Modeling, Simulation & Control of Photovoltaic Reverse Osmosis Desalination System

Abstract

تعرف عملية إزالة الأملاح من مياه البحر أو المياه المالحه عموما لإنتاج الماء العذب بالتحلية. تختلف عمليات التحلية في أشكالها و طرقها غير أن أشهرها تلك التي تعتمد على الخاصية الإسموزية العكسية المعتمدة على أختلاف التركيز على جانبي الغشاء المنفذ.يتلخص العمل في هذه الرسالة بتقييم كفاءة وحدة تحلية صغيرة، تعمل على الطاقة الشمسية أعتمادا على الخاصية الإسموزية العكسية ، إلى جانب تحديد العلاقات الرياضية التي تخضع لها من أجل التحكم بها. يتم إستخدام الخلايا الشمسية وفق قانون تتبع الطاقة القصوى لتوفير أكبر كمية من الطاقة الضوئية المتاحة في زمان و مكان معينين حيث تستخدم هذه الطاقة لشحن البطاريات المستخدمة في هذه الوحدة الصغيرة حتى يتسنى تشغيلها ليلا تحت ضغط مستقر لتجنب المشاكل المترتبة على أستخدامها نهارا باستخدام طاقة الشمس المباشرة. يتم تشغيل هذا النظام بشكل مستقر لوقت محدد و يتم في أثنائه أخذ قراءات كل من التيار و فرق الجهد في كل ثانية من الزمن وذلك لتسهيل تحديد كفاءة هذا النظام و التي يمكن إجمالها في إيجاد نسبة التخلص من الأملاح و سرعة التعافي و كمية الطاقة النوعية المستهلكة بوحدة KWh/m3 . أما بالنسبة لتحديد العلاقات الرياضية التي تخضع لها هذه الوحدة، فقد تم هذا باستخدام ثلاثة نماذج و هي:ARX و ARMAX و نموذج Output Error حيث تمت مقارنة نتائجها جميعا بعضها ببعض، حيث تم تدوين معدل تدفق الماء العذب و جعل مقدار فرق الجهد الكهربائي على محرك المضخة هو المتغير الأساسي. وأيضا تمت مقارنة هذه النتائج بمجموعة من البيانات التجريبية. إضافة إلى النماذج السابقة، فقد تم بناء نموذجين إضافيين إعتمادا على State-Space Models و إستخدامهما في طريقتي Subspace Identification و Prediction Error Method و تمت مقارنة أدائهما باستخدام LQR ومن ثم فحص الأفضل منهما تحت ظروف تحكم مختلفة و استخدامه لعمل Model Predictive Controller حيث تم فحص الأخير لتعرف على كفائته تحت ظروف محددة و غير محددة حيث بينت نتائج المحاكاة أن استخدام هذا المتحكم في الظروف المحددة هو الأنسب لهذا النظام.