Tiểu luận cuối kỳ môn Cơ sở thiết kế máy và nhà máy hữu cơ đề tài "Solar Dryers"
Tiểu luận cuối kỳ môn Cơ sở thiết kế máy và nhà máy hữu cơ đề tài "Solar Dryers" của Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Cơ sở thiết kế máy và nhà máy hóa chất (FDMF232603)
Trường: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Thông tin:
Tác giả:
Thông tin :
Môn:
Cơ sở thiết kế máy và nhà máy hóa chất (FDMF232603)
Trường:
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả:
Preview text:
lOMoARcPSD| 37054152
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
ĐỀ TÀI: SOLAR DRYERS
MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ NHÀ MÁY HÓA CHẤT
Mã học phần: FDMF232603
GVHD: TS. Lý Tấn Nhiệm SVTH: Nguyễn Hữu Duy Tài 20128048 Phùng Thị Anh Thư 20128047 Nguyễn Lê Hoài Thanh 20128149 Nguyễn Hoàng Thùy Dương 20128102 Đỗ Ngọc Phúc 20128004
Thành phố Thủ Đức, Tháng 12, năm 2022 lOMoARcPSD| 37054152 MỤC LỤC
TỔNG QUAN ......................................................................................................................................... 2
I - GIỚI THIỆU CHUNG...................................................................................................................... 3
1.1 – Thiết bị Solar Dryers là gì? ...................................................................................................... 3
1.2 – Nguyên lý hoạt động Solar Dryers ........................................................................................... 6
1.3 – Ưu điểm của Solar Dryers ........................................................................................................ 8
1.4 – Ứng dụng của Solar Dryers .................................................................................................... 11
1.5 – Tổng quan về sản xuất và ứng dụng của Solar Dryers trên thế giới .................................. 12
II - ĐÁNH GIÁ VỀ SOLAR DRYER ................................................................................................ 17
2.1 – Chi thiết về các thiết bị, bộ phận trong Solar Dryers .......................................................... 17
2.2 – Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sấy Solar Dryers ................................................... 17
2.3 – Các kiểm soát các thông số của Solar Dryers ....................................................................... 20
2.4 – Cách cải tiến Solar Dryers ..................................................................................................... 22
III - KẾT LUẬN.................................................................................................................................13
PHỤ LỤC – Tài liệu tham khảo........................................................................................................13 lOMoARcPSD| 37054152 TỔNG QUAN
Có rất nhiều cách để làm khô sản phẩm nông, lâm, ngư nghiệp như: phơi ngoài trời, sấy bằng
năng lượng hóa thạch như natural gas, dầu, xăng, than… Tuy nhiên, dùng quá nhiều năng lượng hóa
thạch sẽ tiêu tốn rất nhiều chi phí cho nhiên liệu cũng như có nguy cơ rất cao sẽ làm ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, phơi sản phẩm ở ngoài trời sẽ dễ làm nhiễm bẩn sản phẩm do các tác nhân bên ngoài như thời
tiết như mưa, gió… côn trùng, cát, bụi… Với những bất cập của các phương pháp sấy đó thì các nhà
khoa học trên thế giới đều tập trung nghiên cứu các kỹ thuật sấy bằng nguồn năng lượng xanh, sạch, có
khả năng tái tạo. Một trong những nguồn năng lượng đó là đến từ mặt trời – nguồn năng lượng vô cùng
dồi dào, thân thiện và sẽ ít ảnh hưởng xấu đến môi trường. Trong nhiều thập kỷ gần đây thì Solar Dryers
(máy sấy năng lượng mặt trời) được chú trọng và tập trung nghiên cứu, chế tạo để có thể tận dụng nguồn năng lượng sạch này. lOMoARcPSD| 37054152
I - GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 – Thiết bị Solar Dryers là gì?
