Техніка та енергетика

Оптимізація параметрів сонячної електростанції при використанні у дощувальних машинах в умовах Півдня України

Олексій Садовий, Василь Грубань, Михайло Федорчук, Валентина Федорчук
Завантажити статтю
Анотація

Дослідження мало на меті оцінити ефективність інтеграції сонячних електростанцій у дощувальних машинах в умовах Миколаївської області. У дослідженні були використані методи моделювання, практичні випробування та аналіз ефективності системи для оптимізації параметрів сонячної електростанції в умовах Півдня України. Результати показали, що для дощувальних машин у цьому регіоні сонячна електростанція повинна мати достатню потужність для забезпечення енергетичних потреб без значного збільшення ваги обладнання. Найбільш ефективним виявилося розміщення сонячних панелей біля машини Zimmatic-354M, що забезпечує максимальне отримання сонячної енергії. Аналіз показав, що використання акумуляторів дозволяє забезпечити безперебійну роботу системи навіть при частковому затіненні. Польові випробування підтвердили теоретичні висновки та виявили потребу в покращенні матеріалів панелей для підвищення їх довговічності та стійкості до пилу і температурних коливань. Рекомендовано вдосконалення конструкції та використання нових матеріалів для підвищення ефективності системи в специфічних кліматичних умовах. Також було встановлено, що інтеграція сонячних панелей до дощувальних машин не вплине негативно на їх маневреність і стійкість. Результати показали, що енергетична система, спроектована з урахуванням специфічних кліматичних умов Півдня України, здатна забезпечити стабільну роботу дощувальних машин протягом тривалого часу. Крім того, дослідження виявило необхідність регулярного обслуговування панелей для підтримання їх ефективності на оптимальному рівні

Ключові слова

акумуляторні батареї, енергетична система, температурні коливання, обслуговування, інтеграція сонячних панелей, сільське господарство

ЦИТУВАТИ
Sadovoy, O., Hruban, V., Fedorchuk, M., & Fedorchuk, V. (2024). Optimisation of solar power plant parameters for use in sprinklers in Southern Ukraine. Machinery & Energetics, 15(3), 117-128. https://doi.org/10.31548/machinery/3.2024.117
Використані джерела

[1] Abdul-Jabbar, T.A., Obed, A.A., & Abid, A.J. (2021). Design of an uninterrupted power supply with Li-ion battery pack: A proposal for a cost-efficient design with high protection features. Journal of Techniques, 3(2), 1-10.

[2] Ahmadnia, S., Tafehi, E., & Shakhsi Dastgahian, F. (2022). Optimal placement and sizing for solar farm with economic evaluation, power line loss and energy consumption reduction. IETE Journal of Research, 68(3), 2175-2190. doi: 10.1080/03772063.2019.1694450.

[3] Alsadi, S., & Foqha, T. (2021). Mass flow rate optimization in solar heating systems based on a flat-plate solar collector: A case study. World Journal of Advanced Research and Reviews, 12(3), 61-71. doi: 10.30574/wjarr.2021.12.3.0557.

[4] Al-Shahri, O.A., Ismail, F.B., Hannan, M.A., Lipu, M.H., Al-Shetwi, A.Q., Begum, R.A., Al-Muhsen, N., & Soujeri, E. (2021). Solar photovoltaic energy optimization methods, challenges and issues: A comprehensive review. Journal of Cleaner Production, 284, article number 125465. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.125465.

[5] Amidu, M.A., Ali, M., Alkaabi, A.K., & Addad, Y. (2023). A critical assessment of nanoparticles enhanced phase change materials (NePCMs) for latent heat energy storage applications. Scientific Reports, 13(1), article number 7829. doi: 10.1038/s41598-023-34907-0.

[6] Atamanyuk, I.P., & Kondratenko, Y.P. (2015). Calculation method for a computer’s diagnostics of cardiovascular diseases based on canonical decompositions of random sequences. CEUR Workshop Proceedings, 1356, 108-120.

