ساخت و ارزیابی سامانه فتوولتائیک آبیاری خودکارمجهز به ردیاب خورشیدی تک‌محوره

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

حسن مسعودی ^{1، 2}

حسن صیادی ¹

سید محمد صفی الدین اردبیلی ¹

¹ گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

² گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2026.94888.1420

چکیده

با توجه به محدودیت‌ها و مشکلات زیست‌محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی، انرژی خورشیدی منبعی مطمئن و کاربردی برای آبیاری مزارع و باغ‌هایی است که به شبکه برق دسترسی ندارند. در این مطالعه، یک سیستم پمپاژ آب فتوولتائیک با استفاده از انرژی خورشیدی مجهز به ردیاب خورشیدی تک‌محوره به‌منظور آبیاری خودکار باغ‌ها و مزارع ساخته و ارزیابی شد. سیستم ساخته‌شده دارای واحدهای جذب و ذخیره انرژی خورشیدی، ردیاب خورشیدی و آبیاری خودکار است. انرژی دریافتی توسط پنل خورشیدی از طریق یک کنترل‌کننده شارژ به باتری منتقل شده و از طریق یک مبدل ولتاژ و یک درایور موتور برای فعال کردن پمپ آب استفاده می‌شود. مطابق نتایج آزمایش‌ها، سیستم بیشترین انرژی را بین ساعات 10 صبح تا 2 بعد از ظهر دریافت کرد. در شرایط آفتابی با ردیاب فعال، 53.58 وات در باتری ذخیره شد، در حالی‌که در شرایط آفتابی بدون ردیاب 43.4 وات و در شرایط ابری 35.3 وات در باتری ذخیره شد. همچنین، تأثیر ردیاب خورشیدی و زاویه پنل نسبت به خورشید بر دریافت انرژی در سطح 5% معنی‌دار بود. ضمن این‌که، نوع حسگر رطوبت خاک تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد سیستم داشت که با تشکیل ماتریس اختلال، دقت آبیاری 100% حاصل شد. در مجموع، ردیاب خورشیدی طراحی و استفاده شده در این پژوهش، در شرایط آفتابی عملکرد خوبی داشت و استفاده از آن در سامانه‌های فتوولتائیک برای آبیاری خودکار توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

