Solar Water Pumping System Design: The Case of Somalia

Yüksek Lisans TeziBir ülkenin kalkınmasında tarım ve enerji dikkate alınması gereken en önemli iki faktördür. Güney Somali'de tarımsal sulama, mazot veya petrol gibi konvansiyonel enerji kaynakları ile çalışan su pompaları kullanılarak yapılmaktadır. Bu tip sistemler daimî yüksek yakıt maliyeti ve günlük bakım isterler. Somali'de Jubba ve Shabelle adı verilen iki nehir vardır. Sulama çoğunlukla bu iki nehir boyunca uygulanmaktadır. Nehirden oldukça uzak olan çiftçiler ise, mahsullerini yetiştirmek için yılda sadece iki yağışlı mevsime bırakmak zorunda kalmaktadırlar. Fakat bazen bu mevsimler de yeterli miktarda yağışlı geçmez ve kuraklık oluşmaktadır. Bu çalışma, Somali'de tarımsal sulama için güneş enerjili su pompalama sisteminin tasarımına ve ekonomik değerlendirmesine odaklanmıştır. Güney Somali'de bulunan bir muz çiftliği vaka çalışması olarak alınmıştır. Saha kabaca 5,25 kWh/m2 yatay günlük güneş radyasyonu almaktadır. CropWat programı kullanılarak bölgede yetiştirilen bazı ürünlerin sulama suyu ihtiyacı hesaplanmıştır. Şeker kamışı, mango ve muz en çok su tüketen ürünler olurken, sorgum, fasulye ve karpuz en az su tüketen ürünler olarak belirlendi. Güneş enerjili su pompalama sistemlerinin iki konfigürasyonu: AC ve DC, PVsyst programı kullanılarak tasarlanmış ve simüle edilmiştir. AC pompalama durumunda simüle edilen sonuçlara göre, gerekli olan 82 m3/gün su miktarını pompalamak için her biri 285 Wp'lik 6 güneş paneli kullanılırken, DC sistemde aynı miktarda su üretmek için sadece 4 güneş paneli kullanarak daha yüksek verimliliğe sahip olduğu görülmüştür. Ekonomik açıdan, fotovoltaik su pompalama sistemlerinin iki konfigürasyonu dizel su pompalama ile karşılaştırılarak değerlendirildi. Karşılaştırma yapmak için kurulum maliyetleri, yaşam döngüsü maliyeti ve pompalanan suyun m3 maliyeti kullanılmıştır. DC su pompalama durumunda öngörülen sistem ömür boyu üretimine göre, eşdeğer su maliyeti metreküp başına 0,16 $ iken ve AC su pompalaması durumunda metreküp başına 0,22 $ hesaplanmıştır. Her iki güneş enerjili su pompalama sistemi de dizel su pompalama sisteminden metreküp başına 0,68 $ daha uygun maliyete sahip olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, fotovoltaik teknolojisinin kullanılması, tarımsal üretkenliği ve gıda üretimini önemli ölçüde artırabileceği, çiftçilerin yaşam standartlarını yükseltebileceği ve ülkenin ekonomik büyümesine katkıda bulunabileceği görülmüştür.Agriculture and energy are the two most important factors to be considered for the development of a country. The Juba and Shabelle rivers are mostly used for irrigation. Farmers along these two rivers use conventional energy sources. These types of systems require a constant high fuel cost and daily maintenance. Farmers far from the river, on the other hand, have to leave only two rainy seasons a year to grow their crops. However, sometimes these seasons fail to rain, and drought occurs throughout the growing season. This thesis was focused on designing and economic evaluation of the photovoltaic water pumping system for agricultural irrigation in Somalia. A banana farm located in southern Somalia was taken as a case study. The site receives roughly 5.25 Kwh/m2 of horizontal daily solar radiation. Using the CROPWAT program, the irrigation water requirement of some crops cultivated in the region was calculated. Sugarcane, mango, and banana were the most water-consuming crops, while sorghum, beans, and watermelon were determined as the least water-consuming crops. Two configurations of photovoltaic water pumping systems: AC and DC, were designed and simulated using PVSYST software. According to the simulated results in the case of AC pumping, 6 solar panels each of 285wp are used to pump the amount of water required which is 82m3/day, while, the DC system used only 4 panels to produce the same amount of water with higher efficiency. In terms of economics, the two configurations of Photovoltaic Water Pumping systems were evaluated by comparing them with Diesel Water Pumping systems. Capital costs (CC), life cycle cost (LCC), and m3 cost of pumped water were all used to do the comparison. The equivalent cost of water in the DC system is 0.16 $/m3, and in the AC system is 0.22 $/m3, based on expected system lifetime power generation. Both cases of photovoltaic pumping systems are more profitable than diesel water pumping system, in which the equivalent cost of water is 0.68 $/m3. As a result, utilizing solar photovoltaic technology could significantly boost agricultural productivity and food production, thereby raising farmers' living standards and contributing to the country's economic growth