Specifications of Photovoltaic Pumping Systems in Agriculture

Sizing, Fuzzy Energy Management and Economic Sensitivity Analysis
 
 
Elsevier Science (Verlag)
  • 1. Auflage
  • |
  • erschienen am 5. November 2016
  • |
  • 176 Seiten
 
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978-0-12-812314-0 (ISBN)
 

Specifications of Photovoltaic Pumping Systems in Agriculture: Sizing, Fuzzy Energy Management and Economic Sensitivity Analysis is the first book of its kind to discuss the physical installation and sizing of PV pumping systems, also providing a successful energy management operation and economic sensitivity analysis.

In order to balance production with consumption, and to improve the lifetime of batteries, Imene Yahyaoui offers a complete study through sensitive analysis of system components and sizing algorithms, providing guidance for efficient energy conversion and management for off-grid systems.

From this single source, readers will be equipped with all the necessary data they need to understand, plan, and implement cost reduced systems.

  • Contains practical examples on how to optimize photovoltaic energy to pump water
  • Presents case studies on both the physical installation and effective energy management of PV water pump systems
  • Provides in-depth economic studies that justify optimization reliability


Dr. Imene Yahyaoui obtained her electrical engineering and master degrees in electric conversion and renewable energies from the University of Sfax, Tunisia. She has a PhD in Systems and Process Engineering from the Industrial Engineering School of the University of Valladolid, Spain. She performed her postdoc at the Electric Engineering Department of the Federal University of Espiritu Santo, Brazil. She is currently a postdoctoral researcher at the Electric Engineering Department of the University Carlos III of Madrid (UC3M), Spain.
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  • 5,47 MB
978-0-12-812314-0 (9780128123140)
0128123141 (0128123141)
weitere Ausgaben werden ermittelt
  • Front Cover
  • Specifications of Photovoltaic Pumping Systems in Agriculture
  • Copyright Page
  • Dedication
  • Contents
  • Foreword
  • Acknowledgments
  • Prologue
  • 1 Renewable Energies and Irrigation
  • 1.1 Introduction
  • 1.2 Renewable Energies
  • 1.2.1 Photovoltaic energy
  • 1.2.1.1 Serial configuration
  • 1.2.1.2 Parallel configuration
  • 1.2.2 Thermal energy
  • 1.2.2.1 Solar thermal energy
  • 1.2.2.2 Geothermal energy
  • 1.2.3 Wind energy
  • 1.2.4 Wave energy
  • 1.2.5 Hydraulic energy
  • 1.2.6 Biomass energy
  • 1.3 Renewable Energies for Irrigation
  • 1.4 Tomatoes Irrigation
  • 1.4.1 Climatic study
  • 1.4.2 Soil data
  • 1.4.3 Crop data
  • 1.4.4 Irrigation intervals
  • 1.5 Conclusions
  • References
  • 2 Modeling of the Photovoltaic Irrigation Plant Components
  • 2.1 Introduction
  • 2.2 Target System
  • 2.3 System Modeling and Validation
  • 2.3.1 System modeling
  • 2.3.1.1 PVPs models
  • Solar radiation model
  • Solar declination
  • Hour angle of the sun
  • Extraterrestrial radiation and clearness index
  • Solar radiation calculation
  • Ambient temperature distribution model
  • PVPs model
  • Panel yield based model
  • Panel nonlinear model
  • MPPT techniques
  • The lookup table MPPT
  • The neuro-fuzzy MPPT
  • The incremental conductance MPPT
  • The P&O MPPT
  • 2.3.1.2 Battery bank
  • Linear model for the battery behavior description
  • Coulomb-metric method
  • The open-circuit method
  • Nonlinear model for the battery behavior description
  • 2.3.1.3 Chopper
  • Function principle
  • Continuous operating mode
  • Discontinuous operating mode
  • 2.3.1.4 Inverter
  • 2.3.1.5 Pump
  • 2.3.2 Experimental validation and modeling results
