Document
Feasibility of Using Off-Grid PV Powered Atmospheric Water Generating System via Underground Condensation in Bahrain
Linked Agent
Taleb, Maamar, Thesis advisor
Alabbasi, Omar, Thesis advisor
Date Issued
2023
Language
English
Extent
[1], 11, 103, 28, [2]
Place of institution
Sakhir, Bahrain
Thesis Type
Thesis {Master}
Institution
University of Bahrain, College of Engineering, Department of Electrical and Electronics Engineering
English Abstract
Abstract:
Water Scarcity is a worldwide dilemma, thus, investigating sustainable methods of water production is one of the sustainable development goals. The following thesis investigates capability of creating an off-grid photovoltaic powered atmospheric water generating system that operates via underground region condensation in Bahrain (shallow subsurface).
The principle is to have a system which produces water from thin air through forcing warm-humid atmospheric air underground at colder shallow depths, causing water vapor to condense by reaching the dew point due to heat transfer. Consequently, the main objective is to analyze if it is theoretically viable and if so, how much water can be generated in a year.
The methodology closely mimics the shallow underground temperature profile in Bahrain through simulating a 3D model in COMSOL Software by deducing necessary Multiphysics and boundary conditions. To then pair it with a copper pipe and inject within it annual atmospheric air weather records and obverse thermodynamics behavior. Sample COMSOL results are compared with the simplified model to detect deviation between the quantity of water generated. Finally, to size required PV system components.
Hence, underground temperature profile at the surface ranged from 58 and 18 °C during the hottest and coldest intervals of the year while starting to stabilize annually at set temperature boundary conditions of 25 °C at 6-7m depth. Also, after using a 34m long copper pipe of 32.4mm ID with coil design, results were a total 29.2kg of water could be produced for 69 days/yr or 0.42 1/day. The average deviation between models was 43.4% due to volumetric flow rate integration. Sized PV system was a 50 Ah battery, 40W Panel and 5A SCC. Lastly, Recommendations for future work provided.
Arabic Abstract
الملخص:
ندرة المياه معضلة عالمية ، وبالتالي البحث عن طرق مستدامة لإنتاج المياه هو أحد أهداف التنمية المستدامة.
تبحث الأطروحة التالية في دراسة الجدوة على إنشاء نظام لتوليد المياه من الهواء الجوي عن طريق التكثيف في منطقة تحت الأرض على سطح ضحل في البحرين و الذي يعمل بالطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة.
مبدأ عمل الجهاز هو أن يكون لديك نظام ينتج الماء من الهواء الجوي (AWG) من خلال إجبار الهواء الدافئ و الرطب تحت الأرض على أعماق ضحلة التي هي أكثر برودة ، مما يتسبب في تكثف بخار الماء عن طريق الوصول إلى نقطة الندى (DWPNT) بسبب انتقال الحرارة وبالتالي ، فإن اللأهداف الرئيسية هي دراسة تغير درجة الحرارة على عمق ضحل من سطح الأرض طوال العام و الى دراسة مدى فعالية الجهاز و كمية الإنتاج السنوية من الناحية النظرية.
المنهج المتبع للوصول الى الأهداف هو الابتداء باستعمال برنامج COMSOL لمحاكاة نمذج ثلاثي الابعاد (3D) على تغير درجة حرارة سطح الأرض في البحرين على اعماق ضحلة طوال العام بإدخال الفيزياء الضرورية و من بعدها دمجه مع أنبوب نحاسي و حقن بداخله سجلات الطقس السنوية للهواء الجوي في البحرين لمراقبة سلوك الديناميكيا الحرارية و كمية انتاج المياه نظرياً. من بعدها، تتم مقارنة نتائج عينة COMSOL لكمية انتاج المياه مع النموذج المبسط الذي يأخذ بعين الاعتبار المعادلات الميكانيكية التي تشمل انتقال الحرارة، الدايناميكية الحرارية و ميكانيكية الموانع. وفي الأخير، تحديد حجم مكونات النظام الكهرضوئية خارج الشبكة (Off Grid PV) باحتساب حمل الجهاز باستعمال المعادلات الكهربائية.
و على هذا الضوى النتائج المكتسبة هي ان درجة الحرارة السطحية تصل من ٥٨ إلى ١٨ درجة مئوية خلال العام في فصول الصيف والشتاء ولاكن تثبت طيلة العام على ٢٥ درجة مئوية مع اختلاف بسيط غير ملحوض من عمق 6 امتار تحت الأرض. و من خلال محاكاة النموذج المصغر في COMSOL الذي يشمل أنبوب نحاسي بتصميم لفائف (COIL) لزيادة انتقال الحرارة بطول ٣٤ متر و قطر داخلي (ID) بمقدار ما يقارب ۳۲ مليمتر، إمكانية انتاج الجهاز ل ۲۹ لتر من الماء خلال الوصول الى نقطة الندى ٦٩ يوم في السنة وهي مابين فترة منتصف شهر تموز الى بداية شهر أكتوبر الصيف). تم أيضاً تحديد حجم مكونات النظام الكهرضوئية خارج الشبكة بحسب الحمل و الميطلب هو بطارية بسعة ٥٠ امبير ، لوح ٤٠ واط و جهاز تحكم شحن (SCC) بمعدل 5 امبير.
