Розробка моделі поєднання сонячних концентраторів і сільськогосподарських полів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269106

Ключові слова:

сільськогосподарські культури, математична модель, сонячний концентратор, плоскі трикутні дзеркала, збирання

Анотація

Нами розроблено кілька прототипів сонячних концентраторів, які є компактними, легкими та недорогими. Як приклад сонячних концентраторів було обрано параболічні сонячні концентратори з плоскими дзеркалами, що апроксимують параболічну поверхню. Зелена енергетика дуже важлива в сучасному світі через глобальну зміну клімату, що викликав диспропорцію в екологічному балансі, темпи зростання населення, збільшення потреби в продуктах харчування та електроенергії на тлі скорочення орних земель. Вони є основними проблемами розвитку сільського господарства та забезпечення сталої продовольчої безпеки багатьох країн. У цій роботі як один із шляхів вирішення цих завдань досліджуються проблеми поєднання сільськогосподарських культур з агровольтаїкою на прикладі двох країн – Мексики та Азербайджану. Економіка обох країн заснована на видобутку нафти, рельєф та клімат мають багато спільних рис, які виражаються, зокрема, у достатку сонячної радіації, переважання гірських районів з віддаленими та важкодоступними населеними пунктами, які потребують створення автономної системи підтримки життєзабезпечення. Запропоновано методику оцінки впливу комбінацій сонячних концентраторів спільно з деякими сільськогосподарськими культурами. Запропонована математична модель проста та застосовна для різних випадків поєднання сонячних концентраторів та сільськогосподарських полів. Основною проблемою пропонованих сонячних концентраторів є автоматизація процесу збирання цих сонячних концентраторів. Нами запропоновано два методи складання: за допомогою параболічного правила та за допомогою робота-маніпулятора зі стереоскопічною системою зору. Обидва способи описані у цій статті. Моделювання цих процесів здійснювалося з допомогою програмного забезпечення SolidWorks