Sấy bằng năng lượng mặt trời là quá trình làm giảm độ ẩm của sản phẩm dưới mức độ mà sản
phẩm không bị hỏng bằng năng lượng mặt trời. Với phương pháp phơi nắng ở ngoài trời thì sản
phẩm sấy được đặt trực tiếp dưới bức xạ mặt trời để giảm độ ẩm bên trong. Sự chênh lệch áp suất
của không khí bên ngoài khí quyển tạo nên sự chuyển động của không khí giúp trao đổi độ ẩm.
Cách làm khô sản phẩm này vô cùng đơn giản khi chỉ cần trải một lớp mỏng sản phẩm lên một mặt
phẳng khô ráo, rộng rãi và để sản phẩm tiếp xúc với bức xạ mặt trời để có thể làm giảm độ ẩm bên
trong. Phương pháp này sẽ làm tiêu tốn rất nhiều thời gian để sản phẩm có thể khô đến mức mà ta
yêu cầu, thường là khoảng từ 10 – 30 ngày. Nó phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và yếu tố
bên ngoài môi trường. Ngoài ra còn có bất lợi khác của phơi nắng ngoài trời đó là việc khó có thể
xác định chính xác được thời điểm mà sản phẩm đạt độ ẩm ta mong muốn. Nhận thấy được những
bất cập và khó khăn của phương pháp phơi nắng ngoài trời, do đó với những tiến bộ về khoa học
kỹ thuật thì những chiếc máy Solar Dryers được ra đời và khắc phục những vấn đề trên.[1]
Thiết bị Solar Dryers là máy sấy sử dụng năng lượng chính là năng lượng mặt trời để làm khô
sản phẩm. Năng lượng mặt trời được Solar Dryers tận dụng ở dạng trực tiếp, gián tiếp hoặc cả hai
để làm giảm độ ẩm của các sản phẩm. Từ đó ta có được những sản phẩm sấy có chất lượng cao hơn,
có thể bảo quản lâu ở thời gian dài, với quy trình sấy nhanh chóng, ít tốn thời gian, chi phí, thất
thoát ít và có thể kiểm soát được quy trình làm khô dễ dàng.[2]
Hiện nay, Solar Dryers dần trở nên quen thuộc với các nhà máy, cơ sở sản xuất sản phẩm nông
lâm, ngư nghiệp… Nhờ vậy đáp ứng được những nhu cầu về hàng hóa ngày càng cao của khách
hàng về những thực phẩm sạch, an toàn. Cũng như đã tạo ra những mặt hàng sản phẩm khô có đặc
tính thân thiện với môi trường tự nhiên. [3]
Có ba dạng Solar Dryers chính. Đó là Direct Solar Dryers, Indirect Solar Dryers và Hybrid Solar Dryers.[4]
Direct Solar Dryers (DSD): Máy sấy năng lượng mặt trời trực tiếp, là giải pháp thay thế tốt cho
phương pháp phơi nắng sản phẩm ngoài trời. Phương pháp này được áp dụng trong việc sấy khô
một lượng nhỏ trái cây, hoa màu và rau quả tại trang trại, hộ tư nhân. Dạng thường thấy của Direct
Solar Dryers là dạng hộp. Loại máy này được sử dụng nhiều bởi các trang trại, hộ tư nhân vì lưu
lượng sấy của nó tương đối nhỏ với lượng sản phẩm một lần sấy là không lớn. Sản phẩm được sấy
bởi DSD sẽ được hấp thụ trực tiếp năng lượng mặt trời để làm giảm độ ẩm. Loại máy này rất đơn
giản trong chế tạo, xây dựng, chi phí vận hành tương đối thấp. Tuy nhiên điểm yếu cố hữu của nó
