Photovoltaic solar energy in irrigation systems: technical and economic considerations

A energia solar fotovoltaica tem ganhado espaço e aumentado consideravelmente sua grandeza em território nacional. Entre os anos de 2021 e 2022 o crescimento foi de 80% de capacidade instalada. Esta fonte de energia em 2023 já representa 5,63% da utilização total dentre as outras fontes renováveis apontadas pelo Balanço Energético Nacional Energético. O presente trabalho tem por objetivo, apresentar as considerações técnicas e econômicas da implantação de painéis solares fotovoltaicos para o acionamento de motores elétricos utilizados em sistemas de irrigação do tipo pivô central (motobombas e motoredutores). São apresentados três estudos de casos, instalados nos estados de Goiás e Minas Gerais. O intuito é apresentar os tipos de sistemas fotovoltaicos existentes para irrigação, seu funcionamento, a eficiência de captação de radiação solar nos painéis solares, e consequentemente sua produção energética por unidade de área ocupada no terreno. Um estudo inicial em macroescala foi feito para os 10 municípios que mais recebem irradiação solar em cada um dos estados anteriormente mencionados, mais as cidades de Paracatu e Unaí para MG e a cidade de Quirinópolis para GO. Para realizar as suposições de eficiência energética e rentabilidade, foram considerados painéis solares modulares com área unitária de 1,8 m2 15% de eficiência e vida útil de 25 anos. Os valores das bandeiras tarifárias foram levados em consideração para cada estado considerado. Foi analisado também, três estudos de casos reais, que implantaram a energia solar fotovoltaica para acionamento de sistemas de irrigação do tipo pivô central, sendo um deles um sistema OFFGRID com base em um modelo híbrido de geração de energia, associada à um motogerador diesel e banco de baterias. Os resultados obtidos indicam que o investimento em energia solar para acionamento de sistemas de irrigação, oferece retornos financeiros sólidos, sendo também uma alternativa técnica viável e segura tecnicamente de ser implantada no campo; como consequência, essa estratégia se posiciona como uma opção atrativa para impulsionar o crescimento econômico sustentável no meio rural de áreas remotas, distantes das linhas de energia elétrica, contribuindo também na produção de alimentos e na redução das emissões de gases de efeito estufa na agricultura. Os fatores limitantes do uso desta tecnologia em larga escala, tem sido o custo de implantação do sistema fotovoltaico (capex) e os riscos associados às mudanças futuras da legislação dos sistemas fotovoltaicos ONGRID.Photovoltaic solar energy has gained space and its greatness in Brazil. Between 2021 and 2022 the growth was 80% installed capacity. This of energy in 2023 already represents 5.63% of the total source aimed as other sources targeted by the National Energy Balance. The objective of this work is to present the technical and economic considerations for the implementation of photovoltaic solar panels to drive electric motors used in center pivot irrigation systems (motorpumps and geared motors). Three case studies are presented, installed in the states of Goiás (GO) and Minas Gerais (MG). The aim is to present the types of existing photovoltaic systems, their operation, the efficiency of capturing solar radiation in solar panels, and consequently their energy production per unit area occupied on the ground. An initial macro-scale study was carried out for the 10 municipalities that receive the most solar radiation in each of the cited states, plus the cities of Paracatu and Unaí for MG and the city of Quirinópolis for GO. To carry out the energy efficiency and profitability assumptions, modular solar panels with a unit area of 1,8 m2, 15% efficiency and a useful life of 25 years were considered. The values of the tariff flags were considered for each state considered. Three real case studies were also analyzed, which implemented photovoltaic solar energy to drive central pivot irrigation systems, one of them being an OFFGRID system based on a hybrid model of power generation, associated with a diesel motor generator and Battery bank. The obtained results indicate that the investment in solar energy to drive irrigation systems offers solid financial returns, being also a technically viable and technically safe alternative to be implemented in the field; as a result, this strategy is positioned as an attractive option to boost sustainable economic growth in rural areas in remote areas, far from power lines, also contributing to food production and the reduction of greenhouse gas emissions in agriculture. The limiting factors for the use of this technology on a large scale have been the cost of implementing the photovoltaic system (capex) and the risks associated with future changes in the legislation of ONGRID photovoltaic systems