[7] Atamanyuk, I.P., Kondratenko, Y.P., & Sirenko, N.N. (2016). Forecasting economic indices of agricultural enterprises based on vector polynomial canonical expansion of random sequence. In Proceedings of the international conference on ICT in education, research, and industrial applications integration, harmonization, and knowledge transfer (pp. 458-468). Kyiv: Taras Shevchenko National University.

[8] Avdieieva, O.А., Vakhonina, L.V., Sadovoy, O.S., Stavinskiy, R.A., & Tsyganov, O.M. (2022). Improving the main indicators of transformers with twisted one-piece magnetic cores by changing the technology of circular winding turns formation. Electrical Engineering and Electromechanics, 3, 3-7. doi: 10.20998/2074-272X.2022.3.01.

[9] Babii, I., & Sologub, M. (2023). Promising areas of insolation technologies. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 20(2), 114-119. doi: 10.31649/2311-1429-2023-2-114-119.

[10] Chaurasiya, P.K., Rajak, U., Singh, S.K., Verma, T.N., Sharma, V.K., Kumar, A., & Shende, V. (2022). A review of techniques for increasing the productivity of passive solar stills. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 52, article number 102033. doi: 10.1016/j.seta.2022.102033.

[11] Dhass, A.D., Beemkumar, N., Harikrishnan, S., & Ali, H.M. (2022). A review on factors influencing the mismatch losses in solar photovoltaic system. International Journal of Photoenergy, 2022(1), article number 2986004. doi: 10.1155/2022/2986004.

[12] Fagiolari, L., Sampò, M., Lamberti, A., Amici, J., Francia, C., Bodoardo, S., & Bella, F. (2022). Integrated energy conversion and storage devices: Interfacing solar cells, batteries and supercapacitors. Energy Storage Materials, 51, 400-434. doi: 10.1016/j.ensm.2022.06.051.

[13] Fan, S., Wang, Y., Cao, S., Sun, T., & Liu, P. (2021). A novel method for analyzing the effect of dust accumulation on energy efficiency loss in photovoltaic (PV) system. Energy, 234, article number 121112. doi: 10.1016/j.energy.2021.121112.

[14] Ghodki, M.K. (2022). An infrared based dust mitigation system operated by the robotic arm for performance improvement of the solar panel. Solar Energy, 244, 343-361. doi: 10.1016/j.solener.2022.08.064.

[15] Gjorgievski, V.Z., Cundeva, S., & Georghiou, G.E. (2021). Social arrangements, technical designs and impacts of energy communities: A review. Renewable Energy, 169, 1138-1156. doi: 10.1016/j.renene.2021.01.078.

[16] Global Solar Atlas. (n.d.). Retrieved from https://globalsolaratlas.info/map?c=27.137368,20.917969,4.

[17] Gorjian, S., Ebadi, H., Trommsdorff, M., Sharon, H., Demant, M., & Schindele, S. (2021). The advent of modern solar-powered electric agricultural machinery: A solution for sustainable farm operations. Journal of Cleaner Production, 292, article number 126030. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126030.

[18] Hoffer, K.J., & Savini, G. (2021). Update on intraocular lens power calculation study protocols: The better way to design and report clinical trials. Ophthalmology, 128(11), e115-e120. doi: 10.1016/j.ophtha.2020.07.005.

[19] Hu, J., Liu, X., Shahidehpour, M., & Xia, S. (2021). Optimal operation of energy hubs with large-scale distributed energy resources for distribution network congestion management. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 12(3), 1755-1765. doi: 10.1109/TSTE.2021.3064375.

[20] Jamali, M., Soufizadeh, S., Yeganeh, B., & Emam, Y. (2021). A comparative study of irrigation techniques for energy flow and greenhouse gas (GHG) emissions in wheat agroecosystems under contrasting environments in south of Iran. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139, article number 110704. doi: 10.1016/j.rser.2021.110704.

