Simulation-based design of a resilient solar-powered agricultural irrigation microgrid with analog-discrete control for rural Caribbean agricultura
DOI:
https://doi.org/10.71112/adkpvf84Keywords:
Renewable energy, Agrivoltaics, Analog MPPT, Discrete electronics, Microgrid, Dominican Republic, Energy resilience, Hybrid storage, Artificial intelligence, Photovoltaic systems.Abstract
Background: The Dominican Republic and many Latin American and Caribbean countries face increasing challenges related to energy resilience, climate vulnerability, rural electrification, agricultural productivity, and continuity of essential services during grid failures or extreme weather events. Conventional renewable microgrid solutions are generally based on digital controllers, proprietary software, commercial inverters, and cloud-based monitoring platforms, which may limit local repairability, technological sovereignty, and fail-operational behavior in vulnerable contexts.
Objective: This study proposes RESILIA-AGRO-DR, an innovative agrivoltaic renewable-energy platform based on photovoltaic generation, analog maximum power point tracking, hybrid battery–supercapacitor storage, hardware-based load prioritization, water–energy integration, and optional artificial intelligence for non-critical optimization.
Methods: The proposed system was developed as a doctoral-level engineering design integrating five major subsystems: an elevated agrivoltaic photovoltaic array, an analog MPPT power-conditioning stage, a 48 V DC resilient nanogrid, hybrid energy storage, and a discrete-electronics load-management architecture. The critical control layer is implemented using analog and discrete components, including operational amplifiers, comparators, analog switches, voltage references, PWM controllers, MOSFET drivers, relays, and protection devices. Artificial intelligence is considered only as an optional supervisory layer for forecasting, maintenance prediction, and operational reporting, without replacing hardware-based safety functions.
Expected results: The proposed architecture is expected to improve continuity of critical loads such as emergency lighting, communication systems, water pumping, medical refrigeration, and basic community services. The hybrid storage configuration is expected to reduce battery stress during transient events, while the agrivoltaic structure may provide simultaneous energy generation, agricultural shading, water-management support, and climate-adaptation benefits.
Conclusions: RESILIA-AGRO-DR represents a technically feasible and socially relevant renewable-energy architecture for the Dominican Republic and LATAM. Its originality lies in the integration of agrivoltaics, analog MPPT, hardware-prioritized loads, hybrid storage, and optional AI into a fail-operational system designed for resilience, local maintainability, and potential governmental deployment. The project provides a credible basis for prototype development, doctoral research, intellectual-property exploration, and Scopus-oriented publication.
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