là sản phẩm sấy có thể bị sấy quá khô hoặc là bị cháy vì không kiểm soát được nhiệt lượng. Cũng
như nhiều Solar Dryers khác là nó phụ thuộc quá nhiều vào thời tiết. Hơn thế nữa độ ẩm bên trong
buồng sấy nhiều lúc sẽ làm giảm khả năng sấy của DSD. Sau khi sấy thì chất lượng sản phẩm sấy
sẽ không đảm bảo về màu, kết cấu, độ dinh dưỡng…[4]
Các loại Direct Solar Dryers mà ta thường gặp là: Cabinet Solar Dryers, Green House Solar
Dryers… [4] Được minh họa trong Hình 1.1a - Cabinet Solar Dryer và 1.1b - Greenhouse Solar Dryer lOMoARcPSD| 37054152
Hình 1.1a - Cabinet Solar Dryer
Hình 1.1b - Greenhouse Solar Dryer
Indirect Solar Dryers (ISD): Máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp. Khác với Direct Solar
Dryers thì Indirect Solar Dryers có cách truyền nhiệt và loại bỏ độ ẩm gián tiếp. Loại máy này được
sử dụng khi muốn làm khô nhanh. Có thể sử dụng ở quy mô nhỏ và quy mô lớn. Với loại Solar
Dryer này thì không khí sẽ được làm nóng trong bộ thu năng lượng mặt trời. Bộ thu này được nối
với buồng sấy. Không khí sau khi làm nóng sẽ di chuyển đến buồng sấy để làm khô sản phẩm.
Không khí nóng sau khi lấy đi độ ẩm bên trong sản phẩm sẽ được thoát ra bên ngoài buồng sấy qua ống khói.[4]
Vì bức xạ không trực tiếp chiếu vào sản phẩm và điều này giải thích cho tên gọi của loại Solar
Dryers này. Cũng chính vì điều này mà ISD không mắc phải những nhược điểm, vấn đề của
Direct Solar Dryers. Minh họa về Indirect Solar Dryers được thể hiện ở Hình 1.1c
Hình 1.1c - Indirect Solar Dryers
Hybrid Solar Dryers hay Mixed Moded Solar Dryers (HSD): Máy sấy năng lượng mặt trời hỗn
hợp là sự kết hợp của Indirect Solar Dryer và Direct Solar Dryer. Trong HSD, không khí đầu vào được
làm nóng tại bộ thu nhiệt từ bức xạ mặt trời và sau đó đi đến buồng sấy như ISD. Trong khi đó, một số
mặt của buồng sấy được làm bằng thủy tinh, kính trong suốt giúp cung cấp thêm bức xạ mặt trời cho hệ
thống làm khô không khí ẩm bên trong buồng sấy. Với phương pháp này, sản phẩm sẽ được sấy bằng
cả không khí nóng và cả bức xạ mặt trời trực tiếp. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết kế và hiệu suất
của loại máy sấy năng lượng mặt trời này đã xác minh quá trình sấy và khả năng làm khô nông sản sẽ
nhanh hơn bằng cách nhanh chóng đạt đến độ ẩm thấp hơn, do đó lý tưởng cho việc bảo quản thực phẩm
và tiết kiệm thời gian sấy. Hình 1.1d minh họa cho Hybrid Solar Dryer. [4] lOMoARcPSD| 37054152
Hình 1.1d - Hybrid Solar Dryer – Mixed Moded Solar Dryer
Ngoài ra còn có các loại máy sấy năng lượng mặt trời khác như Greenhouse Solar Dryer (máy
sấy năng lượng mặt trời nhà kính), sử dụng vật liệu lưu trữ nhiệt hay hệ thống lưu trữ năng lượng.
