فاعلية تطبيق الطاقة الشمسية في تشغيل نظام الأكوابونيك لتوفير الطاقة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ الهندسة الزراعية والنظم الحيوية المساعد - كلية الزراعة - جامعة المنوفية - شبين الكوم - مصر.

2 أستاذ الهندسة الزراعية والنظم الحيوية وعميد كلية الزراعة - جامعة المنوفية - شبين الكوم - مصر.

3 مدرس مساعد بقسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية- كلية الزراعة - جامعة المنوفية - شبين الكوم - مصر.

المستخلص

الطاقة الشمسية هي أحد مصادر الطاقة المتجددة المستخدمة للحد من تأثير التغيرات المناخية وارتفاع أسعار الطاقة. وفي ضوء التغير المناخي وندرة المياه يلعب نظام الأكوابونيك دورًا مهمًا في تحقيق الأمن الغذائي والتنمية الاقتصادية. الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تطبيق الطاقة الشمسية في تشغيل نظام الأكوابونيك كتقنية جديدة للزراعة لتوفير المياه والطاقة. تم إجراء هذه التجربة في قسم الهندسة الزراعية والنظم الحيوية، كلية الزراعة، شبين الكوم، جامعة المنوفية خلال عام 2020. وخلال هذه الدراسة تم تصميم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتزويد نظام الأكوابونيك بالطاقة وتقييم أدائه. تم دراسة تأثير معدل التدفق ونوع النظام على الوزن الطازج والجاف للمجموع الخضري وكفاءة استخدام المياه بالنسبة لنباتات الخس. أظهرت النتائج أن الحد الأقصى للإشعاع الشمسي المحسوب والمقاس كان 789.67 و856.90 واط في المتر المربع، مما يدل على التوافق بين النتائج المحسوبة والمقاسة. وفقًا لذلك، كان الحد الأقصى للطاقة الكهربائية المحسوبة والمقاسة للخلايا الشمسية 252.77 و233.24 واط في المتر المربع، على التوالي. تراوحت كفاءة الالواح الشمسية من 13.51 إلى 14.68٪ خلال ساعات النهار. قيمة إنتاجية الطاقة الكهربائية من الألواح الشمسية لها قيم مختلفة على مدار اليوم والقيمة الإجمالية كانت 10.49 ميجا جول في اليوم. وإجمالي استهلاك الطاقة المحدد لمضخة الهواء ومضخة المياه في نظام الأكوابونيك كان 10.32 ميجا جول في اليوم تم الحصول عليها من إنتاجية الالواح الشمسية. كما أشارت النتائج التي تم الحصول عليها لنباتات الخس إلى أنه مع زيادة معدل التدفق من 0.5 إلى 1.5 لتر في الدقيقة زاد الوزن الجاف والطازج للبراعم وإنتاجية الخس وكفاءة استخدام المياه. لذلك يمكن استخدام الطاقة الشمسية في تشغيل نظام الأكوابونيك.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Abu-Aligah, M. (2011). Design of Photovoltaic Water Pumping System and Compare it with Diesel Powered Pump. Jordan Journal of Mechanical & Industrial Engineering, 5(3), 273 – 280.
Ali, M.M. (2016). Comparison between hydroponic and aeroponic systems for lettuce production. M.Sc. Thesis, in Agricultural Engineering, Faculty of Agriculture, Moshtohor, Benha University, Egypt.
Bhatt, P. and A. Verma (2014). Design and cost analysis of PV System using nano solar cell. International Journal of Scientific and Research Publications, 4(3), 1-7.
Diantari, R. A. and I. Pujotomo (2016). Calculation of electrical energy with solar power plant design. International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA) (pp. 443-446). ‏
Djidonou, D., X. Zhao, E.H. Simonne, K.E. Koch and J.E. Erickson (2013). Yield, water and nitrogen use efficiency in field grown grafted tomatoes. Hort. Sci. 48(4), 485–492.
Elgeziry, A. A. (2022). Study the Effect of Some Engineering Factors on the Performance of an Integrated Aquaponic Unit. M.Sc. Thesis, in Agricultural & BioSystems Engineering, Faculty of Agriculture, Shebin El-kom, Menoufia University, Egypt.