آردوینو

انرژی خورشیدی

پمپ آب

حسگر رطوبت خاک

موتور الکتریکی

موضوعات

• پایداری، زیست‌اقتصاد چرخشی و تاب‌آوری محیطی

---

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. Abdoli, M., Nasrabadi, T., Amid, F., & Hoveydi, H. (2007). Feasibility study of the use of new energies in Iran. 1^st Conference of Environmental Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran. (In Persian).
2. Abdollahpour, M., Golzarian, M. R., Rohani, A., & Abootorabi Zarchi, H. (2018). Development of a Machine Vision Dual-Axis Solar Tracking System. Solar Energy, 169, 136-143. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.03.059
3. Alibeik, B. (2016). Design, construction and evaluation of photovoltaic solar pump for irrigation of agricultural fields (Master's thesis). Agriculture and Natural Resources Campus, University of Tehran, Karaj, Iran. (In Persian).
4. 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. Food and Agriculture Organization. https://doi.org/10.32614/cran.package.meto
5. Bakeer, A., Magdy, G., Chub, A., & Bevrani, H. (2022). A Sophisticated Modeling Approach for Photovoltaic Systems in Load Frequency Control. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 134, 107330.‏ https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107330
6. Barkhodari, M., Kalantar, V., & Tabibi, A. (2019). Experimental investigation of a new method for sun tracking in photovoltaic systems. 28^th Annual International Conference of the Iranian Society of Mechanical Engineers, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran. (In Persian).
7. Chandel, S. S., Nagaraju Naik, M., & Chandel, R. (2017). Review of solar photovoltaic water pumping system technology for irrigation and community drinking water supplies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 49, 1084-1099. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.083
8. Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (2013). Solar engineering of thermal processes (4th ed.). Wiley. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781118671603
9. Fuentes-Morales, R. F., Diaz-Ponce, A., Pe˜na-Cruz, M. I., Rodrigo, P. M., Valentín-Coronado, L. M., Martell-Chavez, F., & Pineda-Arellano, C. A. (2020). Control Algorithms Applied to Active Solar Tracking Systems: A Review. Solar Energy, 212, 203-219. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.10.071
10. Gao, X., Liu, J., Zhang, J., Yan, J., Bao, S., Xu, H., & Qin, T. (2013). Feasibility Evaluation of Solar Photovoltaic Pumping Irrigation System Based on Analysis of Dynamic Variation of Groundwater Table. Applied Energy, 105, 182-193. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.11.074
11. Hajinajaf, Sh., Ghavami Jolandan, Sh., Masoudi, H., & Rohani, A. (2024). Improving the Performance of a Condensation Water Production System Through Support Vector Machine Modeling and Genetic Algorithm Optimization. Water Supply, 24(3), 847. https://doi.org/10.2166/ws.2024.034
12. Kaldellis, J. K., Meidanis, E., & Zafirakis, D. (2011). Experimental Energy Analysis of a Stand-Alone Photovoltaic-Based Water Pumping Installation. Applied Energy, 88(12), 4556-4562. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.036
13. Kalogirou, S. A. (2014). Solar energy engineering: Processes and systems (2nd ed.). Oxford, UK: Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2011-0-07038-2
14. Masoudi, H. (2023). Mass and Volume Determination of Orange Fruit using Ultrasonic Sensors. Journal of Agricultural Machinery, 13(1), 55-66. https://doi.org/10.22067/jam.2022.76674.1106
15. Masoudi, H., Tavakolzadeh, A., & Alemzadeh Ansari, N. (2020). Design and Development of a Fuzzy Logic Controller in Greenhouse and Evaluation of Its Performance by Basil Planting. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture, 11(2), 15-28. (In Persian). https://doi.org/10.47176/jspi.11.2.19011
16. Moeini, S., & Dehghan Menshadi, M. (2010). Renewable Energies and Their Place in Energy Supply. Energy Scope Journal, 4(41), 45-48. (In Persian).
17. Mostofi, F., Shayeghi, H., & Kazemi Kargar, H. (2012). Potential Assessment and Optimal Design of a Combined Renewable Energy System to Supply the Electricity Required for Water Pumping Stations at Meshkinshahr Site. Iranian Journal Energy, 15(2), 83-102. (In Persian). http://necjournals.ir/article-1-369-fa.html
18. Pande, P., Singh, A., Ansari, S., Vyas, S., & Dave, K. B. (2003). Design Development and Testing of a Solar PV Pump-Based Drip System for Orchards. Renewable Energy, 28(3), 385-396. https://doi.org/10.1016/S0960-1481(02)00037-X
19. Rahimi Khoygani, A., Fouladi Valizadeh, B., & Naserian, M. (2012). Study of saving electricity consumption by designing a DC solar water pumping system. National Conference on Culture of Irans Reform of Economic Behavior, Islamic Azad University, Abarkooh Branch, Iran. (In Persian).
20. Roy, A., Islam, W., Hasan, S., & Najmul Hoque, S. (2015). Prospect of Solar Pumping in the Northern Area of Bangladesh. American Journal of Renewable and Sustainable Energy, 1(4), 172-179.
21. Sadeghi, R., Parenti, M., Memme, S., Fossa, M., & Morchio, S. (2025). A Review and Comparative Analysis of Solar Tracking Systems. Energies, 18(10), 2553. https://doi.org/10.3390/en18102553
22. Saedi, S. I., Alimardani, R., Mousazadeh, H., & Salehi, R. (2018). Design and Development of a Solar Hydroponic Rotary Cropping Apparatus with an Intelligent Irrigation System. Journal of Agricultural Machinery, 8(2), 279-294. https://doi.org/10.22067/jam.v8i2.61694
23. Senol, R. (2012). An Analysis of Solar Energy and Irrigation Systems in Turkey. Energy Policy, 47, 478-486. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2012.05.049
24. Shahriari, A., & Khoshbakht, Z. (2014). Design and analysis of an optimal sun tracker to increase the efficiency of photovoltaic panels. The First National Conference on Renewable Energy and Sustainable Development, Zabol University, Zabol, Iran. (In Persian).
25. Sharma, A., & Sharma, Ch. (2017). Design and Fabrication of an Automatic Dual Axis Solar Tracker by using LDR Sensors. International Journal of Engineering, Science and Technology, 9(2), 39-45. https://doi.org/10.4314/ijest.v9i2.4
26. Shojaei, M., & Akhavan, S. (2019). Economic Evaluation of a Photovoltaic (PV) Powered Water Pumping System in Drip Irrigation Farms. Iranian Water Research, 14(1), 19-28. (In Persian).
27. Taylor, J. R. (1997). An introduction to error analysis: The study of uncertainties in physical measurements (2nd ed.). Sausalito, CA: University Science Books.
28. Vieira, R. G., Guerra, F. K. O. M. V., Vale, M. R. B. G., & Araújo, M. M. (2016). Comparative performance analysis between static solar panels and single-axis tracking system on a hot climate region near to the equator. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64, 672-681. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.06.089
29. Wibowo, H., Bow, Y., & Sitompul, C. R. (2021). Performance comparison analysis of fixed and solar-tracker installed panel at PV system. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 709(1), 012003. https://doi.org/10.1088/1755-1315/709/1/012003