Design and techno-economic analysis of a smart solar greenhouse

Abstract

The aim of this study is to examine the combination of agriculture and energy, which are two indispensable concepts for the existence of humanity, more efficiently. Energy, which is an indispensable part of human life, is at the top of the issues discussed in the world agenda today as it was in the past. Energy continues to be an indispensable factor in the economic and social development of countries, and therefore in increasing social welfare. With the developments in the agricultural sector, the energy need of the sector is increasing and energy diversity is important. In parallel with the world population, the demand for foodstuffs is increasing day by day. In order to meet this increasing food demand, greenhouse cultivation, where high efficiency is obtained from the unit area, is gaining more and more importance all over the world. Providing optimum conditions according to the location and seasonal characteristics of the location is essential for greenhouse efficiency. The need to heat greenhouses to provide these conditions constitutes a substantial energy cost. However, it is a known fact that fossil fuels, which are one of the energy sources, cause global climate changes, as they are an important source of CO2, known as a greenhouse gas. In this context, approaches to the use of renewable energy sources in agricultural activities are of great importance for the development of the sector. This study was prepared to examine the use and techno-economic analysis of photovoltaic panels for the energy needs of greenhouses. The solar greenhouse, where optimum conditions are provided with the automation system, will generate income from electricity sales as well as agricultural income in the months when it produces more electricity than its self-consumption.

Bu çalışmanın amacı, insanlığın varoluşu için vazgeçilmez iki kavram olan tarım ve enerjinin daha verimli halde bir araya gelmesini incelemektir. İnsan yaşamının vazgeçilmez bir parçası olan enerji, geçmişte olduğu gibi bugün de dünya gündeminde tartışılan konuların başında yer almaktadır. Enerji, ülkelerin ekonomik ve sosyal olarak gelişiminde, dolayısıyla toplumsal refahın artırılmasında vazgeçilmez bir etken olmaya devam etmektedir. Tarım sektöründeki gelişmelerle birlikte, sektörün enerji ihtiyacı artmakta ve enerji çeşitliliği önem arz etmektedir. Dünya nüfusuna paralel olarak gıda maddelerine olan talep de her geçen gün artış göstermektedir. Artan gıda talebinin karşılanması için, birim alandan yüksek verimin alındığı seracılık, tüm dünyada her geçen gün daha fazla önem kazanmaktadır. Bulunduğu lokasyona ve lokasyonun mevsimsel özelliklerine göre optimum koşulların sağlanabilmesi sera verimliliği için zorunludur. Bu koşulların sağlanabilmesi için seraları ısıtma ihtiyacı azımsanamayacak bir enerji maliyetini oluşturmaktadır. Ancak enerji kaynaklarından biri olan fosil yakıtların sera gazı olarak bilinen CO2'nin önemli kaynağı olması sebebiyle, küresel iklim değişikliklerine neden olduğu da bilinen bir gerçektir. Bu kapsamda yenilenebilir enerji kaynaklarının tarımsal faaliyetlerde kullanımına yönelik yaklaşımlar sektörün gelişimi açısından büyük öneme sahiptir. Bu çalışma, fotovoltaik panellerin, seraların enerji ihtiyacı için kullanımını ve tekno-ekonomik analizini incelemek için hazırlanmıştır. Otomasyon sistemiyle optimum koşulların sağlandığı solar sera, öztüketiminden fazla elektrik ürettiği aylarda ise tarımsal kazancın yanında elektrik satışından da gelir elde edecektir.