Dynamic modelling of a PV pumping s

Dynamic modelling of a PV pumping system with special consideration on water demand Pietro Elia Campanaa,⇑, Hailong Lia, Jinyue Yana,b,⇑ aSchool of Sustainable Development of Society and Technology, Mälardalen University, SE-72123 Västerås, Sweden bSchool of Chemical Science, Royal Institute of Technology, SE-144 Stockholm, Sweden
highlights
" Evaluation of water demand and solar energy is essential for PV pumping system. " The design for a PV water pumping system has been optimized based on dynamic simulations. " It is important to conduct dynamic simulations to check the matching between water demand and water supply. " AC pump driven by the fixed PV array is the most cost-effective solution.
a r t i c l e i n f o
Article history: Received 25 September 2012 Received in revised form 17 December 2012 Accepted 22 December 2012 Available online 29 January 2013
Keywords: Renewable energy resources Solar energy Photovoltaic system Pumping system Water demand
abstract
The exploitation of solar energy in remote areas through photovoltaic (PV) systems is an attractive solu- tion for water pumping for irrigation systems. The design of a photovoltaic water pumping system (PVWPS) strictly depends on the estimation of the crop water requirements and land use since the water demand varies during the watering season and the solar irradiation changes time by time. It is of signif- icance to conduct dynamic simulations in order to achieve the successful and optimal design. The aim of this paper is to develop a dynamic modelling tool for the design of a of photovoltaic water pumping sys- tem by combining the models of the water demand, the solar PV power and the pumping system, which can be used to validate the design procedure in terms of matching between water demand and water supply. Both alternate current (AC) and direct current (DC) pumps and both fixed and two-axis tracking PV array were analyzed. The tool has been applied in a case study. Results show that it has the ability to do rapid design and optimization of PV water pumping system by reducing the power peak and selecting the proper devices from both technical and economic viewpoints. Among the different alternatives con- sidered in this study, the AC fixed system represented the best cost effective solution.  2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
1. Introduction
The availability of electricity in remote areas is one of the main issues regarding the design and operation of irrigation systems. Nevertheless, it is quite common in the developing countries that the access to the electric grid is unavailable. With the development of photovoltaic (PV) technology that can convert the solar energy to electricity, using PV cells has become a more attractive solution to provide the required power for the water pumping system, especially in the areas that have abundant solar energy resources [1].ThehightechnicalreliabilityofPVWPSsforirrigationpurposes, their long term economic viability and recent developments as well as the weaknesses have been shown by several studies and
field experiences. The knowledge and the competencies achieved in this field resulted as starting point and recommendations for further and future programmes worldwide [2,3]. For example, in 2009 the Government of Bangladesh has set as target for 2014 to install more than 10,000 PVWPS for irrigation with a total installed capacity of 10 MWp. Only in 2010 India has installed more than 50MWp PV off-grid systems of which pumping system represent a large part [4]. Many studies have been carried out in the development of the PVWPS focusing on the system sizing, system modelling, economic performance and environmental feasibility. Models have been presented for the estimation of water demand [5,6], assessment of the solar energy [7,8], PV generator and controller [8,9] and for the motor-pump system [10]. Some demonstration projects that link the power output from the photovoltaic generator, pumping system power consumption and instantaneous water flow output have been conducted [11]. Based on the available
0306-2619/$ - see front matter  2013 Elsevier Ltd. All rights reserved. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.073
⇑ Corresponding authors. Address: School of Sustainable Development of Society and Technology, Mälardalen University, SE-72123 Västerås, Sweden (J. Yan). E-mail address: [e-mail] (P.E. Campana).
Applied Energy 112 (2013) 635–645
Contents lists available at SciVerse ScienceDirect
Applied Energy
journal homepage: www.elsevier.com/locate/apenergy
models, the approaches regarding the system optimization have been developed [12]. In addition, economic and environmental evaluationsshowedthe feasibilityof photovoltaicpumpingsystem compared to traditional systems driven by diesel engines [13]. The main R&D gaps for the implementation of the PVWPSs exist not only in the technologies of PV and pump. Problems related to the local peculiarity need to be considered [14]. The local peculiar- ity includes water resources availability, water demand, different pumping system configurations, acceptance and management of thesystem.Theseissuesneedtobeinvestigatedinordertoachieve the success of a photovoltaic pumping project. In addition, in the current state of the art the capital cost of a PVWPS is still higher than the traditional system driven by diesel engine, which is con- sidered as the major barrier for the large scale commercialization, although the operation costs are much lower. Therefore, as regards theoptimization,effortsaremainlyfocusedonminimizingthecost. Dynamic operation is one of the most important characteristics of the PVWP systems. Due to the dynamic variation of solar irradi- ation and the precipitation, the PV power output and the water de- mand of irrigation vary time by time. Meanwhile, as the solar irradiation varies, the dynamic PV power output would affect the performance of pump, resulting in a dynamic variation of pump efficiencyand power consumption. In order to achieve the success- fulandoptimaldesignandminimizethecosts,thesystemdynamic characteristic has to be considered. The impacts of the dynamic variation of solar irradiation on the dynamic variation of water de- mand and pump performance have been investigated thoroughly. The objective of this paper is to develop a dynamic simulation tool and conduct dynamic simulations for a PVWP system, by integrat- ingallofthedynamicvariationsofwaterdemand,solarirradiation, PV power output and pump performances. Both AC and DC pump and both fixed and two-axis sun tracking systems were investi- gated from a technical and economic viewpoint. A dynamic water demand model was developed based on the local climatic conditions, soil characteristics and type of crops. With the
predicted dynamic water demand the instant performances of PVWP system were studied. Such a dynamic simulation can be used to evaluate the existing design, checking if there is mismatch between the pumped water and the demanded water. The results would also give some guidelines or suggestion concerning system optimization from the perspective of dynamic water demand.