Genuncio, G. D. C., M. Gomes, A. C. Ferrari, N. Majerowicz and E. Zonta (2012). Hydroponic lettuce production in different concentrations and flow rates of nutrient solution. Horticultura Brasileira, 30(3), 526-530.
Khater, E.G. ( 2006). Aquaponics: the integration of fish and vegetable culture in recirculating systems. M.Sc. Thesis, in Agricultural Engineering, Faculty of Agriculture, Moshtohor, Benha University, Egypt.
Maucieri, C., C. Nicoletto, E. Van Os, D. Anseeuw, R. Van Havermaet and R. Junge  (2019). Hydroponic technologies.  In Aquaponics food production systems. Springer, Cham, (pp. 77-110).
Okasha, A. M. (2016). Performance of a small drip irrigation system powered by solar photovoltaic for corn production. Misr Journal of Agricultural Engineering, 33(4), 1369-1386.‏
Omar, M.N., A.T. Taha, A.A. Samak, M.H. Keshek, E.M. Gomaa, and S.F. Elsisi (2021). Simulation and validation model of cooling greenhouse by solar energy (P V) integrated with painting its cover and its effect on the cucumber production. Renewable Energy 172 (July 2021) 1154-1173, https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.03.092
Omar, M.N, A. A.  Samak and S. F. Elsisi  (2022). Effect of the solar evaporative cooling and reducing the cover permeability on the production and quality of greenhouse cucumber. Misr Journal of Agricultural Engineering., 39 (3): 425 – 448 DOI: 10.21608/mjae.2022.133228.1071
Pantanella, E. (2018). Aquaponics production, practices and opportunities. In Sustainable Aquaculture. Springer, Cham, (pp. 191-248).
Ruiz J., P. Martínez, H. Sadafi, F.J. Aguilar, P.G. Vicente and M. Lucas (2020). Experimental characterization of a photovoltaic solar-driven cooling system based on an evaporative chimney. Renewable Energy 161 (December 2020) 43 – 54. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.06.111
Samak, A. A,  M. N. Omar and S. F. Elsisi (2022). Developing and evaluating a multi nozzle spraying machine powered by solar energy for agricultural smallholdings. Misr Journal of Agricultural Engineering., 39 (3): 353 – 374.
Sharma, R., S. Sharma and S. Tiwari (2020). Design optimization of solar PV water pumping system. Materials Today: Proceedings, 21, 1673-1679.‏
Shivrath, Y., P. B. Narayana, S. Thirumalasetty and E. L. Narsaiah (2012). Design & integration of wind-solar hybrid energy system for drip irrigation pumping application. International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), 2(4), 2947-2950.
Somerville, C., M. Cohen, E. Pantanella, A. Stankus and A. Lovatelli (2014). Small-scale aquaponic food production: integrated fish and plant farming. FAO Fisheries and Aquaculture Technical Paper, (589), I.‏
Taha, A. T. H. (2010). Estimation of hourly global solar radiation in Egypt using mathematical model. Misr Journal of Agricultural Engineering, 27(4), 2033-2047.‏
Yang, T. and H. J. Kim (2020). Effects of hydraulic loading rate on spatial and temporal water quality characteristics and crop growth and yield in aquaponic systems. Horticulturae, 6, 9: 1-23.
Yang, T., and H. J. Kim (2020b). Characterizing nutrient composition and concentration in tomato-, basil-, and lettuce-based aquaponic and hydroponic systems. Water, 12(5), 1259:1-32.
Yep, B. and  Y. Zheng  (2019). Aquaponic trends and challenges – A review. Journal of  Cleaner Production, 228, 1586–1599.