• Energy Research

Abstract To operate centrifugal pump against higher discharge pressure and to achieve specific speed for delivering the water, the level of irradiance required is quite high. Therefore, by knowing the operating pressure this problem may be minimized by using energy storage devices like battery or supercapacitor operated in parallel with the SPV module. Here is the need to select a proper configuration of solar PV water pumping system (SPVWPS) using energy storage devices for the economic application. Therefore, a new approach is made towards studying different configurations of 7SPVWPS with battery and supercapacitors under varying discharge pressure and evaluate the performance parameters. Four different configurations of SPVWPS using centrifugal pump are considered, namely, directly coupled, with battery, with the supercapacitors and with a battery-supercapacitor hybrid, to determine the optimum configuration for higher system performance. The experiment have been carried out on a small scale SPVWPS with 2 m and 3 m dynamic head of the pump on sunny days at Haldia, India. The comparison of the performance for the different configurations have been reported. The study reveals that the supercapacitor based configuration give highest instantaneous efficiency. The centrifugal pump powered by SPVWPS using battery delivers a maximum of 2964 L per day for 2 m dynamic head whereas for 3 m dynamic head SPVWPS using supercapacitor delivers a maximum of 1826 L per day. An economic comparison is also done for the different topologies.

В теперішній час зростає попит на гібридні системи відновлюваної енергії (HRES) для обслуговування різних типів навантажень. Джерела фотоелектричної енергії та енергії вітру доповнюють одне одного. HRES з використанням джерел фотоелектричної енергії та енергії вітру може підвищити надійність системи для обслуговування навантаження протягом року. У роботі аналізується вартість, доцільність використання та надійність двох типів HRES з використанням програмного забезпечення HOMER для місцевості Haldia (Індія), а саме гібридної системи фотоелектрична енергія/ енергія вітру/акумулятор та гібридної системи фотоелектрична енергія/енергія вітру/суперконденсатор. Ці системи оптимізовані за вартістю з використанням чистої приведеної вартості (NPC) системи і вартості енергії (COE) системи. Сонячне випромінювання, швидкість вітру, температура ділянки місцевості, погодинне навантаження та вартість одиниці компонентів HRES вводяться в програмне забезпечення HOMER. Доцільність використання системи вивчається за найменшої COE з різними співвідношеннями виробництва електроенергії від фотоелектричних та вітроенергетичних систем. Надійність системи вимірюється у відсотках незадоволеного навантаження. Встановлено, що частки виробництва фотоелектричної та вітрової енергії 80:20 та 73:27 є оптимальними відповідно для систем фотоелектрична енергія/енергія вітру/акумулятор та фотоелектрична енергія/енергія вітру/суперконденсатор для кліматичних умов місцевості Haldia. Аналіз чутливості до технічних параметрів і витрат, а також енергоменеджмент системи представлено в роботі. Дослідження показало, що HRES з суперконденсатором може забезпечити пікове навантаження вдень і вночі порівняно з HRES із акумулятором. Воно також виявило, що суперконденсатор може заряджатися дуже швидко з низькими значеннями доступної сонячної або вітрової енергії на відміну від акумулятора. The demand for hybrid renewable energy systems (HRES) is growing nowadays for serving different types of loads. PV and Wind energy resources are complementary. HRES using PV and wind energy sources may increase system reliability for serving a load throughout a year. This paper analyses the cost, feasibility, and reliability of two types of HRES using HOMER software for Haldia, namely, PV/Wind/Battery and PV/Wind/Supercapacitor. These systems are cost-optimized using the net present cost (NPC) of the system and cost of the energy (COE) of the system. The solar radiation, wind speed, the temperature of the site, hourly load, and unit cost of the components of the HRES are given input to the HOMER software. The feasibility of the system is studied for the lowest cost of energy (COE) with different ratios of electricity production from PV and wind energy systems. The reliability of the system is measured in terms of the percentage of the unmet load. It is found that 80:20 and 73:27 share of PV and wind energy production is optimum for PV/Wind/Battery and PV/Wind/ Supercapacitor system respectively for the climatic conditions of Haldia, India. The technical parameter sensitivity and cost sensitivity analysis and the energy management of the system are also reported in this paper. The study revealed that the HRES using supercapacitor can deliver peak load, during the day and night, as compared to a battery. It also depicts that supercapacitor can charge very fast with low values of available solar or wind energy than that of the battery.

India is a tropical country that gets a significant amount of solar irradiation that is suitable for photovoltaic (PV) applications. The country is also endowed with wind energy in its large coastal areas. India is an agro-economic country that has a growing need for irrigation. Utilization of hybrid renewable energy for the agricultural needs of the country would be a step toward a sustainable future. For the environmental conditions of Haldia, India, a stand-alone PV–wind–lead-acid battery hybrid renewable energy system (HRES) was developed to cater to the needs of agricultural activities. An investigation was conducted on the impact of PV penetration on the system wind energy capacity, battery capacity, capacity shortage, net present cost, cost of energy (COE), PV and wind energy percentage and surplus energy produced. The optimization was based on the assumption that the HRES had no unmet load and the lowest COE. This research provided a range of wind energy capacities for the location with no unmet loads. The research discovered the ideal HRES of the site with a COE of US$0.312/kWh. This study may help farmers by boosting their reliance on power from renewable energy sources and decreasing their dependency on grid power for agricultural activities.

Abstract In this paper, a scheme of stand-alone off-grid solar photovoltaic water pumping system based on supercapacitor is proposed. Supercapacitor has the characteristics of a high power density and a large cycle life over commercial batteries. The core objective of this paper is the utilization of these supercapacitor properties to enhance the performance of a direct coupled solar photovoltaic water pumping system (SPVWPS).The results are analyzed based on without and with supercapacitors based SPVWPS. The experiment clearly depicts that the supercapacitor based water pumping system gives better performance in terms of daily water output and the system performance index than the direct coupled SPVWPS.