2. Description of the system
A PVWPS is basically composed of a PV array, a power control- ling system and a pumping system connected to the distribution system that can be a water tank or directly an irrigation system. A schematic diagram of the photovoltaic water pumping system studied in this work and the related models adopted is presented in Fig. 1. The photovoltaic array consists of photovoltaic modules that are connected in series or in parallel depending on the voltage and current output requirements. In this work both fixed and two-axis sun tracking systems were investigated and compared technically and economically. The power controlling system is an interface between the PV modules and the motor-pump system with the function to improve the coupling performances. The power conditioning system can be a DC/DC converter or a DC/AC inverterdependingonthemotor-pumptechnology. Bothconverter and inverter are usually equipped with a maximum power point tracker (MPPT) device in order to maximize the power extraction from the solar array. In this study, both multistage centrifugal DC and AC pump and the related power controllers were adopted in order to investigate and compare the performances, especially in terms of power consumption, water pumped and costs.
3. Methodology
This study is divided into three parts: the estimation of the water demand for irrigation, the assessment of the exploitable
Nomenclature
Abbreviation AC alternate current DC direct current ICC initial investment cost MPPT maximum power point tracker PV photovoltaic PVWPS photovoltaic water pumping system SCS soil conservation service
Symbols ea actual vapour pressure (kPa) Eh hydraulic energy (kWh/day) es saturation vapour pressure (kPa) ET0 reference evapotranspiration (mm/day) ETc evapotranspiration in cultural conditions (mm/day) EX extra-terrestrial radiation (kWh/m2) g gravity acceleration (m/s2) G soil heat flux density (MJ/m2 day) GH global horizontal radiation (kW h/m2) H total dynamic head (m) Ib beam radiation (Wh/m2) Id diffuse radiation (W h/m2) Itot global radiation on the array (W h/m2) Itot,d daily total radiation (kW h/m2/day) Kb(h) incidence angle modifier Kc cultural coefficient Kd incidence modifier for diffuse radiation
LI long wave incoming radiation (kWh/m2) LO long wave outgoing radiation (kWh/m2) NOCT nominal operating cell temperature (C) P precipitation (mm) P(T,h) power output (W) Q water flow (l/s) RH relative humidity (%) Rn net radiation at crop surface (MJ/m2 day) T temperature (C) Ta ambient temperature (C) Tc cell temperature (C) Tr reference temperature (C) u2 wind speed at 2 m height (m/s) Wg water gross volume (mm/day]) WS wind speed (m/s) Wt watered height (mm) a power temperature coefficient (%/C) c psychrometric constant (kPa/C) D slope vapour pressure curve (kPa/C) g0b o

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สร้างแบบจำลองไดนามิกของ PV สูบระบบพิจารณาพิเศษตามความต้องการน้ำ Pietro Elia Campanaa ⇑ Hailong Lia, Jinyue Yana, b, aSchool ⇑ของการพัฒนาอย่างยั่งยืนของสังคม และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัย Mälardalen, SE 72123 Västerås สวีเดน bSchool วิทยาศาสตร์เคมี สถาบัน เทคโนโลยีรอยัล สต็อกโฮล์ม สวีเดน SE-144
เน้น
"การประเมินความต้องการน้ำและพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับปั๊มน้ำระบบ PV" การออกแบบสำหรับระบบสูบน้ำ PV ได้ถูกปรับตามจำลองแบบไดนามิก "มันเป็นสิ่งสำคัญในการดำเนินการจำลองแบบการตรวจสอบการจับคู่ระหว่างความต้องการน้ำและน้ำประปา" ปั๊ม AC จากอาร์เรย์ fixed PV ได้สุดคุ้มค่าโซลูชัน
