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Design and energy analysis of an off-grid system powered by renewable sources for water purification and treatment in rural sub-Saharan areas.
In this context, access to safe water is limited by interconnected issues such as the use of contaminated sources, lack of wastewater management, and poor sanitation, which lead to groundwater contamination and health risks. The approach adopted considers the entire water cycle, including water treatment, management, and reuse.
The system integrates a solar thermal system for the production of hot water for technical and sanitary purposes, and a photovoltaic system capable of providing the electricity needed for both pumping and purification of water from wells, as well as wastewater treatment for reuse.
The case study data refers to the village of Thiawor, Senegal, and is subsequently extended to a centralized scenario that also includes neighboring villages.
The adopted methodology involves modeling and sizing the subsystems, including well pumping systems, transport systems, the photovoltaic system, solar thermal systems, reservoirs, and wastewater treatment, with integrated management of water and energy flows (electricity and heat). This is followed by a dynamic simulation of the overall operation to evaluate performance under variable operating conditions.

Progettazione e analisi energetica del funzionamento di un sistema off-grid, alimentato da fonti rinnovabili, per processi di depurazione e trattamento delle acque in aree rurali sub-sahariane.
In questo contesto l’accesso all’acqua sicura è limitato da problematiche interconnesse quali uso di fonti contaminate, assenza di gestione dei reflui e carenza di servizi igienico-sanitari, che portano alla contaminazione delle falde e a rischi sanitari. L'approccio adottato considera l’intero ciclo idrico, includendo trattamento, gestione e riuso dell’acqua.
L'impianto integra un sistema con solare termico per la produzione di acqua calda per usi tecnici e sanitari, e un impianto fotovoltaico in grado di fornire l'energia elettrica necessaria sia ai processi di pompaggio e depurazione dell’acqua proveniente dai pozzi, sia ai processi di trattamento delle acque reflue, finalizzati al riuso.
I dati del caso studio fanno riferimento al villaggio di Thiawor, in Senegal, e sono successivamente estesi a uno scenario centralizzato che include anche i villaggi limitrofi.
La metodologia adottata prevede la modellazione e il dimensionamento dei sottosistemi, tra cui i sistemi di pompaggio dai pozzi, di trasporto, l’impianto fotovoltaico, il solare termico, i serbatoi e il trattamento dei reflui, con una gestione integrata dei flussi idrici ed energetici (elettrici e termici). Segue una simulazione dinamica del funzionamento complessivo, al fine di valutarne le prestazioni in condizioni operative variabili.