Published February 1, 2024 | Version v1
Publication Open

Water desalination using PV panels based on boiling and evaporation

Creators

  • 1. German University in Cairo
  • 2. University of Kassel
  • 3. Beni-Suef University

Description

Abstract The annual share of water in Egypt has decreased to approximately 500 m 3 per capita, while the annual water scarcity level is 1000 m 3 per capita, which indicates that Egyptians are at a high risk of living. A domestic desalination unit based on solar energy was designed, built, and tested to solve this problem in remote areas that do not have access to fresh water or electricity but have access to salty water. The desalination unit has a new design that depends on boiling salty water using photovoltaic solar cells and then condensing the water vapor through a heat exchanger to obtain freshwater. This new design has not been implemented before and can compete with the solar stills used for domestic applications. The output of the developed unit was compared to those of passive and active solar stills that have been developed and built. The new desalination design produced almost the same amount of daily fresh water, 4 Liter/day, compared to the other solar stills (2–4.75 Liter/day), but the cost per unit volume of the new design, 31 $/m 3 , is less by 30% compared to the best performing solar still, 44.55 $/m 3 , which produces only 2 Liter/day. The price of the distilled water produced by the new design was 75% lower than the market price at the time of conducting the experiments. Converting a Solar still from a passive system, that is, operating only during sunlight, to an active system operating day and night improves the water productivity rate. However, this is not feasible because of the added accessories that increase the initial cost, consequently increasing the cost of desalination.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

انخفضت الحصة السنوية للمياه في مصر إلى ما يقرب من 500 متر مكعب للفرد، في حين أن مستوى ندرة المياه السنوي هو 1000 متر مكعب للفرد، مما يشير إلى أن المصريين معرضون لخطر كبير للعيش. تم تصميم وبناء واختبار وحدة تحلية مياه منزلية تعتمد على الطاقة الشمسية لحل هذه المشكلة في المناطق النائية التي لا يمكنها الوصول إلى المياه العذبة أو الكهرباء ولكن لديها إمكانية الوصول إلى المياه المالحة. تتميز وحدة تحلية المياه بتصميم جديد يعتمد على غلي المياه المالحة باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية ثم تكثيف بخار الماء من خلال مبادل حراري للحصول على المياه العذبة. لم يتم تنفيذ هذا التصميم الجديد من قبل ويمكن أن يتنافس مع اللقطات الشمسية المستخدمة للتطبيقات المنزلية. تمت مقارنة مخرجات الوحدة المطورة بمخرجات اللقطات الشمسية السلبية والنشطة التي تم تطويرها وبناؤها. أنتج تصميم تحلية المياه الجديد تقريبًا نفس الكمية من المياه العذبة اليومية، 4 لتر/يوم، مقارنة مع اللقطات الشمسية الأخرى (2-4.75 لتر/يوم)، لكن تكلفة وحدة الحجم للتصميم الجديد، 31 دولار/م 3 ، أقل بنسبة 30 ٪ مقارنة مع أفضل أداء للطاقة الشمسية، 44.55 دولار/م 3 ، والتي تنتج 2 لتر/يوم فقط. كان سعر الماء المقطر الناتج عن التصميم الجديد أقل بنسبة 75 ٪ من سعر السوق في وقت إجراء التجارب. يؤدي تحويل نظام شمسي ثابت من نظام سلبي، أي يعمل فقط أثناء ضوء الشمس، إلى نظام نشط يعمل ليلًا ونهارًا إلى تحسين معدل إنتاجية المياه. ومع ذلك، فإن هذا غير ممكن بسبب الملحقات المضافة التي تزيد من التكلفة الأولية، وبالتالي تزيد من تكلفة تحلية المياه.

Translated Description (French)

Résumé La part annuelle de l'eau en Égypte est tombée à environ 500 m 3 par habitant, tandis que le niveau annuel de pénurie d'eau est de 1 000 m 3 par habitant, ce qui indique que les Égyptiens courent un risque élevé de vivre. Une unité de dessalement domestique à base d'énergie solaire a été conçue, construite et testée pour résoudre ce problème dans les zones reculées qui n'ont pas accès à l'eau douce ou à l'électricité mais à l'eau salée. L'unité de dessalement a une nouvelle conception qui dépend de l'ébullition de l'eau salée à l'aide de cellules solaires photovoltaïques, puis de la condensation de la vapeur d'eau à travers un échangeur de chaleur pour obtenir de l'eau douce. Cette nouvelle conception n'a pas été mise en œuvre auparavant et peut rivaliser avec les alambics solaires utilisés pour les applications domestiques. La production de l'unité développée a été comparée à celle des alambics solaires passifs et actifs qui ont été développés et construits. La nouvelle conception de dessalement a produit presque la même quantité d'eau douce quotidienne, 4 litres/jour, par rapport aux autres alambics solaires (2-4,75 litres/jour), mais le coût par unité de volume de la nouvelle conception, 31 $ / m 3 , est inférieur de 30% par rapport à l'alambic solaire le plus performant, 44,55 $ / m 3 , qui ne produit que 2 litres/jour. Le prix de l'eau distillée produite par le nouveau design était inférieur de 75% au prix du marché au moment de la réalisation des expériences. La conversion d'un alambic solaire d'un système passif, c'est-à-dire fonctionnant uniquement à la lumière du soleil, en un système actif fonctionnant jour et nuit améliore le taux de productivité de l'eau. Cependant, cela n'est pas possible en raison des accessoires ajoutés qui augmentent le coût initial, augmentant par conséquent le coût du dessalement.