r t ฉัน c l e ฉัน n f o
ประวัติของบทความ: รับ 25 2555 กันยายนได้รับในแบบฟอร์มที่ปรับปรุง 17 2555 ธันวาคมรับ 22 2555 ธันวาคมว่างออนไลน์ 29 2013 มกราคม
คำสำคัญ: พลังงานทดแทนพลังงานแสงอาทิตย์ทรัพยากรระบบเซลล์แสงอาทิตย์ระบบ Pumping น้ำ
นามธรรม
ใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ห่างไกลโดยผ่านระบบเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) เป็นน่าสนใจ solu-สเตรชันน้ำปั๊มน้ำในระบบชลประทาน การออกแบบระบบสูบน้ำเซลล์แสงอาทิตย์ (PVWPS) อย่างเคร่งครัดขึ้นการประเมินความต้องการน้ำของพืชและการใช้ที่ดินเนื่องจากความต้องการน้ำแตกต่างกันไปในระหว่างฤดูกาลการรดน้ำและการเปลี่ยนแปลงวิธีการฉายรังสีแสงอาทิตย์เวลาโดยเวลา มันเป็นของ signif-icance การจำลองแบบไดนามิกเพื่อให้การออกแบบที่ประสบความสำเร็จ และเหมาะสม จุดประสงค์ของเอกสารนี้คือการ พัฒนาเครื่องมือสร้างแบบจำลองแบบไดนามิกสำหรับการออกแบบการสูบยการ sys โดยรวมรูปแบบของความต้องการน้ำ พลังงานแสงอาทิตย์แสงอาทิตย์ และระบบสูบน้ำไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ซึ่งสามารถใช้เพื่อตรวจสอบขั้นตอนการออกแบบในแง่ของการจับคู่ระหว่างความต้องการน้ำและน้ำประปาได้ ทั้งสองสลับปั๊มกระแสตรง (DC) และกระแส (AC) และวิเคราะห์ fixed และอาร์เรย์สองแกนติดตาม PV เครื่องมือนี้ได้ถูกใช้ในกรณีศึกษา ผลแสดงว่า มีความสามารถในการออกแบบอย่างรวดเร็วและเพิ่มประสิทธิภาพของ PV วางระบบ โดยลดสูงสุดพลัง และเลือกอุปกรณ์เหมาะสมจากมุมมองทั้งทางเทคนิค และเศรษฐกิจ ระหว่างทางเลือกอื่นคอน-sidered ในการศึกษานี้ AC fixed ระบบแสดงโซลูชันต้นทุนมีประสิทธิภาพดีที่สุด 2013 Elsevier จำกัด สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมด.
1 แนะนำ
พร้อมไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลเป็นหนึ่งในปัญหาหลักเกี่ยวกับการออกแบบและการทำงานของระบบชลประทาน อย่างไรก็ตาม โดยปกติในประเทศกำลังพัฒนาที่พร้อมใช้งานการเข้าถึงตารางไฟฟ้า การพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้า ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ได้กลายเป็น ปัญหาน่าสนใจมากขึ้นให้อำนาจที่จำเป็นสำหรับการวางระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีทรัพยากรอุดมสมบูรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ [1]ThehightechnicalreliabilityofPVWPSsforirrigationpurposes ชีวิตทางเศรษฐกิจระยะยาวของพวกเขา และล่าสุดพัฒนาเป็นจุดอ่อนที่มีการแสดง โดยศึกษาหลาย และ
field ประสบการณ์ ความรู้และความสามารถที่ทำได้ใน field นี้ส่งผลให้เป็นการเริ่มต้นจุดและคำแนะนำสำหรับโปรแกรมเพิ่มเติม และในอนาคตทั่วโลก [2,3] ตัวอย่าง ในปี 2552 รัฐบาลบังกลาเทศได้ตั้งเป้าหมายสำหรับปี 2014 การติดตั้ง PVWPS มากกว่า 10000 สำหรับการชลประทานที่ มีกำลังการผลิตติดตั้งรวมของ 10 MWp เฉพาะในปี 2553 อินเดียยังติดตั้งมากกว่าระบบปิดตาราง PV 50MWp ที่แสดงถึงระบบสูบส่วนใหญ่ [4] ในการศึกษามีการดำเนินการในการพัฒนา PVWPS ที่เน้นระบบปรับขนาด แบบจำลอง ระบบ ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและความเป็นไปได้ด้านสิ่งแวดล้อม ได้ถูกนำเสนอแบบจำลอง สำหรับประเมินความน้ำ [5,6], วัดพลังงานแสงอาทิตย์ [7,8], เครื่องกำเนิดไฟฟ้า PV และควบคุม [8,9] และระบบมอเตอร์ปั๊ม [10] บางโครงการสาธิตที่เชื่อมโยงออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ พลังงาน ปั๊มน้ำระบบพลังงานและผลผลิต flow น้ำกำลังมีการดำเนิน [11] ตามที่มี
0306-2619 / $ - ดูหน้าว่า 2013 Elsevier จำกัด สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมด http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.073
⇑ Corresponding ผู้เขียน ที่อยู่: โรงเรียนพัฒนาอย่างยั่งยืนของสังคมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัย Mälardalen, SE 72123 Västerås สวีเดน (J. Yan) ที่อยู่อีเม: [e-mail] (บริษัทพีอี Campana) .