Máy sấy năng lượng mặt trời có quạt hoặc bơm để điều chỉnh được luồng không khí sấy. Trường
hợp này hệ thống sấy được bao phủ bằng ván kính từ tất cả các phía. Theo yêu cầu với các thông
số phù hợp, hệ thống sấy trong nhà kính cung cấp mức độ kiểm soát cao hơn. Ưu điểm chính của
máy sấy năng lượng mặt trời nhà kính là trong điều kiện thời tiết bất lợi và cũng có thể hoạt động trong đêm. [2]
Các loại Solar Dryers khác được ví dụ ở Hình 1.1e và Hình 1.1f
Hình 1.1e - ISD dạng kép có tích hợp lưu trữ nhiệt lOMoARcPSD| 37054152 Hình 1.1f – ISD có bơm
Hệ thống quạt đối lưu không khí có tác dụng thổi khí nhiệt nóng từ bộ phận thu nhiệt sang buồng
sấy đều đặn và có thể điều chỉnh. Tấm pin năng lượng thì được thêm vào để dự trữ khi không có nắng
và làm dự trữ năng lượng sử dụng cho các loại máy khác cần năng lượng.
Những Solar Dryers ngày càng hiện đại hơn, có hiệu suất cao hơn, dễ dàng điều chỉnh và có năng
suất cao hơn. Không dừng lại ở đó, ngày càng nhiều những loại máy sấy năng lượng mặt trời ngày càng
được phát triển thêm với nhiều bộ phận và tính năng mới được các nhà nghiên cứu, sáng chế trên toàn
thế giới. Đây là điều kiện cho việc có nhiều hơn những sự lựa chọn đối với các nhà máy chế biến, sản
xuất thực phẩm và các trang trại, hộ kinh doanh gia đình cần sấy thực phẩm.
1.2 – Nguyên lý hoạt động Solar Dryers
Có nhiều loại máy sấy năng lượng mặt trời nên mỗi kiểu máy sẽ có những cách thức hoạt động đồng
thời là cấu tạo cũng khác nhau. Nhưng nhìn chung, tất cả các loại máy sấy năng lượng mặt trời sẽ trải
qua hai giai đoạn của quá trình sấy. Giai đoạn đầu tiên xảy ra khi nhiệt tác dụng lên bề mặt vật liệu sấy
với tốc độ không đổi, và quá trình thứ hai liên quan đến việc giảm tốc độ sấy.
Trong Direct Solar Dryers thì bức xạ mặt trời được trực tiếp hấp thụ bởi sản phẩm. Do đó nó được
sử dụng ở những vùng nhận được nhiều ánh sáng mặt trời vào ban ngày. Máy sấy có một tấm kính dày
để cho ánh sáng mặt trời xuyên qua và truyền được tới sản phẩm sấy. Không khí ẩm bên trong buồng
sấy sẽ được thoát ra ngoài bởi các lỗ khí xung quanh hộp. Có thể bổ sung quạt để điều chỉnh lưu lượng
không khí thổi trong buồng sấy. Sự hấp thu bức xạ từ mặt trời, tăng nhiệt độ, phóng ra bức xạ có bước
sóng cao cũng như sự đối lưu, trao đổi không khí ẩm là nguyên lý hoạt động căn bản của loại máy này.
Nhiệt độ trong buồng sấy tăng lên làm khô sản phẩm. Sau đó, tổn thất nhiệt độ đối lưu trực tiếp được
giảm xuống bằng cách sử dụng tấm che bằng kính.[5]
Trong Indirect Solar Dryers: Hai bộ phận chính là bộ thu năng lượng mặt trời và hộp lớn chứa sản
phẩm cần sấy gọi là buồng sấy. Chúng sẽ được tích hợp với nhau. Phía trước sẽ bao gồm khay để giữ
vật liệu còn phía sau thường là một máy sưởi không khí bằng năng lượng mặt trời được sử dụng để làm
nóng không khí đi vào buồng. Không khí được làm nóng sau đó chuyển thành không khí ẩm ấm, đi qua
một cửa ra. Khi cường độ của bức xạ mặt trời đạt đến ngưỡng của máy sưởi không khí, một phần nhỏ
của cường độ mặt trời sẽ bị phản xạ và hấp thụ bởi một tấm thủy tinh, trong khi tấm hấp thụ hấp thụ