[21] Klymenko, V.V., Soldatenko, V.P., Pleshkov, S.P., Skrypnyk, O.V., & Sachenko, A.I. (2023). Alternative sources of energy and technologies for their use. Kropyvnytskyi: Exclusive-System.

[22] Kong, D., Wang, G., Ping, P., & Wen, J. (2021). Numerical investigation of thermal runaway behavior of lithium-ion batteries with different battery materials and heating conditions. Applied Thermal Engineering, 189, article number 116661. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2021.116661.

[23] Kumar, C.M., Singh, S., Gupta, M.K., Nimdeo, Y.M., Raushan, R., Deorankar, A.V., Kumar, T.M., Rout, P.K., Chanotiya, C.S., Pakhale. V.D., & Nannaware, A.D. (2023). Solar energy: A promising renewable source for meeting energy demand in Indian agriculture applications. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 55, article number 102905. doi: 10.1016/j.seta.2022.102905.

[24] Mases, Y., Dewi, T., & Rusdianasari (2021). Solar radiation effect on solar powered pump performance of an automatic sprinkler system. In Proceedings of the international conference on electrical and information technology (pp. 246-250). Malang: IEEE. doi: 10.1109/IEIT53149.2021.9587360.

[25] Matheswaran, A., Ganesh, C., Lakshmi, K., Sivaranjani, P., Dhanuja, R.K., & Nidhya, M. (2021). Performance evaluation of standalone solar powered water irrigation system using DC pump. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1084 article number 012108. doi: 10.1088/1757-899X/1084/1/012108.

[26] Mokhtara, C., Negrou, B., Settou, N., Settou, B., & Samy, M.M. (2021). Design optimization of off-grid Hybrid Renewable Energy Systems considering the effects of building energy performance and climate change: Case study of Algeria. Energy, 219, article number 119605. doi: 10.1016/j.energy.2020.119605.

[27] Myyas, R.E., Al-Dabbasa, M., Tostado-Véliz, M., & Jurado, F. (2022). A novel solar panel cleaning mechanism to improve performance and harvesting rainwater. Solar Energy, 237, 19-28. doi: 10.1016/j.solener.2022.03.068.

[28] Oudes, D., & Stremke, S. (2021). Next generation solar power plants? A comparative analysis of frontrunner solar landscapes in Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 145, article number 111101. doi: 10.1016/j.rser.2021.111101.

[29] Pascaris, A.S., Schelly, C., Burnham, L., & Pearce, J.M. (2021). Integrating solar energy with agriculture: Industry perspectives on the market, community, and socio-political dimensions of agrivoltaics. Energy Research & Social Science, 75, article number 102023. doi: 10.1016/j.erss.2021.102023.

[30] Quan, Z., Lu, H., Zhao, W., Zheng, C., Zhu, Z., Qin, J., & Yue, M. (2021). Review on dust deposition and cleaning methods for solar PV modules. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 13(1), article number 49. doi: 10.3390/coatings13010049.

[31] Rubino, L., Rubino, G., & Esempio, R. (2023). Linear programming-based power management for a multi-feeder ultra-fast DC charging station. Energies, 16(3), article number 1213. doi: 10.3390/en16031213.

[32] Sadeeq, M.A., & Zeebaree, S. (2021). Energy management for internet of things via distributed systems. Journal of Applied Science and Technology Trends, 2(2), 80-92. doi: 10.38094/jastt20285.

[33] Satria, H., Syafii, S., & Aswardi, A. (2021). Analysis of peak power capacity on rooftop solar PV 1.25 kWp at sun conditions 90 degrees. International Journal of Electrical, Energy and Power System Engineering, 4(3), 173-178. doi: 10.31258/ijeepse.4.3.173-178.