ใช้พลังงาน 112 (2013) 635-645
เนื้อหารายการ SciVerse ScienceDirect
ใช้พลังงาน
สมุดหน้าแรก: www.elsevier.com/ ค้น หา/apenergy
รุ่น แนวทางเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้รับการพัฒนาแล้ว [12] นอกจากนี้ เศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อม evaluationsshowedthe feasibilityof photovoltaicpumpingsystem เปรียบเทียบกับระบบแบบดั้งเดิมที่ขับเคลื่อน ด้วยเครื่องยนต์ดีเซล [13] ช่อง R&D หลักสำหรับการดำเนินงานของ PVWPSs มีอยู่ไม่เพียงในเทคโนโลยี PV และปั๊ม ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับหลุดท้องถิ่นต้องได้รับการพิจารณา [14] Ity แปลกที่ท้องถิ่นมีความพร้อมทรัพยากรน้ำ น้ำความต้องการ configurations ระบบสูบน้ำอื่น ยอมรับ และจัดการ thesystemTheseissuesneedtobeinvestigatedinordertoachieve ความสำเร็จของโครงการสูบน้ำเซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากนี้ ในปัจจุบันทันสมัย ทุนของ PVWPS เป็นยังคงสูงกว่าระบบแบบดั้งเดิมที่ขับเคลื่อน ด้วยเครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งเป็นคอน sidered เป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับ commercialization ขนาดใหญ่ แม้ว่าต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำกว่ามาก ดังนั้น สำหรับ theoptimization, effortsaremainlyfocusedonminimizingthecost การดำเนินการแบบไดนามิกเป็นลักษณะสำคัญของระบบ PVWP อย่างใดอย่างหนึ่ง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของพลังงานแสงอาทิตย์ irradi-ation และฝน การแสดงผลพลังงาน PV และเดอ-mand น้ำของชลประทานเวลาโดยเวลาแตกต่างกันไป ในขณะเดียวกัน เป็นวิธีการฉายรังสีแสงอาทิตย์แตกต่างกันไป แสดงผลแบบไดนามิก PV พลังงานจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องสูบน้ำ การเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของปั๊ม efficiencyand พลังงาน บรรลุความสำเร็จ fulandoptimaldesignandminimizethecosts, thesystemdynamic ลักษณะเป็นเป็น ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของวิธีการฉายรังสีแสงอาทิตย์ในการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของประสิทธิภาพของเดอ mand และปั๊มน้ำมีการสอบสวนอย่างละเอียด วัตถุประสงค์ของเอกสารนี้คือการ พัฒนาเครื่องมือการจำลองแบบไดนามิก และดำเนินการจำลองแบบไดนามิกสำหรับระบบ PVWP, integrat ingallofthedynamicvariationsofwaterdemand, solarirradiation, PV พลังงานเอาท์พุทและปั๊มแสดง ทั้งปั๊ม AC และ DC และ fixed ทั้งสองแกนซันติดตามระบบได้ investi-gated จากมุมมองทางเทคนิค และเศรษฐกิจ แบบจำลองความต้องการน้ำแบบไดนามิกถูกพัฒนาตามเงื่อนไข climatic ภายใน ลักษณะดิน และชนิดของพืช ด้วยการ
แสดงทันทีระบบ PVWP ได้ศึกษาความต้องการน้ำแบบคาดการณ์ จำลองแบบไดนามิกสามารถใช้เพื่อประเมินการออกแบบที่มีอยู่ การตรวจสอบถ้าตรงน้ำสูบน้ำต้องมี ผลลัพธ์จะยังให้แนวทางหรือข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการปรับระบบจากมุมมองของความต้องการน้ำแบบไดนามิกบาง
2 คำอธิบายของระบบ
