Technical and Economic Analysis of a Photovoltaic Water Pumping System Using HOMER Pro Software

Abstract

This study is a scientific and engineering response to the most significant challenges facing sustainable agricultural investment in desert environments, as it examines in detail a solar photovoltaic water pumping system designed for irrigation in the Nakhlah region of EL Oued. The study addresses real problems that concern investors in areas isolated from the public grid; most notably, the exorbitant and constantly fluctuating prices of diesel fuel and the maintenance costs of traditional generators, alongside technical challenges such as the impact of high temperatures on panel efficiency, and the difficulty of balancing variable energy production with the constant water needs of potato fields a challenge that often falls into the trap of haphazard design, leading to pump shortages or the waste of massive amounts of excess electricity that go unused, nt to mention the negative environmental impact of carbon emissions. To address this challenge, the research relies on the global simulation software HOMER Pro to model and optimize the system’s operational and financial performance through an in-depth engineering and economic comparison of two options: a fully autonomous battery-backed system and a hybrid system that integrates a diesel generator as a backup source. This study culminates in identifying the optimal configuration that achieves the highest financial viability and technical reliability by reducing the net levelized cost of energy and the cost per kilowatt-hour while ensuring agricultural irrigation, and by providing practical solutions that promote the clean energy transition and protect remote agricultural projects from fluctuations in conventional energy prices. ْهذه الدراسة استجابةً علمية وهندسية لأبرز التحديات التي تواجه الاستثمار الفلاحي المستدام في البيئات الصحراوية، حيث تضع تحت المجهر نظام ضخ المياه بالطاقة الشمسية الكهروضوئية الموجه للري في منطقة النخلة بولاية الوادي. وتأتي الدراسة لتعالج مشكلات حقيقية تؤرق المستثمرين في المناطق المعزولة عن الشبكة العامة؛ أبرزها الارتفاع الباهظ والتذبذب المستمر في أسعار وقود الديزل وتكاليف صيانة المولدات التقليدية، بالتوازي مع التحديات التقنية المتمثلة في تأثير الحرارة المرتفعة على كفاءة الألواح، وصعوبة الموازنة بين إنتاج الطاقة المتغير والاحتياجات المائية الثابتة لحقول البطاطس، وهو ما يقع غالباً في فخ التصميم العشوائي الذي يتسبب في عجز المضخة أو هدر فائض كهربائي ضخم وضياعه دون استغلال، فضلاً عن الأثر البيئي السلبي للانبعاثات الكربونية. ولتفكيك هذه الإشكالية، يرتكز البحث على استخدام برمجية المحاكاة العالمية HOMER Pro لنمذجة وتحسين الأداء التشغيلي والمالي للنظام عبر مقارنة هندسية واقتصادية معمقة بين خيارين: النظام المستقل تماماً المدعم بالبطاريات، والنظام الهجين الذي يدمج مولد الديزل كمصدر احتياطي. وتتوج هذه الدراسة باستخلاص التشكيلة المثلى التي تحقق أعلى جدوى مالية وموثوقية تقنية من خلال خفض التكلفة الإجمالية الصافية وتكلفة إنتاج الكيلوواط الساعي وتأمين الري الفلاحي، مع تقديم حلول عملية تعزز الانتقال الطاقوي النظيف وتحمي المشاريع الفلاحية النائية من تقلبات أسعار الطاقة التقليدية.