Біографії авторів

Ernst Kussul, Universidad Nacional Autónoma de México

Doctor of Technical Sciences, Profesor, Investigator Titular C, Head of Group

Department of Micro and Nanotechnology

Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología

Tetyana Baydyk, Universidad Nacional Autónoma de México

Doctor of Technical Sciences, Profesor, Investigator Titular C

Department of Micro and Nanotechnology

Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología

Masuma Mammadova, Ministry of Science and Education

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department

Department of Number 11

Institute of Information Technologies

Jorge Luis Rodriguez, Universidad de Colima

PhD Student

Facultad de Ciencias Químicas

Посилання

  1. World Population Prospects 2022. Summary of Results. United Nations. Available at: https://www.un.org/development/desa/pd/sites/www.un.org.development.desa.pd/files/wpp2022_summary_of_results.pdf
  2. Analysis of climate policies of the countries of Eastern Europe, Caucasus and Central Asia (2020). EECCA. Available at: https://infoclimate.org/wp-content/uploads/2020/12/overview-of-climate-policies-eecca.pdf
  3. Nguyen, T.-H., Sahin, O., Howes, M. (2021). Climate Change Adaptation Influences and Barriers Impacting the Asian Agricultural Industry. Sustainability, 13 (13), 7346. doi: https://doi.org/10.3390/su13137346
  4. The Paris Agreement. Available at: https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement/the-paris-agreement
  5. Viana, C. M., Freire, D., Abrantes, P., Rocha, J., Pereira, P. (2022). Agricultural land systems importance for supporting food security and sustainable development goals: A systematic review. Science of The Total Environment, 806, 150718. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150718
  6. Skuras, D., Psaltopoulos, D. (2012). A broad overview of the main problems derived from climate change that will affect agricultural production in the Mediterranean area. Building Resilience for Adaptation to Climate Change in the Agriculture Sector, 23, 217–260.
  7. Zhu, X., Zhang, Z., Chen, X., Jia, F., Chai, Y. (2022). Nexus of mixed-use vitality, carbon emissions and sustainability of mixed-use rural communities: The case of Zhejiang. Journal of Cleaner Production, 330, 129766. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129766
  8. Mamedova, M., Dzhabrailova, Z. (2015). Multi criteria optimization of human resource management problems based on the modified topsis method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (4 (74)), 48–62. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.40533
  9. Steiner, A., Aguilar, G., Bomba, K., Bonilla, J. P., Campbell, A., Echeverria, R. et al. (2020). Actions to Transform Food Systems under Climate Change. Wageningen. Available at: https://ageconsearch.umn.edu/record/310920/files/CCAFS%20Actions%20to%20Transform%20Food%20Systems%20Under%20Climate%20Change.pdf
  10. Dinesh, H., Pearce, J. M. (2016). The potential of agrivoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 54, 299–308. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.024
  11. Weselek, A., Ehmann, A., Zikeli, S., Lewandowski, I., Schindele, S., Högy, P. (2019). Agrophotovoltaic systems: applications, challenges, and opportunities. A review. Agronomy for Sustainable Development, 39 (4). doi: https://doi.org/10.1007/s13593-019-0581-3
  12. Santra, P., Pande, P. C., Kumar, S., Mishra, D., Singh, R. (2017). Agri-voltaics or solar farming: the concept of integrating solar PV based electricity generation and crop production in a single land use system. International Journal of Renewable Energy Research-IJRER, 7 (2), 694–699. doi: https://doi.org/10.20508/ijrer.v7i2.5582.g7049
  13. Coşgun, A. E. (2021). The potential of Agrivoltaic systems in TURKEY. Energy Reports, 7, 105–111. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.017
  14. Cho, J., Park, S. M., Park, A. R., Lee, O. C., Nam, G., Ra, I.-H. (2020). Application of Photovoltaic Systems for Agriculture: A Study on the Relationship between Power Generation and Farming for the Improvement of Photovoltaic Applications in Agriculture. Energies, 13 (18), 4815. doi: https://doi.org/10.3390/en13184815
  15. Ravi, S., Macknick, J., Lobell, D., Field, C., Ganesan, K., Jain, R. et al. (2016). Colocation opportunities for large solar infrastructures and agriculture in drylands. Applied Energy, 165, 383–392. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.078
  16. Sekiyama, T., Nagashima, A. (2019). Solar Sharing for Both Food and Clean Energy Production: Performance of Agrivoltaic Systems for Corn, A Typical Shade-Intolerant Crop. Environments, 6 (6), 65. doi: https://doi.org/10.3390/environments6060065
  17. Goetzberger, A., Zastrow, A. (1982). On the Coexistence of Solar-Energy Conversion and Plant Cultivation. International Journal of Solar Energy, 1 (1), 55–69. doi: https://doi.org/10.1080/01425918208909875
  18. Scognamiglio, A. et al. (2014). Photovoltaic Greenhouses: A Feasible Solutions for Islands? Design, Operation, Monitoring and Lessons Learned from a Real Case Study. The 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion. Kyoto.
  19. Havrysh, V., Kalinichenko, A., Szafranek, E., Hruban, V. (2022). Agricultural Land: Crop Production or Photovoltaic Power Plants. Sustainability, 14 (9), 5099. doi: https://doi.org/10.3390/su14095099