A PVWPS โดยทั่วไปประกอบด้วยอาร์เรย์เป็น PV ระบบไฟฟ้าควบคุมลิงและระบบสูบน้ำเชื่อมต่อกับระบบการกระจายสินค้าที่เป็นถังเก็บน้ำหรือโดยตรงระบบการชลประทาน ศึกษาไดอะแกรมแผนผังวงจรน้ำเซลล์แสงอาทิตย์ระบบปั๊มน้ำในการทำงานนี้ และนำเสนอแบบจำลองที่เกี่ยวข้องที่นำมาใช้ใน Fig. 1 แถวแผงเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อ ในชุด หรือพร้อมกันขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและความต้องการผลผลิตปัจจุบัน ในงานนี้ fixed ทั้งสองแกนดวงอาทิตย์ระบบการติดตามตรวจสอบ และเปรียบเทียบทางเทคนิค และประสิทธิภาพ ไฟฟ้าระบบการควบคุมเป็นอินเทอร์เฟซระหว่างโมดู PV และระบบมอเตอร์ปั๊ม ด้วยฟังก์ชั่นเพื่อปรับปรุงการแสดงคลัป กำลังปรับระบบสามารถแปลง DC/DC หรือ pumptechnology-inverterdependingonthemotor ที่ DC/AC Bothconverter และเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าปกติพร้อมอุปกรณ์ tracker (MPPT) แบบสูงสุดเพื่อขยายสกัดพลังงานจากแสงอาทิตย์แถว ในการศึกษานี้ multistage ปั๊มแรงจี DC และ AC และตัวควบคุมพลังงานที่เกี่ยวข้องถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบ และเปรียบเทียบการแสดง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการใช้พลังงาน น้ำขุ่น และต้นทุนการ
3 วิธี
การศึกษานี้แบ่งออกเป็นสามส่วน: การประเมินความต้องการใช้น้ำชลประทาน ประเมินการ exploitable
ระบบการตั้งชื่อ
AC ย่ออื่นปัจจุบัน DC กระแสตรง ICC เริ่มต้นลงทุนสูงสุดแบบ PV ตัวติดตามเซลล์แสงอาทิตย์ PVWPS เซลล์แสงอาทิตย์สูบน้ำบริการอนุรักษ์ดินอันคุ้มค่าระบบ MPPT ทุน
สัญลักษณ์เอไอจริง (kPa) ความดัน Eh พลังงานไฮดรอลิก (ไม่วัน es เข้มไอดัน (kPa) ET0 อ้างอิง evapotranspiration (มม.ต่อวัน) เป็นต้น evapotranspiration สภาพวัฒนธรรม (mm/วัน) อดีตเร่งโน้มถ่วง g รังสีนอกภาคพื้น (ไม่/m2) (m/s2) G ของดินความร้อน flux ความหนาแน่น (MJ/m2 วัน) GH สากลรังสีแนวนอน (h kW/m2) H รวมไดนามิกหัว (m) Ib แสงรังสี รหัสกระจายรังสีโลก Itot รังสี (h W/m2) ในอาร์เรย์ (h W/m2) Itotd วันรังสีรวม (kW h m2/วัน Kb(h) เกิดมุม modifier Kc coefficient วัฒนธรรม Kd อุบัติการณ์ modifier สำหรับรังสีกระจาย
LI คลื่นยาวเข้ารังสี (ไม่/m2) หล่อยาวคลื่นขารังสี (ไม่/m2) NOCT ระบุปฏิบัติฝนอุณหภูมิ (C) P เซลล์ (mm) (T, Ph) ไฟออก (W) Q น้ำ flow (l/s) RH ความชื้นสัมพัทธ์ (%) รังสีสุทธิ Rn ที่พืชผิว (MJ/m2 วัน) T อุณหภูมิ (C) ตาอุณหภูมิ (C) Tc เซลล์อุณหภูมิ (C) Tr อ้างอิงอุณหภูมิ (C) u2 ลมความเร็วที่สูง 2 เมตร (m/s) ต้นน้ำปริมาตรรวม (มม.วัน] WS ความเร็วลม (m/s) ผู้ละเว้นความสูง (mm) coefficient อุณหภูมิเป็นพลังงาน (% / C) คง psychrometric c (kPa / C) D vapour ดันโค้ง (kPa / C) g0b o

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แบบจำลองพลวัตของระบบสูบน้ำที่มีการพิจารณาพิเศษในน้ำ campanaa ⇑ hailong เปียโตรเลีย , เลีย , จุดหมายปลายทาง , Yana , B , ⇑ aschool ของการพัฒนาที่ยั่งยืนของสังคมและเทคโนโลยี ม. และ lardalen มหาวิทยาลัย se-72123 เวสเตโรส , สวีเดน bschool วิทยาศาสตร์เคมี , รอยัลสถาบันเทคโนโลยี se-144 สตอกโฮล์ม , สวีเดน

ไฮไลท์" การประเมินความต้องการน้ำและพลังงานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบสูบน้ำ " ออกแบบติดตั้งระบบสูบส่งน้ำได้เหมาะตามแบบไดนามิก " . มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะดำเนินการจำลองแบบไดนามิกเพื่อตรวจสอบการจับคู่ระหว่างปริมาณน้ำและการประปา " . ปั๊ม AC ขับเคลื่อนด้วยจึง xed อาร์เรย์ PV เป็นโซลูชั่นที่คุ้มค่าที่สุด
r t i C L E n f o
บทความประวัติศาสตร์ได้รับ 25 กันยายน 2555 รับแก้ไขรูปแบบวันที่ 17 ธันวาคม 2555 รับ 22 ธันวาคม 2012 ออนไลน์ 29 มกราคม 2013
คำสำคัญ : พลังงานทดแทนแหล่งพลังงานพลังงานแสงอาทิตย์แผงเซลล์แสงอาทิตย์ระบบการสูบน้ำ

สรุปประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ห่างไกลด้วยระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ( PV ) ระบบเป็นซูลู - มีเสน่ห์ tion สำหรับการสูบน้ำในระบบชลประทานการออกแบบของระบบสูบน้ำด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ ( pvwps ) อย่างเคร่งครัดขึ้นอยู่กับการประเมินความต้องการน้ำของพืช และการใช้ที่ดินเนื่องจากความต้องการน้ำแตกต่างกันไปในช่วงฤดูน้ำและการเปลี่ยนแปลงที่การฉายรังสีแสงอาทิตย์เวลาโดยเวลา มันเป็น signif - icance ดำเนินการจำลองแบบไดนามิกเพื่อให้บรรลุความสำเร็จ และการออกแบบที่เหมาะสมวัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้คือ เพื่อพัฒนาเครื่องมือแบบไดนามิกสำหรับการออกแบบของแผงเซลล์แสงอาทิตย์สูบน้ำระบบ - เต็มโดยการรวมแบบจำลองความต้องการน้ำ , ไฟฟ้า และระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ PV , ซึ่งสามารถใช้ในการตรวจสอบขั้นตอนการออกแบบในแง่ของการจับคู่ระหว่างปริมาณน้ำและการประปาทั้งกระแสสลับ ( AC ) และไฟฟ้ากระแสตรง ( DC ) ปั๊มและทั้งสองจึง xed และสองแกนติดตามอาร์เรย์ PV จะถูกวิเคราะห์ เครื่องมือที่ได้รับไปใช้ในการศึกษา พบว่ามันมีความสามารถในการทำแบบรวดเร็ว และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์โดยการลดอำนาจสูงสุดและการเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมจากมุมมองทั้งทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจระหว่างคอน - sidered ทางเลือกต่าง ๆ ในการศึกษานี้จึง AC xed ระบบแสดงโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพค่าใช้จ่ายที่ดีที่สุด  2013 บริษัท จำกัด .
1 บทนำ
ความพร้อมของกระแสไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลเป็นหนึ่งในประเด็นหลักในการออกแบบและการดำเนินงานของระบบการชลประทาน อย่างไรก็ตามมันค่อนข้างทั่วไปในประเทศกำลังพัฒนา ที่สามารถเข้าถึงตารางไฟฟ้าใช้งาน กับการพัฒนาของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ( PV ) เทคโนโลยีที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ได้กลายเป็นโซลูชั่นที่น่าสนใจมากขึ้นเพื่อให้ความต้องการพลังงานสำหรับระบบสูบน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีทรัพยากรอุดมสมบูรณ์ พลังงานแสงอาทิตย์ [ 1 ]thehightechnicalreliabilityofpvwpssforirrigationpurposes ของชีวิตและพัฒนาการของเศรษฐกิจในระยะยาว ตลอดจนจุดอ่อนได้ถูกแสดง โดยการศึกษาและถ่ายทอดประสบการณ์หลาย
ละมั่ง . ความรู้ และสมรรถนะ การถ่ายทอดนี้ละมั่ง ทำให้เป็นจุดเริ่มต้น และข้อเสนอแนะเพิ่มเติม และในอนาคตโครงการทั่วโลก [ 2 , 3 ] ตัวอย่างเช่นในปี 2009 รัฐบาลบังคลาเทศได้ตั้งเป็นเป้าหมายสำหรับ 2014 ที่จะติดตั้งมากกว่า 10 , 000 pvwps สำหรับการชลประทานที่มีขนาดกำลังผลิตติดตั้ง 10 mwp . ใน 2010 อินเดีย ได้มีการติดตั้งมากกว่า 50mwp PV ปิดระบบกริดของระบบสูบน้ำแทน ซึ่งส่วนใหญ่ [ 4 ] การศึกษาจำนวนมากได้ถูกดำเนินการในการพัฒนา pvwps เน้นระบบการปรับขนาด , ระบบการสร้างหุ่นจำลองประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและการศึกษาสิ่งแวดล้อม แบบจำลองได้ถูกนำเสนอสำหรับการประเมินความต้องการน้ำ [ 5 , 6 ] , การประเมินพลังงานแสงอาทิตย์ [ 7 , 8 ] , เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และควบคุม [ 8,9 ] และระบบมอเตอร์ปั๊ม [ 10 ] บางโครงการสาธิตที่เชื่อมโยงผลผลิตพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ระบบสูบน้ำพลังการบริโภคน้ำflโอ๊ยออกทันทีและได้รับการดำเนินการ [ 11 ] บนพื้นฐานของ 0306-2619 /
$ - เห็นหน้าเรื่อง  2013 เอลส์จำกัด สิทธิสงวน http : / / DX ดอย . org / 10.1016 / j.apenergy . 2012.12.073
⇑ที่สอดคล้องกันของผู้เขียน ที่อยู่ : โรงเรียนเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืนของสังคมและเทคโนโลยี ม. และ lardalen มหาวิทยาลัย se-72123 เวสเตโรส , สวีเดน ( เจยัน )อีเมล : [e-mail] ( พละ Campana ) .