phần còn lại. Nhiệt độ của chất hấp thụ tăng lên và đồng thời truyền đối lưu nhiệt ra không khí. Sau khi lOMoARcPSD| 37054152
đi qua máy sưởi không khí bằng năng lượng mặt trời, không khí có nhiệt độ cao làm khô thực phẩm và
loại bỏ độ ẩm của nó. Cuối cùng không khí ẩm thoát ra ngoài môi trường qua ống khói. Hình 1.2a minh
họa cho nguyên lý hoạt động của Indirect Solar Dryer.[6]
Hình 1.2a: Nguyên lý hoạt động của ISD
Với một dạng máy cụ thể như Hình 1.2b. Đầu tiên, năng lượng bức xạ của ánh sáng mặt trời sẽ
chiếu xuyên qua tấm Poly Twinlite đi đến bộ phận thu nhiệt tại một vật màu đen. Do màu đen là màu
tối phản xạ ánh sáng kém nên năng lượng mặt trời sẽ không bị phản chiếu ngược lại, ngay tại đó năng
lượng bức xạ ánh sáng mặt trời sẽ được hấp thu và chuyển hóa thành nhiệt năng. Sau đó, tại buồng thu
nhiệt sẽ có tác dụng thu vào năng lượng mặt trời đó làm tăng nhiệt độ của không khí lên cao hơn so với
nhiệt độ ở ngoài môi trường. Lúc này, nhiệt độ có thể đạt tới 50-70 độ C. Trong lúc đó, hệ thống quạt
đối lưu đã nói ở trên sẽ hoạt động liên tục thổi không khí nóng từ buồng thu nhiệt sang buồng sấy qua
đường ống dẫn, đồng thời sẽ hút ẩm và đưa không khí ẩm ra bên ngoài lò sấy năng lượng mặt trời bằng
các lỗ thông hơi hoặc là ống khói. Dòng không khí đối lưu này sẽ tiếp xúc với cả phía trên và phía dưới
của sản phẩm sấy và tạo độ khô đồng đều, đồng thời tăng khả năng kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm của sản
phẩm nên cho ra thành quả vô cùng chất lượng, đồng đều và có màu sắc đảm bảo yêu cầu.
Hình 1.2b – Máy Sấy năng lượng mặt trời dạng nhà kính
Còn trong máy sấy năng lượng mặt trời chế độ hỗn hợp (HSD): Đây là sự kết hợp của máy sấy năng
lượng mặt trời loại trực tiếp và gián tiếp và điều này giúp cho lượng nhiệt truyền trong buồng sấy được
đồng đều. Không khí nóng từ bộ hấp thu nhiệt truyền lên buồng sấy bởi hệ thống quạt sấy đối lưu cưỡng
bức có tác dụng là hoạt động một cách liên tục để thổi không khí nóng đến các vật liệu cần sấy đang
được đặt trên mâm sấy. Dòng không khí nóng này tiếp xúc với cả phía trên và phía dưới của sản phẩm lOMoARcPSD| 37054152
sấy nên tạo ra sản phẩm có độ khô đồng đều ở cả hai mặt. Còn quạt hút ẩm thực hiện nhiệm vụ hút
không khí ẩm bên trong buồng sấy ra bên ngoài. Hai thiết bị trên có thể được điều khiển bằng tay hoặc
có thể điều khiển tự động theo tín hiệu nhiệt độ và độ ẩm cung cấp bởi các sensor bên trong máy [1].
Nói thêm về pin điện mặt trời được tích hợp trong Solar Dryers bên cạnh bộ phận hấp thụ nhiệt để dự
trữ thì còn là một tấm pin năng lượng mặt trời với diện tích bề mặt lớn. Điều này giúp cho bộ phận hấp
thu nhiệt có thể hấp thụ một lượng lớn quang năng từ mặt trời để chuyển hóa thành điện năng. Ngoài ra,
tấm pin năng lượng mặt trời này được cấu tạo từ vô số các tế bào quang điện. Nó được vận hành theo
nguyên lý phát ra điện tử khi nhận thấy sự chiếu sáng của bức xạ mặt trời. Nguồn điện này giúp tạo
nhiệt năng khi thiếu lượng ánh sáng mặt trời hoặc là sử dụng dự trữ cho các loại máy sử dụng điện khác.
