Анотація
Метою цього дослідження було оцінити економічну ефективність впровадження фотоелектричних (ФЕ) систем у зрошуваному землеробстві з урахуванням технічних, фінансових та екологічних аспектів їх застосування. Для досягнення цієї мети було проаналізовано рівні енергоефективності насосних станцій, вартість встановлення ФЕ систем та механізми державної підтримки. Результати дослідження показують, що впровадження сонячної енергії в зрошувальних комплексах знизило середні витрати на електроенергію до 0,05-0,12 доларів США за кВт⋅год порівняно з 0,20-0,35 доларів США для дизельних генераторів та 0,10-0,30 доларів США для централізованого електропостачання. Було визначено, що середній термін окупності ФЕ систем у зрошуваному землеробстві становить 5-8 років, що значно менше, ніж для дизельних генераторів, які не є економічно ефективними через високі експлуатаційні витрати. Дослідження підтвердило, що використання сучасних ФЕ систем у поєднанні з інтелектуальними насосами зменшило споживання енергії зрошувальними установками на 20-30 %, підвищивши їхню автономність та стабільність роботи. Аналіз впливу на навколишнє середовище показав, що фотоелектричні системи сприяють скороченню викидів CO₂ на 60-80 % порівняно з традиційними джерелами енергії, що є вирішальним фактором переходу до сталого сільськогосподарського виробництва. Було встановлено, що програми субсидування, механізм нетто-лічильника та пільгові кредити сприяють зменшенню початкових капіталовкладень та стимулюють сільськогосподарські підприємства до впровадження сонячних електростанцій. На основі отриманих результатів розроблено рекомендації щодо оптимізації механізмів фінансового стимулювання впровадження фотоелектричних систем у зрошуваному землеробстві, покращення технологічних параметрів фотоелектричних установок та використання цифрових платформ для управління енергією. На практиці результати можуть бути використані для обґрунтування проектів державно-приватного партнерства з будівництва сонячних електростанцій на зрошувальних насосних спорудах
Ключові слова
відновлювані джерела енергії, фотоелектричні системи, циркулярна економіка, енергетична незалежність, оптимізація енергоспоживання
Використані джерела
- Abhilash, P., Kumar, R.N., & Kumar, R.P. (2021). Solar powered water pump with single axis tracking system for irrigation purpose. Materials Today: Proceedings, 39, 553-557. doi: 10.1016/j.matpr.2020.08.336.
- Andrusiv, U., Simkiv, L., Dovgal, O., Demchuk, N., Potryvaieva, N., Cherchata, A., Popadynets, I., Tkachenko, G., Serhieieva, O., & Sydor, H. (2020). Analysis of economic development of Ukraine regions based on taxonomy method. Management Science Letters, 10(3), 515-522. doi: 10.5267/j.msl.2019.9.029.
- Ashraf, A., & Jamil, K. (2022). Solar-powered irrigation system as a nature-based solution for sustaining agricultural water management in the Upper Indus Basin. Nature-Based Solutions, 2, article number 100026. doi: 10.1016/j.nbsj.2022.100026.
- Bezhenar, I.M. (2023). Prospects for green business in Ukrainian farms. In Proceedings of the VII international scientific and practical conference “Practical and theoretical issues of science and education development” (pp. 20-28). Lviv: Lviv Scientific Forum.
- Bytko, D., & Krylova, I. (2022). Alternative energy sources as a key to the efficient functioning of agricultural enterprises. In Materials of the IX all-Ukrainian scientific and practical conference “Environmental and social aspects of economic development in the context of European integration” (pp. 234-236). Mykolaiv: Mykolaiv National Agrarian University.
- Dovgal, O., Potryvaieva, N., Bilichenko, O., Kuzoma, V., & Borko, T. (2024). Agricultural sector circular economy development: Agroecological approach. Ekonomika APK, 31(4), 10-22. doi: 10.32317/ekon.apk/4.2024.10.
- Dyer, J., & Shapiro, J. (2023). Pumps, prosperity and household power: Experimental evidence on irrigation pumps and smallholder farmers in Kenya. Journal of Development Economics, 163, article number 103034. doi: 10.1016/j.jdeveco.2022.103034.
- Froter, O.S., & Revutska, A.O. (2024). Ecological innovations as a basis for the restoration and development of the agricultural sector of Ukraine. In Proceedings of the VII international scientific and practical conference “Competitive model of innovative development of the Ukrainian economy” (pp. 291-292). Kropyvnytskyi: Central Ukrainian National Technical University.
- Glovatskii, O., Dzhurabekov, A., Sadiev, U., Rustamov, S., Rashidov, J., & Saparov, A. (2023). Improving the efficiency of irrigation pumps. AIP Conference Proceedings, 2612, article number 020030. doi: 10.1063/5.0113295.