ใช้พลังงาน 112 ( 2013 ) 635 645 และเนื้อหารายการของที่ sciverse

ใช้บริการวารสารพลังงาน
หน้าแรก : www.elsevier . com / ค้นหา / รุ่น apenergy
, วิธีการเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบได้รับการพัฒนา [ 12 ] นอกจากนี้เศรษฐกิจและ evaluationsshowedthe feasibilityof photovoltaicpumpingsystem เปรียบเทียบกับแบบดั้งเดิม ระบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซล [ 13 ] สิ่งแวดล้อม หลัก R & D ช่องว่างสำหรับการดำเนินงานของ pvwpss ที่มีอยู่ไม่เพียง แต่ในเทคโนโลยีของ PV และปั๊ม ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความไม่ชอบมาพากล ท้องถิ่นต้องพิจารณา [ 14 ] ท้องถิ่นแปลก - ity รวมถึงความพร้อมทรัพยากรน้ำความต้องการน้ำ , ระบบสูบน้ำด้วย gurations จึงแตกต่างกัน การยอมรับ และการจัดการระบบ theseissuesneedtobeinvestigatedinordertoachieve ความสําเร็จของโครงการโซล่าเซลล์สูบน้ำ . นอกจากนี้ ในสถานะปัจจุบันของศิลปะต้นทุนของ pvwps ยังสูงกว่าแบบระบบขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซลซึ่งต่อต้าน - sidered เป็นอุปสรรคที่สำคัญสำหรับการค้าขนาดใหญ่ แม้ว่าต้นทุนการดำเนินงานจะลดลงมาก ดังนั้น ในเรื่องการหาค่าที่เหมาะสม effortsaremainlyfocusedonminimizingthecost , . การดำเนินการแบบไดนามิกเป็นหนึ่งในลักษณะที่สำคัญที่สุดของ pvwp ระบบ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของพลังงานแสงอาทิตย์ irradi - ation และการตกตะกอนพลังแสงอาทิตย์และผลผลิตน้ำ de - ชายของชลประทานแตกต่างกันเวลาโดยเวลา ในขณะที่การฉายรังสีแสงอาทิตย์ที่แตกต่างกันพลังงาน PV แบบไดนามิกจะมีผลต่อประสิทธิภาพของปั๊ม เป็นผลในการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของปั๊มจึง ciencyand EF การใช้พลังงาน เพื่อให้บรรลุความสำเร็จ - fulandoptimaldesignandminimizethecosts thesystemdynamic , ลักษณะได้จะพิจารณาผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของการฉายรังสีแสงอาทิตย์ในการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของน้ำ de - ชายและประสิทธิภาพของปั๊มได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียด การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเครื่องมือจำลองแบบไดนามิกและทำการจำลองแบบไดนามิกสำหรับระบบ pvwp โดย integrat - ingallofthedynamicvariationsofwaterdemand solarirradiation , ผลผลิตพลังงาน PV และสมรรถนะของเครื่องสูบน้ำทั้ง AC และ DC ปั๊มและทั้งสองจึง xed และระบบติดตามดวงอาทิตย์เป็นสองแกน investi - gated จากมุมมองทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจ แบบจำลองความต้องการน้ำแบบไดนามิกได้รับการพัฒนาขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศท้องถิ่น ลักษณะของดินและชนิดของพืช กับการแสดงแบบไดนามิก
ทำนายความต้องการน้ำของระบบ pvwp ทันทีเพื่อเช่นการจำลองพลวัตสามารถใช้ประเมินการออกแบบที่มีอยู่ ตรวจสอบว่ามีไม่ตรงกันระหว่างสูบน้ำและความต้องการน้ำ ผลจะยังให้แนวทางหรือข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบจากมุมมองของความต้องการใช้น้ำแบบไดนามิก .