1.3 – Ưu điểm của Solar Dryers
Hầu hết những nước đang phát triển, việc cung cấp lương thực không là vấn đề cấp thiết. Mà là do
không biết cách bảo quản cũng như lưu trữ lượng lương thực dư thừa. Vì thời gian thu hoạch ngắn dẫn
đến hầu hết các sản phẩm bị hư hỏng trở nên lãng phí. Để cải thiện tình trạng hao hụt này, có thể sử
dụng phương pháp sấy khô để bảo quản các loại cây trồng nhiệt đới, bên cạnh đó còn làm tăng tính kinh
tế và cung cấp mức dinh dưỡng tối đa nhất [1]. Vì sấy khô làm giảm thiểu thất thoát nông sản sau khi
thu hoạch. Từ đó, những nhà nghiên cứu khoa học đã phát triển ra các thiết bị sấy khác nhau để ứng
dụng vào đời sống. Những thiết bị sấy có ảnh hưởng tích cực đến việc bảo quản nông sản tốt hơn, và
không làm thay đổi các tính chất của sản phẩm. Tuy nhiên, mỗi loại thiết bị sấy sẽ có những ưu điểm và
nhược điểm theo cơ chế riêng của từng loại thiết bị sấy đó để áp dụng một cách tối ưu nhất có thể.
Ưu điểm chung của Solar Dryers:
Ít tốn nhiều chi phí, là năng lượng tái tạo, hầu như không cạn kiệt, không gây hại đến môi trường
giống sấy bằng nhiên liệu hóa thạch. Nhiên liệu hóa thạch có giá cao và không ngừng tăng cũng như là
sự tăng các nguy cơ ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu thì nhu cầu sử dụng năng lượng của thế giới
sẽ tăng gấp đôi mỗi 20 năm và lượng nhiên liệu hóa thạch trên Trái Đất lại có giới hạn. Do đó Sấy bằng
năng lượng mặt trời là xu thế hiện nay và tương lai. Người ta dự đoán rằng sấy năng lượng mặt trời sẽ
tăng khoảng 8,9% hàng năm từ năm 2012 đến năm 2040 trên toàn thế giới.
Tránh được những vấn đề khi sấy trực tiếp như sản phẩm bị hỏng do gió, bụi bẩn, côn trùng, động vật…
Dễ chế tạo. PC. Phadke và cộng sự. (2015) bài báo máy sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên
loại trực tiếp rất dễ dàng để chế tạo, tiết kiệm chi phí nhất và ít phải bảo trì hơn do không sử dụng bất
kỳ bộ phận chuyển động nào. [8]
Nhược điểm: phụ thuộc nhiều vào thời tiết, lượng bức xạ hấp thu. Ngoài ra quá trình khử nước bị
gián đoạn ở nhiệt độ thấp hoặc vào ban đêm khi không có bức xạ mặt trời dẫn đến chất lượng sấy kém đi.
Cụ thể ở từng loại Solar Dryers sẽ được thể hiện ở dưới.
Sấy khô bằng phương pháp phơi nắng ngoài trời:
Hiện nay, ở nhiều nước nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới vẫn sử dụng phương pháp phơi
nắng ngoài trời. Phương pháp này thường được trải trên mặt đất để làm khô bằng cách phơi trực tiếp
dưới ánh nắng mặt trời [4]. Mặc dù thực tế là không tốn kém, đơn giản, nhưng phơi nắng lộ thiên cũng
có những nhược điểm khác. Đầu tiên, chất lượng sản phẩm đầu ra kém.[7] Thứ hai, các sản phẩm được lOMoAR cPSD| 37054152
sấy khô có thể bị hư hỏng do mưa, gió, ẩm và bụi cũng như vi khuẩn. Thứ ba, số lượng sản phẩm có thể
bị giảm khi chim, thú hoặc côn trùng “tấn công” sản phẩm được làm khô. Thứ tư, quá trình này hoàn
toàn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Cuối cùng là thời gian cần thiết để sấy khô sẽ tốn thời gian hơn
những phương pháp khác[7]. Để giảm thiểu, có thể sử dụng các công nghệ sấy thích hợp với từng loại
vật phẩm để nâng cao chất lượng cũng như giảm tổn thất.