  20. Fthenakis, V., Kim, H. C. (2009). Land use and electricity generation: A life-cycle analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 (6-7), 1465–1474. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.09.017
  21. Marrou, H., Guilioni, L., Dufour, L., Dupraz, C., Wery, J. (2013). Microclimate under agrivoltaic systems: Is crop growth rate affected in the partial shade of solar panels? Agricultural and Forest Meteorology, 177, 117–132. doi: https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2013.04.012
  22. Kussul, E. (2020). Combinations of Solar Concentrators with Agricultural Plants. Journal of Environmental Science and Engineering B, 9 (5). doi: https://doi.org/10.17265/2162-5263/2020.05.002
  23. Zhu, Z., Zheng, H., Wang, Q., Chen, M., Li, Z., Zhang, B. (2018). The study of a novel light concentration and direct heating solar distillation device embedded underground. Desalination, 447, 102–119. doi: https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.08.021
  24. Ye, H., Zheng, Y., Zheng, H., Liang, S. (2020). Sustainable Agriculture Irrigation System Using a Novel Solar Still Design With a Compound Parabolic Concentrator Reflector. Journal of Solar Energy Engineering, 142 (3). doi: https://doi.org/10.1115/1.4045826
  25. Amaducci, S., Yin, X., Colauzzi, M. (2018). Agrivoltaic systems to optimise land use for electric energy production. Applied Energy, 220, 545–561. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.03.081
  26. Scilab. ESI Group. Available at: https://www.scilab.org/
  27. Casares de la Torre, F. J., Varo, M., López-Luque, R., Ramírez-Faz, J., Fernández-Ahumada, L. M. (2022). Design and analysis of a tracking / backtracking strategy for PV plants with horizontal trackers after their conversion to agrivoltaic plants. Renewable Energy, 187, 537–550. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.01.081
  28. Thakur, A. K., Singh, R., Gehlot, A., Kaviti, A. K., Aseer, R., Suraparaju, S. K. et al. (2022). Advancements in solar technologies for sustainable development of agricultural sector in India: a comprehensive review on challenges and opportunities. Environmental Science and Pollution Research, 29 (29), 43607–43634. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-022-20133-0
  29. In-depth Review of the Energy Efficiency Policy of the Republic of Azerbaijan (2020). Available at: https://www.energycharter.org/what-we-do/energy-efficiency/energy-efficiency-country-reviews/in-depth-review-of-energy-efficiency-policies-and-programmes/in-depth-review-of-the-energy-efficiency-policy-of-the-republic-of-azerbaijan
  30. General information on nature of Azerbaijan. Available at: https://azerbaijan.az/en/information/201
  31. Veysey, J., Octaviano, C., Calvin, K., Martinez, S. H., Kitous, A., McFarland, J., van der Zwaan, B. (2016). Pathways to Mexico’s climate change mitigation targets: A multi-model analysis. Energy Economics, 56, 587–599. doi: https://doi.org/10.1016/j.eneco.2015.04.011
  32. Geography of Mexico. Available at: http://worldfacts.us/Mexico-geography.htm
  33. A Mexico Climate Overview. Available at: https://focusonmexico.com/climate-mexico/
  34. Mexico Clean Energy Report – Executive Summary. NREL, 64. Available at: https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/82580.pdf
  35. Mustafayev, F., Kulawczuk, P., Orobello, C. (2022). Renewable Energy Status in Azerbaijan: Solar and Wind Potentials for Future Development. Energies, 15 (2), 401. doi: https://doi.org/10.3390/en15020401
  36. Kussul, E., Baidyk, T., Makeyev, O., Lara-Rosano, F., Saniger, J. M., Bruce, N. (2007). Development of Micro Mirror Solar Concentrator. Proceedings of the 2nd IASME / WSEAS International Conference on Energy & Environment (EE'07). Portoroz, 293–298. Available at: https://www.academia.edu/27984489/Development_of_micro_mirror_solar_concentrator
  37. Kussul, E., Baidyk, T., Makeyev, O., Lara-Rosano, F., Saniger, J. M., Bruce, N. (2008). Flat Facet Parabolic Solar Concentrator with Support Cell for One and More Mirrors. WSEAS TRANSACTIONS on POWER SYSTEMS, 8 (3), 577–586. Available at: https://www.academia.edu/573393/Flat_facet_parabolic_solar_concentrator_with_support_cell_for_one_and_more_mirrors
  38. Kussul, E., Makeyev, O., Baidyk, T., SanigerBlesa, J., Bruce, N., Lara-Rosano, F. (2011). Adjustment of Solar Concentrator Support Frame. In Proc. of the Intern. Conf. on Innovative Technologies. Bratislava, 314–316.
  39. Kussul, E., Makeyev, O., Baidyk, T., Blesa, J. S., Bruce, N., Lara-Rosano, F. (2011). The Problem of Automation of Solar Concentrator Assembly and Adjustment. International Journal of Advanced Robotic Systems, 8 (4), 46. doi: https://doi.org/10.5772/45685
  40. Kussul, E., Baidyk, T., Ruiz-Huerta, L., Caballero-Ruiz, A., Velasco, G., Kasatkina, L. (2002). Development of micromachine tool prototypes for microfactories. Journal of Micromechanics and Microengineering, 12 (6), 795–812. doi: https://doi.org/10.1088/0960-1317/12/6/311
Розробка моделі поєднання сонячних концентраторів і сільськогосподарських полів

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-30

Як цитувати

Kussul, E., Baydyk, T., Mammadova, M., & Rodriguez, J. L. (2022). Розробка моделі поєднання сонячних концентраторів і сільськогосподарських полів . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (120), 16–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.269106

Номер

Том 6 № 8 (120) (2022): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Ernst Kussul, Tetyana Baydyk, Masuma Mammadova, Jorge Luis Rodriguez

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.