  • 2.3.2.1 PVPs models
  • 2.3.2.2 MPPT results
  • 2.3.2.3 Battery bank model
  • 2.3.2.4 Chopper model
  • Inductor selection
  • Capacitor selection
  • Diode selection
  • Switch selection
  • Simulation results
  • 2.3.2.5 Inverter model
  • 2.3.2.6 Pump
  • 2.4 Conclusions
  • References
  • 3 Sizing Optimization of the Photovoltaic Irrigation Plant Components
  • 3.1 Introduction
  • 3.2 A Review on Sizing Algorithms in the Literature
  • 3.3 Sizing Algorithm Proposal
  • 3.3.1 Algorithm 3.1: determination of SM and nbatM
  • 3.3.2 Algorithm 3.2: deduction of Sopt and Copt
  • 3.4 Application to a Case Study
  • 3.4.1 Sizing for the case study
  • 3.4.2 Validation using measured climatic data
  • 3.4.3 Validation using HOMER
  • 3.4.4 Validation using PVsyst
  • 3.4.5 Days of autonomy
  • 3.5 Conclusions
  • References
  • 4 Optimum Energy Management of the Photovoltaic Irrigation Installation
  • 4.1 Introduction
  • 4.2 Review of Renewable Energy Management in Irrigation
  • 4.2.1 Review of energy management methods
  • 4.2.2 Fuzzy logic for energy management
  • 4.3 Problem Formulation
  • 4.4 Proposed EMA
  • 4.4.1 Energy management strategy
  • 4.4.2 Relays switching modes
  • 4.4.3 Fuzzy EMA
  • 4.4.3.1 Knowledge base
  • PV power Ppv
  • Battery dod
  • Stored water volume ?
  • Months M
  • Water level L
  • Power difference ?P
  • Relays Rl,Rb,Rlb
  • 4.4.3.2 Fuzzification
  • PV Power P~pv
  • Battery dod
  • Water volume v
  • Power difference ?P
  • Switching control of the relays Rl,Rb,Rlb
  • 4.4.3.3 Inference diagram
  • 4.4.3.4 Defuzzification
  • 4.5 Application to a Case Study
  • 4.5.1 Algorithm parameterization
  • 4.5.1.1 PV power Ppv
  • 4.5.1.2 Battery dod
  • 4.5.1.3 Stored water volume v
  • 4.5.2 Results and discussions
  • 4.6 Experimental Validation
  • 4.6.1 Installation description
  • 4.6.2 Cases study validation
  • 4.7 Conclusions
  • References
  • 5 Viability of DG, DG/PV and PV/ Batteries Plants for Water Pumping: Sensitivity Analysis According to Geographical and Eco...
  • 5.1 Introduction
  • 5.2 Water Pumping Systems Equipped With DG
  • 5.2.1 DG systems for water pumping systems
  • 5.2.2 PV/DG systems
  • 5.2.3 PV/batteries/DG systems
  • 5.2.4 DG system
  • 5.2.4.1 DG modeling
  • Diesel engine system
  • Synchronous generator
  • Excitation system
  • 5.2.4.2 DG modeling results
  • 5.3 Economic Viability of PV/Batteries and Diesel Plants
  • 5.3.1 Study of the costs of water pumping plants
  • 5.3.1.1 Diesel water pumping system
  • 5.3.1.2 PV-diesel water pumping system
  • 5.3.1.3 PV-battery water pumping system
  • 5.3.2 Evaluation of water pumping systems costs
  • 5.4 Sensitivity Analysis of the Cost of Water Pumping Systems to the Geographic Parameters
  • 5.5 Conclusion
  • References
  • 6 General Conclusion
  • Appendix A: Photovoltaic Energy: Basic Principles
  • A.1 Introduction
  • A.1.1 Composition of light energy
  • A.1.2 Sunlight on the earth
  • A.1.3 Photovoltaic energy history
  • A.2 Photovoltaic Effect Principle
  • A.2.1 Description of the silicon atom
  • A.2.2 Effect of light on silicon atoms
  • A.2.3 Potential barrier principle
  • A.3 Physical Aspects of Solar Cell Efficiency
  • A.4 Solar Cell Making Technique
  • A.5 PV Arrays
  • References
  • Appendix B: Centrifugal Water Pumps: Basic Principles
  • B.1 Principle of Operation
  • References
  • Appendix C: The Induction Machine: Modeling and Control
  • C.1 Space Vector Notion
  • C.2 Reference Change
  • C.3 Equations of the IM using the Space Vectors
  • C.4 State Equations
  • C.5 IM Direct Starting
  • C.6 IM Control Using the RFOC Method
  • References
  • Index
  • Back Cover

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