2 รายละเอียดของระบบการ pvwps โดยทั่วไปประกอบด้วยพีวีอาร์เรย์อำนาจควบคุม - ระบบหลิงและระบบสูบน้ำที่เชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายที่สามารถ แท้งน้ำ หรือตรงชลประทานระบบ แผนภาพวงจรของระบบสูบน้ำด้วยเซลล์แสงอาทิตย์เพื่องานนี้และที่เกี่ยวข้องมาแสดงในรูปรุ่นที่ 1อาร์เรย์แผงเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่ออนุกรมหรือขนานขึ้นอยู่กับแรงดันและความต้องการผลผลิตในปัจจุบัน ในงานนี้ทั้งสองจึง xed สองแกนและระบบติดตามดวงอาทิตย์ทำการเปรียบเทียบทางเทคนิคและทางเศรษฐกิจการควบคุมระบบพลังงานเป็นอินเตอร์เฟซระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์และมอเตอร์ปั๊มระบบด้วยฟังก์ชันเพื่อปรับปรุงการเชื่อมต่อสำหรับ ระบบปรับไฟเป็น DC / DC Converter หรือ DC / AC inverterdependingonthemotor pumptechnology .bothconverter และอินเวอร์เตอร์มีการติดตั้งมักจะมีจุดที่พลังงานสูงสุดติดตามกับมอเตอร์เหนี่ยวนำชนิด 3 เฟสอุปกรณ์เพื่อขยายพลังสกัดจากแสงอาทิตย์ . ในการศึกษานี้ ทั้งแบบหลายขั้นตอนปั๊มหอยโข่ง DC และ AC และพลังงานควบคุมที่ใช้เพื่อศึกษาและเปรียบเทียบสมรรถนะ โดยเฉพาะในแง่ของการใช้พลังงาน น้ำ สูบและค่าใช้จ่าย .
3วิธีการ
การศึกษานี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ การประเมินความต้องการน้ำชลประทาน การประเมิน exploitable

ชื่ออักษรย่อ AC กระแสสลับไฟฟ้ากระแสตรง ICC ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นการลงทุน mppt ติดตามจุด PV แสงอาทิตย์พลังงานสูงสุด pvwps แสงอาทิตย์สูบน้ำระบบ SCS
อนุรักษ์ดินบริการสัญลักษณ์ EA จริงความดันไอ ( KPA ) เอ๋ไฮดรอลิพลังงาน ( kWh / วัน ) และความดันไออิ่มตัว ( KPA ) et0 การคายระเหยอ้างอิง ( มม. / วัน ) ฯลฯ และในเงื่อนไขทางวัฒนธรรม ( มม. / วัน ) อดีตบกรังสีพิเศษ ( kWh / m2 g แรงโน้มถ่วงความเร่ง ( m / S2 g ความร้อนfl ux ความหนาแน่นดิน ( MJ / m2 วัน ) ซึ่งรังสี GH แนวนอน ( kW H / m2 ) H หัวไดนามิกทั้งหมด ( M ) IB ลำแสงรังสีID กระจายรังสี ( W H / m2 ) itot รังสีรวมบนอาร์เรย์ ( W itot H / m2 ) ,D รังสีรวมรายวัน ( กิโลวัตต์ชั่วโมง / ตารางเมตร / วัน ) และบางครั้ง ( H ) การถ่ายทอดมุม Modi เอ้อ KC วัฒนธรรม coef จึง cient KD อุบัติการณ์ Modi จึงเอ้อสำหรับกระจายรังสีคลื่นยาวที่เข้ามา
ลีรังสี ( kWh / m2 ) โลยาวคลื่นรังสีออก ( kWh / m2 ) noct ระบุปฏิบัติการอุณหภูมิของเซลล์ (  C ) พีฝน ( มม. ) P ( T ,H ) พลังงาน ( W ) Q น้ำflโอ๊ย ( L / S ) ความชื้นสัมพัทธ์ ( RH ) Rn สุทธิรังสีที่พื้นผิวพืช ( MJ / m2 วัน ) อุณหภูมิ (  C ) อุณหภูมิตา (  C ) อุณหภูมิเซลล์ TC (  C ) อุณหภูมิอ้างอิง TR (  C ) U2 ความเร็วลม ที่ความสูง 2 เมตร ( m / s ) WG รวมปริมาณน้ำ ( มม. / วัน ) คือความเร็วลม ( m / s ) เติมน้ำสูง ( มม. ) อุณหภูมิพลังงาน coef จึง cient ( % /  c ) C psychrometric คงที่ ( KPA /  C ) Dเส้นโค้งความดันไอ ( KPA /  g0b C ) o