaraju Naik, M., & Chandel, R. (2015). Review of solar photovoltaic water pumping system technology for irrigation and community drinking water supplies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 49, 1084-1099. 10.1016/j.rser.2015.04.083
Christiansen, J. E. (1942). Irrigation by sprinkling. University of California, 124p.
Costa, A. F. B., Epprecht, E. K., & Carpinetti, L. C. R. (2008). Controle Estatístico de Qualidade (2nd ed.). Editora Atlas.
Denículi, W., Bernardo, S., Thiébaut, J. T. L., & Sediyama, G. C. (1980). Uniformidade de distribuição de água, em condições de campo num sistema de irrigação por gotejamento. Revista Ceres, 27 (150), 155-162.
Duarte, K. A., Pereira, M. M., Souza, J. M., Pereira, M. K. M., Gomes, G. P., & Xerez, F. N. F. B. (2012). Desempenho de um sistema de irrigação por microaspersão na cultura da atemóia (Annona ssp.). INOVAGRI International Meeting, http://www.inovagri.org.br/meeting2012/wp-content/uploads/2012/06/Protocolo289.pdf.
Fernandes, A. I., Carvalho, M. A. R., Carvalho, L. C. C., & Santos Neto, A. M. (2012). Avaliação de um sistema de irrigação pelas metodologias de Keller e Karmeli, e de Denículi em citros irrigados por gotejamento. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, 6 (2), 74-80. 10.7127/rbai.v6n200085
Grah, V. F., Botrel, T. A., Ponciano, I. M., Damasceno, A. P. A. B., Salvador, C. A., & Alves, D. G. (2012). Solução alternativa para bombeamento de água e automação da irrigação sem o uso de energia elétrica. Irriga, 1 (1), 309-323. 10.15809/irriga.2012v1n01p309
Grant, F. (2019). Development and validation of a systems-level cost optimization tool for solar-powered drip irrigation systems for smallholder farms. Doctoral thesis. Massachusetts Institute of Technology.
Haupenthal, S. W., Siqueira, J. A., Tokura, L. K., Nogueira, C. E. C., Vilas Boas, M. A., Nascimento, L. F. J., & Rocha, E. O. (2018). Evaluation of a Photovoltaic Energy System Applied to a Drip Irrigation System. Journal of Agricultural Science, 10 (8), 43-55. 10.5539/jas.v10n8p43
Justi, A. L., Vilas Boas, M. A., & Sampaio, S. C. (2010). Índice de capacidade do processo na avaliação da irrigação por aspersão. Engenharia Agrícola, 30 (2), 264-270. 10.1590/S0100-69162010000200008
Keller, J., & Karmeli, D. (1974). Trickle irrigation design parameters. Trans. ASAE, 17, 678-684. Saint Joseph.
Li, G., Jin, Y., Akram, M. W., & Chen, X. (2017). Research and current status of the solar photovoltaic water pumping system - A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 440-458. 10.1016/j.rser.2017.05.055.
Lopes, A. R., Vilas Boas, M. A., Pazuch, F. A., Dalla Corte, L., Ostroski, D. A., Remor, M. B., Mohr, F. B. M., Dotto, M., Zanella, A. P., Carvalho, A. F G., Freddo, A. R., Bertoldo, I. C., Pirola, K., & Giarola, C. M. (2019). Statistical Quality Control in Uniformity of Drip Irrigation With Different Slopes. Journal of Agricultural Science, 11 (16), 195-205. 10.5539/jas.v11n16p195
Mantovani, E. C. (2000). A Irrigação do cafeeiro. In: Zambolim, L. Café: produtividade, qualidade e sustentabilidade, UFV.
Mantovani, E. C. (2000). Café: produtividade, qualidade e sustentabilidade (Eds: L. Zambolim), UFV.
Montgomery, D. C. (2009). Introdução ao controle estatístico de qualidade, (4th ed.), (Eds: Farias AML, Flores VRLF, Laurencel LC). Rio de Janeiro: Editora LTC.
Rawat, R., Kaushik, S. C., & Lamba, R. (2016). A review on modeling, design methodology and size optimization of photovoltaic based water pumping, standalone and grid connected system. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 1506-1519. 10.1016/j.rser.2015.12.228
Reference Center for Solar and Wind Energy Sergio de Sálvio Brito. CRESESB. (2019). Presented at the SUNDATA, Brazil, July.
Santos, M. A. L., Santos, D. P., Silva, D. S., Santos Silva, M., & Cavalcante, P. H. S. (2016). Avaliação da uniformidade de distribuição de um sistema de irrigação por gotejamento em inhame (Dioscorea cayennensis L.). Revista Ciência Agrícola, 13 (1), 7-12.
Szekut, F. D., Klein, M. R., Suszek, F. L., Vilas Boas, M. A., & Zuculotto, T. (2014). Índice de capacidade de processo na irrigação por gotejamento destinado à agricultura familiar. In: II Brazilian Symposium on Salinity & II Brazilian Meeting on Irrigation, 2014, Fortaleza - CE. II INOVAGRI International Meeting. 10.12702/ii.inovagri.2014-a429.
Valer, L. R., Melendez, T. A., Fedrizzi, M. A., Zilles, R., & Moraes, A. M. (2016). Variable-speed drives in photovoltaic pumping systems for irrigation in Brazil. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 15, 20-26. 10.1016/j.seta.2016.03.003.
Vick, B. D., & Neal, B. A. (2012). Analysis of off-grid hybrid wind turbine/solar pv water pumping systems. Solar Energy, 86, 1197-1207. 10.1016/j.solener.2012.01.012
Vieira, G. H. S., & Mantovani, E. C. (2004). Estudo comparativo da avaliação de sistemas de irrigação por gotejamento com medição da vazão de 16 e 32 gotejadores. XIV Congresso Nacional de Irrigação e Drenagem, Porto Alegre, RS. Brazil.
Vieira, G. H. S., Mantovani, E. C., & Cordeiro, E. A. (2003). Estudo comparativo da avaliação de sistemas de irrigação por gotejamento utilizando os métodos propostos por Keller e por Denículi. Paper presented dat the Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras, Araxá, MG. Brazil.
Vilas Boas, M. A. (2016). Fundamentos de irrigação localizada, Edunioeste.
Villalva, M., & Gazoli, J. (2012). Energia solar fotovoltaica: conceitos e aplicações, Érica.
Yu, Y., Liu, J., Wang, Y., Xiang, C., Zhou, J. (2018). Practicality of using solar energy for cassava irrigation in the Guangxi Autonomous Region, China. Applied Energy, 230, 31-41. 10.1016/j.apenergy.2018.08.060
Zago, E. A. (2017). Desempenho de um sistema de irrigação por gotejamento utilizando energia fotovoltaica. Dissertação de mestrado. Universidade Estadual do Oeste do Paraná.
Zocoler, J. L., Cesar, L. E. V., & Vanzela, L. S. (2004). Efeito da posição relativa da linha lateral de um equipamento de irrigação do tipo pivô central na uniformidade de distribuição de água e eficiência de irrigação. Engenharia Agrícola, 12 (4), 290-297.
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Copyright (c) 2021 Vander Fabio Silveira; Jair Antonio Cruz Siqueira; Laís Fernanda Juchem do Nascimento; Luciene Kazue Tokura; Alessandra Mayumi Tokura Alovisi; Marcio Antonio Vilas Boas; Carlos Eduardo Camargo Nogueira; Marta Mitiko Kubota de Siqueira; Carlos Adriano Bohn; Renan Marques; Soni Willian Haupenthal; Cristiano Fernando Lewandoski; Gilson Debastiani
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