Economic efficiency of solar panel implementation in irrigated agriculture: Cost assessment, comparative cost analysis and economic justification

Abstract

This study aimed to assess the economic efficiency of implementing photovoltaic (PV) systems in irrigated agriculture, taking into account the technical, financial and environmental aspects of their application. To achieve this objective, the energy efficiency levels of pumping stations, the cost of PV system installation, and mechanisms of government support were analysed. The findings showed that the introduction of solar energy in irrigation complexes reduced average electricity costs to USD 0.05-0.12 per kWh, compared to USD 0.20-0.35 for diesel generators and USD 0.10-0.30 for centralised electricity supply. It was determined that the average payback period of PV systems in irrigated farming is 5-8 years, which is significantly shorter than for diesel generators, which are not cost-effective due to high operating expenses. The research confirmed that the use of modern PV systems combined with intelligent pumps reduced energy consumption of irrigation units by 20-30%, increasing their autonomy and operational stability. Environmental impact analysis demonstrated that PV systems contributed to a 60-80% reduction in CO₂ emissions compared to conventional energy sources, which is a crucial factor in the transition to sustainable agricultural production. It was established that subsidy programmes, the Net Metering mechanism, and concessional loans helped reduce initial capital investment and encouraged farming enterprises to adopt solar power plants. Based on the findings, recommendations were developed for optimising financial incentive mechanisms for the implementation of PV systems in irrigated agriculture, improving the technological parameters of PV installations, and utilising digital platforms for energy management. In practice, the results can be used to justify public-private partnership projects for the construction of solar power stations at irrigation pumping facilities.

-

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.