Photovoltaic solar energy in central pivot irrigation

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v13i7.46354

Keywords:

Autonomy; Renewable energy; Statistical control; Sustainability; Uniformity.

Abstract

The aim of this research was to evaluate the performance of a central pivot irrigation system using energy from an isolated photovoltaic system, through a study experimental lab quantitative study. The energy supply consisted of eight photovoltaic modules with a power of 665W and a 1.5kW frequency inverter, finally connected directly to the pumping system. The power parameters of the photovoltaic system and the water pump motor were measured simultaneously while collecting the water flow from the central pivot. The experiment was conducted at the Experimental Center for Agricultural Engineering (NEEA) at the State University of Western Paraná, UNIOESTE, carrying out 5 days of collection with 30 tests per day, totaling 150 collections. Energy generation by the photovoltaic system was unstable with a coefficient of variation of 9.82 to 56.74%, while the pressure and flow values ​​remained within the nominal specification values ​​according to the process capacity index. The uniformity values ​​were between 54.78 and 61.38%, therefore classified as poor, however it is highlighted that the stability of energy generation improved uniformity. Shewhart's control charts defined that the presence of clouds, as well as low radiation values, affect the energy generation, pressure and flow of the irrigation system, compromising uniformity. Therefore, it is concluded that the layout of the system under study was not satisfactory for appropriate central pivot irrigation. It is therefore recommended to use a battery bank to stabilize energy generation and consumption.

References

Almeida, P. M. de. (2021). Condicionamento da energia solar fotovoltaica para sistemas interligados à rede elétrica. http://www.ufjf.br/la bsolar/files/2011/05/Condicionamento-da-Energia-Solar-Fotovoltaica.pdf.

Associação Brasileira De Normas Técnicas (ABNT). Equipamentos de irrigação agrícola – Emissores e tubos emissores – Especificações e métodos de ensaio (2006). ABNT NBR ISSO 9261. ABNT.

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. doi:10.1016/j.rser.2017.05.012

Berwanger, D., Haupenthal, S. W., Vilas Boas, M. A., & Siqueira, J. A. C. (2023). Uniformidade da irrigação por gotejamento com energia fotovoltaica autônoma utilizando rastreador solar. Research, Society and Development, 12(14), e36121444496.

Dantas, S. G., & Pompermayer, F. M. (2018). Viabilidade econômica de Sistemas Fotovoltaicos no Brasil e possíveis efeito no setor elétrico. Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada – IPEA.

Elektsolar. Energia solar fotovoltaica: Vantagens e Desvantagens. <https://elektsolar.com.br/energia-solar-fotovoltaica-vantagens-e-desvantagens/>. Acesso em: 14 jul 2018.

EPE. Empresa de pesquisa energética. (2016): Energias renováveis. http://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dadosabertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-303/topico-397/Relat%C3%B3rio%20S%C3%ADntese%202018-ab%202017vff.pdf.

Gomes, A. C., Matos, V. S., Wanderley, V. D. S. A., Gonçalves, G. B., Cortes, L. R. C., & Soriano, F. R. (2020). Análise do potencial de geração fotovoltaica no estado da Bahia, Engenharia Elétrica e de Computação: Atividades Relacionadas com o Setor Científico e Tecnológico, 4, 113-128. 10.22533/at.ed.59720061010

Haupenthal, S. W., Vilas Boas, M. A., Siqueira, J. A. C., Tokura, L. K., & Nascimento, L. F. J. (2021). Statistical quality control to emission uniformity in micro sprinkler with autonomous photovoltaic pumping. Research, Society and Development, 10(11), 1 – 12.

Heermann, D. F., & Hein, P. R. (1968). Performance caracteristics of self propeled center pivot sprinkler irrigation system. Transaction of the ASAE, Saint Joseph, 11(1), 11-15.

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. (1975). Trickle irrigation design parameters. Transactions of the ASAE, 17, 678-684.

Li, G. et al. (2017). Research and current status of the solar photovoltaic water pumping system–A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 79, 440-458.

Magalhães, G. E. (2016). Bombeamento de Água Utilizando Sistema Fotovoltaico Autônomo: Um Estudo de Caso. 104f. (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de Mato Grosso – UFMT, Engenharia de Edificação e Ambiental, Cuiabá, mato Grosso.

Mérida, G. A., R., González P. Poyatoa E, C., Barriosa, P. M., & Díaz J. A. R. (2020). Comprehensive sizing methodology of smart photovoltaic irrigation systems. Agricultural Water Management, 229, 105888

Mirzaei, M., & Mohiabadi, M. Z. (2017). A comparative analysis of long-term field testo f monocrystaline and polycrystaline PV poergeneretion in semi-arid climate conditions. Energy and sustainable Development, 38, 93-101.

Mittal, M. L., Sharma, C., & Singh, R. (2012). Estimates of emissions from coal Fired thermal power plants in India. In: Proceedings of international emission inventory conference, 14, 1–22.

Mohamed, A. Z., PEters, R. T., Zhu, X., & Sarwara, A. (2019). Adjusting irrigation uniformity coefficients for unimportant variability on a small scale. Agricultural Water Management, 213, 1078-1083.

Montgomery, D. C. (2009). Introdução ao controle estatístico da qualidade. Tradução Ana Maria Lima De Farias, Vera Regina Lima De Farias e Flores, Revisão técnica Luiz da Costa Laurencel. (4a ed.), LTC.

Montgomery, D. C. (2017) Introdução ao controle estatístico da qualidade. (7a ed.).

Montgomery, D. C., Runger, G. C., & Hubele, N. F. (2004). Estatística Aplicada à Engenharia. 2a.ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos. Capítulo 8: controle estatístico da qualidade. 279-309.

Pazuch, F. A. (2021). Desenvolvimento, construção e validação de um pivô central experimental. 80f. (Tese Doutorado). Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE, Engenharia Agrícola. Cascavel, Paraná.

Pereira, A. S., Shitsuka, D, M,. Parreira,F. J., Shitsuka, R. (2018), Metodologia da pesquisa científica. UFSM, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Rio Grande do Sul.

Pinho, J. T., & Galdino, M. A. (2014). Manual de engenharia para sistemas fotovoltaicos.

Silveira, V. F., Siqueira, J. A. C., & Nascimento, L. F. J., et al. (2021). Comparative study of drip irrigation systems using indoor amorphous photovoltaic panels. Research, Society and Development, 10(11), 1 -14.

Sotanke, V. C., & Kalamkar, V. R. (2016). Solar photovoltaic water pumping system – A comprehansive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 1038-1067.

Universidade de Minnesota. Interpretação do Coeficiente de Uniformidade. extension.umn.edu.

Zavala V., López-Luque, R., Reca, J., Martínez, J., & Lao, M. T. (2020). Optimal management of a multisector standalone direct pumping photovoltaic irrigation system. Applied Energy, 260.

Published

14/07/2024

How to Cite

BERWANGER, D. .; HAUPENTHAL, S. W.; SIQUEIRA, J. A. C. .; VILAS BOAS, M. A. Photovoltaic solar energy in central pivot irrigation . Research, Society and Development, [S. l.], v. 13, n. 7, p. e7813746354, 2024. DOI: 10.33448/rsd-v13i7.46354. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/46354. Acesso em: 17 jul. 2024.

Issue

Section

Agrarian and Biological Sciences