تم ايضاً ذكر أسباب انحراف النتائج ما بين نموذج ثلاثي الابعاد و النموذج المبسط و تقديم التوصيات والمقترحات التي تشمل استخدام البرامج الأخرى لمقارنة النتائج و القيام بتجارب فعلية على ارض الواقع لثبات النتائج
ندرة المياه معضلة عالمية ، وبالتالي البحث عن طرق مستدامة لإنتاج المياه هو أحد أهداف التنمية المستدامة.
تبحث الأطروحة التالية في دراسة الجدوة على إنشاء نظام لتوليد المياه من الهواء الجوي عن طريق التكثيف في منطقة تحت الأرض على سطح ضحل في البحرين و الذي يعمل بالطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة.
مبدأ عمل الجهاز هو أن يكون لديك نظام ينتج الماء من الهواء الجوي (AWG) من خلال إجبار الهواء الدافئ و الرطب تحت الأرض على أعماق ضحلة التي هي أكثر برودة ، مما يتسبب في تكثف بخار الماء عن طريق الوصول إلى نقطة الندى (DWPNT) بسبب انتقال الحرارة وبالتالي ، فإن اللأهداف الرئيسية هي دراسة تغير درجة الحرارة على عمق ضحل من سطح الأرض طوال العام و الى دراسة مدى فعالية الجهاز و كمية الإنتاج السنوية من الناحية النظرية.
المنهج المتبع للوصول الى الأهداف هو الابتداء باستعمال برنامج COMSOL لمحاكاة نمذج ثلاثي الابعاد (3D) على تغير درجة حرارة سطح الأرض في البحرين على اعماق ضحلة طوال العام بإدخال الفيزياء الضرورية و من بعدها دمجه مع أنبوب نحاسي و حقن بداخله سجلات الطقس السنوية للهواء الجوي في البحرين لمراقبة سلوك الديناميكيا الحرارية و كمية انتاج المياه نظرياً. من بعدها، تتم مقارنة نتائج عينة COMSOL لكمية انتاج المياه مع النموذج المبسط الذي يأخذ بعين الاعتبار المعادلات الميكانيكية التي تشمل انتقال الحرارة، الدايناميكية الحرارية و ميكانيكية الموانع. وفي الأخير، تحديد حجم مكونات النظام الكهرضوئية خارج الشبكة (Off Grid PV) باحتساب حمل الجهاز باستعمال المعادلات الكهربائية.
و على هذا الضوى النتائج المكتسبة هي ان درجة الحرارة السطحية تصل من ٥٨ إلى ١٨ درجة مئوية خلال العام في فصول الصيف والشتاء ولاكن تثبت طيلة العام على ٢٥ درجة مئوية مع اختلاف بسيط غير ملحوض من عمق 6 امتار تحت الأرض. و من خلال محاكاة النموذج المصغر في COMSOL الذي يشمل أنبوب نحاسي بتصميم لفائف (COIL) لزيادة انتقال الحرارة بطول ٣٤ متر و قطر داخلي (ID) بمقدار ما يقارب ۳۲ مليمتر، إمكانية انتاج الجهاز ل ۲۹ لتر من الماء خلال الوصول الى نقطة الندى ٦٩ يوم في السنة وهي مابين فترة منتصف شهر تموز الى بداية شهر أكتوبر الصيف). تم أيضاً تحديد حجم مكونات النظام الكهرضوئية خارج الشبكة بحسب الحمل و الميطلب هو بطارية بسعة ٥٠ امبير ، لوح ٤٠ واط و جهاز تحكم شحن (SCC) بمعدل 5 امبير.
تم ايضاً ذكر أسباب انحراف النتائج ما بين نموذج ثلاثي الابعاد و النموذج المبسط و تقديم التوصيات والمقترحات التي تشمل استخدام البرامج الأخرى لمقارنة النتائج و القيام بتجارب فعلية على ارض الواقع لثبات النتائج
Note
Cover Title:
جدوى نظام توليد المياه من الهواء الجوي الذي يعمل بالطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة عن طريق التكثيف تحت الأرض في البحرين
جدوى نظام توليد المياه من الهواء الجوي الذي يعمل بالطاقة الكهروضوئية خارج الشبكة عن طريق التكثيف تحت الأرض في البحرين
Member of
Identifier
https://digitalrepository.uob.edu.bh/id/d092f4e5-d28d-484f-bcf4-a12aee8206a0
File size
59.15 MB
5
2