[34] Selvi, S., Mohanraj, M., Duraipandy, P., Kaliappan, S., Natrayan, L., & Vinayagam, N. (2023). Optimization of solar panel orientation for maximum energy efficiency. In Proceedings of the 4th international conference on smart electronics and communication (pp. 159-162). Trichy: IEEE. doi: 10.1109/ICOSEC58147.2023.10276287.

[35] Serikuly, Z., Markert, B., Kumisbekov, S.A., & Baratov, R.J. (2022). Recommendations for the design of an installation for wind energy conversion into electrical energy. International Review of Mechanical Engineering, 16(1), 1-5. doi: 10.15866/ireme.v16i1.21060.

[36] Shahini, E., Fedorchuk, M., Hruban, V., Fedorchuk, V., & Sadovoy, O. (2024). Renewable energy opportunities in Ukraine in the context of blackouts. International Journal of Environmental Studies, 81(1), 125-133. doi: 10.1080/00207233.2024.2320021.

[37] Shorabeh, S.N., Samany, N.N., Minaei, F., Firozjaei, H.K., Homaee, M., & Boloorani, A.D. (2022). A decision model based on decision tree and particle swarm optimization algorithms to identify optimal locations for solar power plants construction in Iran. Renewable Energy, 187, 56-67. doi: 10.1016/j.renene.2022.01.011.

[38] Smyk, I., & Arkhypova, L. (2023). Analysis of influence of meteorological conditions on the efficiency of solar panels in Ivano-Frankivsk Region. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 14(1), 99-107. doi: 10.31471/2415-3184-2023-1(27)-99-107.

[39] Spraying Machine Zimmatic-354M. (n.d.). Retrieved from http://www.agrotechnika-ukr.com.ua/infotorg.php?categoria=%CC%E0%F8%E8%ED%E8_%E4%EB%FF_%E7%F0%EE%F8%E5%ED%ED%FF_%F2%E0_%EC%E5%EB%B3%EE%F0%E0%F6%B3%BF&marka=%C4%CE%D9%D3%C2%C0%CB%DC%CD%C0%20%CC%C0%D8%C8%CD%C0&model=Zimmatic-354M&pidgrupa=&grupa=%C4%EE%F9%F3%E2%E0%EB%FC%ED%B3%20%EC%E0%F8%E8%ED%E8%20%B3%20%E0%E3%F0%E5%E3%E0%F2%E8&second=1.

[40] Stavinskiy, R., Vakhonina, L., Avdieieva, E., & Sadovoy, O. (2021). Calculation of losses in steel and improvement of a three-phase transformer with a twisted spatial magnetic circuit. In Proceedings of the 20th IEEE international conference on modern electrical and energy systems (pp. 1-4). Kremenchuk: IEEE. doi: 10.1109/MEES52427.2021.9598690.

[41] Stoliarov, O. (2024). Efficient electricity generation forecasting from solar power plants using technology: Integration, benefits and prospects. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 29(1), 73-85. doi: 10.62660/bcstu/1.2024.73.

[42] Tan, K.M., Babu, T.S., Ramachandaramurthy, V.K., Kasinathan, P., Solanki, S.G., & Raveendran, S.K. (2021). Empowering smart grid: A comprehensive review of energy storage technology and application with renewable energy integration. Journal of Energy Storage, 39, article number 102591. doi: 10.1016/j.est.2021.102591.

[43] Wang, D., Zhong, D., & Souri, A. (2021). Energy management solutions in the Internet of Things applications: Technical analysis and new research directions. Cognitive Systems Research, 67, 33-49. doi: 10.1016/j.cogsys.2020.12.009.

[44] Wang, W., Yuan, B., Sun, Q., & Wennersten, R. (2022). Application of energy storage in integrated energy systems – A solution to fluctuation and uncertainty of renewable energy. Journal of Energy Storage, 52, article number 104812. doi: 10.1016/j.est.2022.104812.