- Gorjian, S., Calise, F., Kant, K., Ahamed, M.S., Copertaro, B., Najafi, G., Zhang, X., Aghaei, M., & Shamshiri, R.R. (2021a). A review on opportunities for implementation of solar energy technologies in agricultural greenhouses. Journal of Cleaner Production, 285, article number 124807. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.124807.
- Gorjian, S., Ebadi, H., Trommsdorff, M., Sharon, H., Demant, M., & Schindele, S. (2021b). The advent of modern solar-powered electric agricultural machinery: A solution for sustainable farm operations. Journal of Cleaner Production, 292, article number 126030. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126030.
- Havrysh, V., Hruban, V., Sadovoy, O., Batsurovska, I., Fedorchuk, V., & Yablunovskaya, K. (2020). Energy saving technologies for automatical move irrigation equipment. In Proceedings of the problems of automated electrodrive. Theory and practice (pp. 1-4). Kremenchuk: IEEE. doi: 10.1109/PAEP49887.2020.9240881.
- Hilarydoss, S. (2023). Suitability, sizing, economics, environmental impacts and limitations of solar photovoltaic water pumping system for groundwater irrigation – a brief review. Environmental Science and Pollution Research, 30(28), 71491-71510. doi: 10.1007/s11356-021-12402-1.
- Holovnia, O., & Chemerys, Y. (2024). Current innovative trends of the agricultural equipment market in the global environment. Economy and Society, 66. doi: 10.32782/2524-0072/2024-66-18.
- Hossain, M.S., Abboodi Madlool, N., Al-Fatlawi, A.W., & El Haj Assad, M. (2023). High penetration of solar photovoltaic structure on the grid system disruption: An overview of technology advancement. Sustainability, 15(2), article number 1174. doi: 10.3390/su15021174.
- International Energy Agency. (2024). World energy outlook 2024. Retrieved from https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2024.
- International Renewable Energy Agency. (2024). Renewable power generation costs in 2023. Retrieved from https://www.irena.org/Publications/2024/Sep/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2023.
- Ismanzhanov, A.I., & Tashiev, N.M. (2016). Development and research of the technology for powdering agricultural products using solar energy. Applied Solar Energy (English translation of Geliotekhnika), 52(4), 256-258. doi: 10.3103/S0003701X16040101.
- Ismanzhanov, A.I., Murzakulov, N.A., & Azimzhanov, O.A. (2012). Investigation on heat exchange in interlayer space of multilayer greenhouses. Applied Solar Energy (English translation of Geliotekhnika), 48(2), 118-120. doi: 10.3103/S0003701X12020107.
- Kalinichenko, A., & Havrysh, V. (2019). Feasibility study of biogas project development: Technology maturity, feedstock, and utilization pathway. Archives of Environmental Protection, 45(1), 68-83. doi: 10.24425/aep.2019.126423.
- Kalysh, S.A. (2024). Ecological and economic prospects of energy saving processes in the field of crop production. Lutsk: Lesya Ukrainka Volyn National University.
- Kryvokhyzha, Ye.M., Reznichenko, V.P., & Kyselov, O.M. (2024). Resource management strategies in the agricultural sector of Ukraine under the conditions of the energy crisis. Podilian Bulletin: Agriculture, Engineering, Economics, 45(4), 16-27. doi: 10.37406/2706-9052-2024-4.2.
- Kumar, C.M., et al. (2023). Solar energy: A promising renewable source for meeting energy demand in Indian agriculture applications. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 55, article number 102905. doi: 10.1016/j.seta.2022.102905.
- Lazarenko, V. (2024). Post-war recovery of the agricultural sector of the economy in the context of achieving the goals of “sustainable development”. In Collection of abstracts of reports the 2nd international scientific and practical conference “Sustainable development trajectories of ukraine and the world: Challenges and drivers” (pp. 82-83). Kyiv: International European University.
- Lingayat, A., Balijepalli, R., & Chandramohan, V.P. (2021). Applications of solar energy based drying technologies in various industries – A review. Solar Energy, 229, 52-68. doi: 10.1016/j.solener.2021.05.058.
- Majeed, Y., Khan, M.U., Waseem, M., Zahid, U., Mahmood, F., Majeed, F., Sultan, M., & Raza, A. (2023). Renewable energy as an alternative source for energy management in agriculture. Energy Reports, 10, 344-359. doi: 10.1016/j.egyr.2023.06.032.
- Mathur, S., Waswani, H., Singh, D., & Ranjan, R. (2022). Alternative fuels for agriculture sustainability: Carbon footprint and economic feasibility. AgriEngineering, 4(4), 993-1015. doi: 10.3390/agriengineering4040063.
- Mikhnenko, S. (2024). Agro-photovoltaics – a new European trend. Retrieved from https://aw-therm.com.ua/agri-pv-agrofotovoltayika-novij-yevropejskij-trend/.
