Conversion of Solar Photovoltaic Energy Into Hydraulic Energy Applied to Irrigation Systems Using a Manual Sun Tracking

Abstract

CONVERSION OF SOLAR PHOTOVOLTAIC ENERGY INTO HYDRAULIC ENERGY APPLIED TO IRRIGATION SYSTEMS USING A MANUAL SUN TRACKING
 
 
 VANESSA DE FÁTIMA GRAH PONCIANO1; ISAAC DE MATOS PONCIANO2; DINARA GRASIELA ALVES3; EZEQUIEL SARETTA4 E RUBENS DUARTE COELHO5
 
 1 Professora Doutora, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Goiano, Av. Oeste, 350, Loteamento Parque União, 76200-000, Iporá, Goiás, Brasil, vanessa.grah@ifgoiano.edu.br.
 2 Professor Doutor, Faculdade de Iporá, Rua Serra Cana Brava, 512, Jd. Novo Horizonte II, 76200-000, Iporá, Goiás, Brasil, ponciano.i.m@gmail.com
 3 Doutora, Departamento de Engenharia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rod. BR 465, km 7, 23890-000, Seropédica, Rio de Janeiro, dinara_alves@hotmail.com.
 4 Professor Adjunto, Universidade Federal de Santa Maria, Rua Ernesto Barros, 1345, Santo Antônio, 96506-322, Cachoeira do Sul, Rio Grande do Sul, Brasil, ezequiel.saretta@ufsm.br.
 5 Professor Titular, Departamento de Engenharia de Biossistemas, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Av. Pádua Dias, 11, 13418-900, Piracicaba, São Paulo, Brasil, rdcoelho@usp.br. 
 
 
 1 ABSTRACT
 
 Brazil has an unexplored solar energy potential, and only 1.2% of the energy matrix come from photovoltaic energy. Besides, water pumping is an important form of development in rural areas (family farmers) mainly because of the distance from distribution centers. Therefore, this paper aims to evaluate the energy conversion in a water pumping system applied to irrigation, powered by photovoltaic energy, and compare with a static system with a single axis manual three-steps sun tracking system. Two arrays of panels were installed in the field at 22° 42’30” S; 47°38’00” W; 546 m above sea level. One photovoltaic module was static and the other a manual sun tracking device. Each module was connected to an individual water pump to simulate an irrigation system. The results showed that the pumping system with manual tracking device had better performance in the energy conversion from photovoltaic to hydraulic, with increments of 177 MJ m-2, 50.87 more pumping hours, and 66,135 L. However, the conversion energy efficiency from solar energy to water pumping was 4.55% and 4.77% for tracking and static modules, respectively. The manual sun tracking systems used in the photovoltaic module feeding a pumping system to irrigation was a technical alternative to improve the performance of the photovoltaic system.
 
 Keywords: renewable energy, water pumped, pumping time, global efficiency.
 
 
 GRAH PONCIANO, V. F.; PONCIANO, I. M.; ALVES, D. G.; SARETTA, E.; COELHO, R.D.
 CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM ENERGIA HIDRÁULICA APLICADA A SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO UTILIZANDO UM RASTREADOR SOLAR MANUAL
 
 
 
 2 RESUMO
 
 O Brasil tem um potencial solar energético pouco explorado, apenas 1,2% da matriz energética é proveniente da energia fotovoltaica. Aliado a isso, o bombeamento de água é uma importante forma de desenvolvimento nas áreas rurais (pequenos agricultores) principalmente, devido a distância desses locais aos centros de distribuição de energia elétrica. Este trabalho tem por objetivo avaliar a conversão da energia em um sistema de bombeamento de água aplicada a irrigação, movido por energia fotovoltaica, comparando um sistema estático com um sistema rastreador solar manual com três ângulos de ajuste de eixo único. Dois conjuntos de módulos foram instalados no campo na localização de 22° 42’30” S; 47°38’00” W; 546 m acima do nível do mar. Um módulo permaneceu estático e o outro módulo com um sistema de rastreador solar manual. Cada módulo foi conectado a uma motobomba individual, simulando um sistema de irrigação. Os resultados mostraram que o sistema de bombeamento com o rastreador manual teve melhor desempenho na conversão da energia solar para hidráulica, com um incremento de 177 MJ m-2, 50,87 h a mais no tempo de bombeamento, e 66.135 L. Contudo, a eficiência da conversão da energia solar para o sistema de bombeamento foi de 4,55% e 4,77% para o módulo rastreador e estático, respectivamente. O sistema manual de rastreamento solar utilizado no módulo fotovoltaico, alimentando um sistema de bombeamento para irrigação, foi uma alternativa técnica capaz de melhorar a desempenho do sistema fotovoltaico.
 
 Palavras-chave: energia renovável, água bombeada, tempo de bombeamento, eficiência global.