Publication:
Design optimization of hybrid solar-gravity energy storage for elevation system

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.departmentb527a7b2-cf44-403a-b404-1e8555402896
cris.virtualsource.orcidb527a7b2-cf44-403a-b404-1e8555402896
dc.contributor.authorMohd Ridhuan Ismail
dc.contributor.supervisorZafri Azran Abdul Majid
dc.contributor.supervisorSany Izan Ihsan
dc.date.accessioned2025-07-08T08:55:33Z
dc.date.available2025-07-08T08:55:33Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractSolar energy has become an increasingly important component in the global shift toward renewable energy. However, conventional solar energy systems that depend only on chemical batteries often face limitations such as high cost, energy degradation, and short operational lifespan, particularly in elevation-based applications. The objective was to design and optimize a hybrid energy storage system by integrating solar PV, battery, and gravity-based storage, and to evaluate its performance under real operating conditions. The goal was to optimize the design using a 50-Watt Solar PV, an 18Ah SLA Battery, and a Water Gravity Energy Storage Tank. The method included three steps and used five data loggers: a flow meter, a pyranometer, and three-watt meters. First, a fully charged SLA Battery was tested at various tank heights (from 1.5m to 3.5m) every 15 minutes. Then, the 50-Watt Solar PV was tested directly at a height of 3 meters. Lastly, the Solar Hybrid Gravity System with Battery Energy Storage was monitored over seven days at a 3-meter height. Energy use was measured through the SLA Battery, Solar PV, and a 22-Watt Water Pump at different tank heights to see improvements in efficiency and battery life. The results showed a 600% improvement in battery performance at 80% Depth of Discharge (DOD), proving the battery's potential as a reliable backup power source and extending its lifespan. The SLA Battery had a 22.1% energy loss during charging and discharging at 5% DOD, while the 22-Watt Water Pump achieved a flow rate of 11.0 L/min at peak solar irradiance of 900 W/m², with a maximum motor power of 24.32 Watts. A minimum of 300 W/m² solar irradiance was needed for the pump to run efficiently. In conclusion, the energy efficiency of the solar hybrid gravity system was optimized, reducing reliance on the battery and extending its lifespan, making it a sustainable solution for elevation applications. This system can be applied in water pumping, agricultural irrigation, and elevator systems in off-grid or rural areas, offering a cost-effective and environmentally friendly energy storage alternative.
dc.description.abstractarabicأصبحت الطاقة الشمسية مكونًا متزايد الأهمية في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة. ومع ذلك، تواجه أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية التي تعتمد فقط على البطاريات الكيميائية بعض القيود، مثل التكلفة العالية، وتدهور الطاقة، وقصر العمر التشغيلي، لا سيما في التطبيقات التي تعتمد على الارتفاع. كان الهدف من هذه الدراسة هو تصميم وتحسين نظام تخزين طاقة هجين من خلال دمج الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطارية والتخزين القائم على الجاذبية، وتقييم أدائه في ظروف التشغيل الفعلية. تم تطوير النظام باستخدام لوحة شمسية بقدرة 50 واط، وبطارية SLA بسعة 18 أمبير-ساعة، وخزان تخزين مياه يعمل بالجاذبية. شملت منهجية البحث ثلاث خطوات واستخدمت خمسة أجهزة لتسجيل البيانات: عداد تدفق، مقياس الإشعاع الشمسي، وثلاثة مقاييس طاقة. أولًا، تم اختبار البطارية المشحونة بالكامل على ارتفاعات مختلفة للخزان (من 1.5 متر إلى 3.5 متر) كل 15 دقيقة. بعد ذلك، تم اختبار لوحة الطاقة الشمسية على ارتفاع 3 أمتار. وأخيرًا، تم مراقبة أداء النظام الهجين لمدة سبعة أيام متتالية على ارتفاع 3 أمتار. تم قياس استخدام الطاقة من خلال البطارية، والطاقة الشمسية، ومضخة المياه بقدرة 22 واط، على ارتفاعات مختلفة للخزان بهدف تحسين الكفاءة وإطالة عمر البطارية. أظهرت النتائج تحسنًا بنسبة 600% في أداء البطارية عند عمق تفريغ 80% (DOD)، مما يثبت جدواها كمصدر احتياطي موثوق للطاقة ويساهم في إطالة عمرها. كما أظهرت فقدًا في الطاقة بنسبة 22.1% عند عمق تفريغ 5%، بينما حققت المضخة معدل تدفق 11.0 لتر/دقيقة عند أقصى إشعاع شمسي قدره 900 واط/م²، وتطلبت حدًا أدنى من الإشعاع الشمسي قدره 300 واط/م² للتشغيل بكفاءة. ختامًا، أظهر النظام الهجين كفاءة محسّنة في استخدام الطاقة، وقلل الاعتماد على البطارية، وأثبت كفاءته في التطبيقات التي تعتمد على الارتفاع مثل أنظمة ضخ المياه، الري الزراعي، والمصاعد في المناطق النائية أو خارج الشبكة، مما يجعله خيارًا اقتصاديًا ومستدامًا لتخزين الطاقة.
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelMaster
dc.description.emailmohdridhuanismail@gmail.com
dc.description.identifierThesis : Design optimization of hybrid solar-gravity energy storage for elevation system / by Mohd Ridhuan bin Ismail
dc.description.identityG2112169Mohdridhuanismail
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering (KOE)
dc.description.nationalityMALAYSIA
dc.description.notesThesis (MSCE)--International Islamic University Malaysia, 2025.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xviii, 105 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeMaster of Science in Engineering
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33014
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025
dc.rightsOWNED BY STUDENT
dc.titleDesign optimization of hybrid solar-gravity energy storage for elevation system
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G2112169Mohdridhuanismail_SEC.pdf
Size:
16.04 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.

Collections