- Muñoz-García, M.A., & Hernández-Callejo, L. (2021). Photovoltaics and electrification in agriculture. Agronomy, 12(1), article number 44. doi: 10.3390/agronomy12010044.
- Petrenko, O. (2023). The green revolution in the agricultural sector: The way to sustainable economic development. Food Industry Economics, 15(2), 38-43. doi: 10.15673/fie.v15i2.2674.
- Rahmani, A., & Naeini, A.B. (2023). Predicting intention in applying solar energy technologies in agriculture industry: A moderated and mediated model. Cleaner and Responsible Consumption, 8, article number 100102. doi: 10.1016/j.clrc.2023.100102.
- Raza, F., Tamoor, M., Miran, S., Arif, W., Kiren, T., Amjad, W., Hussain, M.I., & Lee, G.H. (2022). The socio-economic impact of using Photovoltaic (PV) energy for high-efficiency irrigation systems: A case study. Energies, 15(3), article number 1198. doi: 10.3390/en15031198.
- Semenenko, O., Hodz, S., Duzhyi, R., Stupnytskyi, I., & Koverga, V. (2024). Mechanisms for ensuring energy security in the system of international relations considering economic sanctions and political conflicts. Economics of Development, 23(4), 72-81. doi: 10.57111/econ/4.2024.72.
- Sharshir, S.W., Joseph, A., Peng, G., Kandeal, A.W., Abdullah, A.S., Abdelaziz, G.B., Edreis, E.M., & Yuan, Z. (2023). Recent efforts in developing agricultural product drying processes using solar energy. Solar Energy, 257, 137-154. doi: 10.1016/j.solener.2023.04.022.
- Sierov, I. (2024). Sustainable development of agribusiness through the implementation of eco-innovations. Ukrainian Journal of Applied Economics and Technology, 9(3), 407-411. doi: 10.36887/2415-8453-2024-3-7.
- Sotnyk, I., Kurbatova, T., Blumberga, A., Kubatko, O., & Kubatko, O. (2022). Solar energy development in households: Ways to improve state policy in Ukraine and Latvia. International Journal of Sustainable Energy, 41(11), 1623-1649. doi: 10.1080/14786451.2022.2092106.
- Soto-Gómez, D. (2024). Integration of crops, livestock, and solar panels: A review of agrivoltaic systems. Agronomy, 14(8), article number 1824. doi: 10.3390/agronomy14081824.
- Szafraniec, A., Halko, S., Miroshnyk, O., Figura, R., Zharkov, A., & Vershkov, O. (2021). Magnetic field parameters mathematical modelling of windelectric heater. Przeglad Elektrotechniczny, 97(8), 36-41. doi: 10.15199/48.2021.08.07.
- Tace, Y., Tabaa, M., Elfilali, S., Leghris, C., Bensag, H., & Renault, E. (2022). Smart irrigation system based on IoT and machine learning. Energy Reports, 8(9), 1025-1036. doi: 10.1016/j.egyr.2022.07.088.
- Tariq, G.H., Ashraf, M., & Hasnain, U.S. (2021). Solar technology in agriculture. Technology in Agriculture, 387, article number 536. doi: 10.5772/intechopen.98266.
- Thakur, A.K., Singh, R., Gehlot, A., Kaviti, A.K., Aseer, R., Suraparaju, S.K., Natarajan, S.K., & Sikarwar, V.S. (2022). Advancements in solar technologies for sustainable development of agricultural sector in India: A comprehensive review on challenges and opportunities. Environmental Science and Pollution Research, 29(29), 43607-43634. doi: 10.1007/s11356-022-20133-0.
- Trommsdorff, M., Hopf, M., Hörnle, O., Berwind, M., Schindele, S., & Wydra, K. (2023). Can synergies in agriculture through an integration of solar energy reduce the cost of agrivoltaics? An economic analysis in apple farming. Applied Energy, 350, article number 121619. doi: 10.1016/j.apenergy.2023.121619.
- World Bank. (2024). Tracking SDG7: The energy progress report 2024. Retrieved from https://documents.worldbank.org/en/publication/documents-reports/documentdetail/099031225175211404.
- Yerniyazova, Zh., Asrepov, G., Aiguzhinova, D., Nurbayeva, G., & Zhanuzakova, S. (2024). Economic aspects of implementing environmentally friendly energy sources in the agro-industrial complex (focusing on European countries). Scientific Horizons, 27(11), 153-165. doi: 10.48077/scihor11.2024.153.
- Zainol Abidin, M.A., Mahyuddin, M.N., & Mohd Zainuri, M.A. (2021). Solar photovoltaic architecture and agronomic management in agrivoltaic system: A review. Sustainability, 13(14), article number 7846. doi: 10.3390/su13147846.