Translated Description (Spanish)

Resumen La proporción anual de agua en Egipto ha disminuido a aproximadamente 500 m 3 per cápita, mientras que el nivel anual de escasez de agua es de 1000 m 3 per cápita, lo que indica que los egipcios corren un alto riesgo de vivir. Se diseñó, construyó y probó una unidad de desalinización doméstica basada en energía solar para resolver este problema en áreas remotas que no tienen acceso a agua dulce o electricidad, pero tienen acceso a agua salada. La unidad de desalinización tiene un nuevo diseño que depende de hervir agua salada utilizando células solares fotovoltaicas y luego condensar el vapor de agua a través de un intercambiador de calor para obtener agua dulce. Este nuevo diseño no se ha implementado antes y puede competir con los alambiques solares utilizados para aplicaciones domésticas. La salida de la unidad desarrollada se comparó con las de los alambiques solares pasivos y activos que se han desarrollado y construido. El nuevo diseño de desalinización produjo casi la misma cantidad de agua dulce diaria, 4 litros/día, en comparación con los otros alambiques solares (2-4,75 litros/día), pero el coste por unidad de volumen del nuevo diseño, 31 $/m 3 , es menor en un 30% en comparación con el alambique solar de mejor rendimiento, 44,55 $/m 3 , que produce solo 2 litros/día. El precio del agua destilada producida por el nuevo diseño fue un 75% más bajo que el precio de mercado en el momento de realizar los experimentos. La conversión de un alambique solar de un sistema pasivo, es decir, que funciona solo durante la luz solar, a un sistema activo que funciona día y noche mejora la tasa de productividad del agua. Sin embargo, esto no es factible debido a los accesorios añadidos que aumentan el coste inicial, aumentando en consecuencia el coste de la desalinización.

Files

s43832-024-00056-2.pdf.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:61ce28f6267f07b958b8c93bae615f81
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحلية المياه باستخدام الألواح الكهروضوئية على أساس الغليان والتبخر
Translated title (French)
Dessalement de l'eau à l'aide de panneaux photovoltaïques basés sur l'ébullition et l'évaporation
Translated title (Spanish)
Desalinización de agua mediante paneles fotovoltaicos basados en ebullición y evaporación

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391449353
DOI
10.1007/s43832-024-00056-2

Is supplement to
https://openalex.org/W366106346 (Other)
https://openalex.org/W3125600935 (Other)
https://openalex.org/W3014252657 (Other)
https://openalex.org/W2806413795 (Other)
https://openalex.org/W2266594145 (Other)
https://openalex.org/W2262648762 (Other)
https://openalex.org/W2228954775 (Other)
https://openalex.org/W2095262818 (Other)
https://openalex.org/W2089250292 (Other)
https://openalex.org/W2074904650 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1963284990
  • https://openalex.org/W1977387722
  • https://openalex.org/W2066665836
  • https://openalex.org/W2074123437
  • https://openalex.org/W2215475601
  • https://openalex.org/W2217673472
  • https://openalex.org/W2305705674
  • https://openalex.org/W2409580425
  • https://openalex.org/W2510714627
  • https://openalex.org/W2581252931
  • https://openalex.org/W2588071283
  • https://openalex.org/W2623516063
  • https://openalex.org/W2727165102
  • https://openalex.org/W2895783899
  • https://openalex.org/W2910319832
  • https://openalex.org/W2957838597
  • https://openalex.org/W2961842862
  • https://openalex.org/W2966722893
  • https://openalex.org/W2967647312
  • https://openalex.org/W3012791708
  • https://openalex.org/W3034617965
  • https://openalex.org/W3036361304
  • https://openalex.org/W3046178070
  • https://openalex.org/W3080396084
  • https://openalex.org/W3093318048
  • https://openalex.org/W3094422419
  • https://openalex.org/W3142407439
  • https://openalex.org/W3155238669
  • https://openalex.org/W3155496924
  • https://openalex.org/W3194599302
  • https://openalex.org/W4225266483
  • https://openalex.org/W4311354546