Sấy bằng năng lượng mặt trời là giải pháp thay thế tốt nhất có thể giúp nâng cao chất lượng sản
phẩm. [1] Nó không gây ảnh hưởng đến môi trường như sấy bằng nhiên liệu hóa thạch. Do hiện nay,
nhiên liệu hóa thạch liên tục tăng giá cũng như là tăng nguy cơ ô nhiễm môi trường. Theo nghiên cứu
thì nhu cầu sử dụng năng lượng của thế giới sẽ tăng gấp đôi mỗi 20 năm và lượng nhiên liệu hóa thạch
trên Trái Đất lại có giới hạn. Do đó sấy bằng năng lượng mặt trời là xu thế hiện nay và tương lai. Người
ta dự đoán rằng sấy năng lượng mặt trời sẽ tăng khoảng 8,9% hàng năm từ năm 2012 đến năm 2040 trên
toàn thế giới [10]. Tuy nhiên, nó phụ thuộc nhiều vào thời tiết, lượng bức xạ hấp thu. Ngoài ra, quá trình
khử nước bị gián đoạn ở nhiệt độ thấp hoặc vào ban đêm khi không có bức xạ mặt trời dẫn đến chất
lượng sấy kém đi [10], [11]. Các hệ thống sấy năng lượng mặt trời được phân loại chủ yếu theo chế độ
sưởi ấm của chúng và cách thức sử dụng nhiệt mặt trời [11]. Chúng được phân loại như sau: kiểu sấy
bằng năng lượng mặt trời trực tiếp, gián tiếp, kiểu chế độ hỗn hợp và kết hợp sử dụng vật liệu lưu trữ năng lượng.
Máy sấy năng lượng mặt trời trực tiếp
Trong máy sấy năng lượng mặt trời loại trực tiếp, đây là loại máy sấy đơn giản. Nhiệt được tạo ra
bằng cách hấp thụ bức xạ mặt trời trên chính sản phẩm và bề mặt bên trong của buồng sấy [11]. Ở loại
máy sấy này có những ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm:
- Sản phẩm ít bị nhiễm bẩn.
- Bảo vệ khỏi mưa, sương.
- Chế tạo đơn giản và ít tốn kém hơn so với máy sấy gián tiếp cùng dung tích.
- Chất lượng sản phẩm của nó cao hơn so với phương pháp phơi nắng [11].
- Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng vô tận, giúp giảm chi phí và hạn chế việc gây
hậu quả xấu đối với môi trường.
- Có tính ứng dụng cao, rộng rãi, hiệu năng cao, có thể sử dụng trong điều kiện thời tiết
bất lợi đối với các loại máy sấy năng lượng mặt trời nhà kính. Nhược điểm:
- Chất lượng và màu sắc của sản phẩm xấu đi khi sản phẩm bị tiếp xúc trực
tiếpvới ánh sáng mặt trời.
- Thời gian sấy sản phẩm giống như phơi nắng lộ thiên.
- Dung lượng nhỏ hơn. Do đó, chỉ hữu ích cho các ứng dụng trên quy mô nhỏ.
- Khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời của nắp kính giảm sau một thời
gian dohơi ẩm sự ngưng tụ xảy ra bên trong nắp kính. lOMoAR cPSD| 37054152
- Cường độ bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian, chỉ sử dụng trong điều kiện ánh sáng tốt.
Máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp (ISD):
Sấy năng lượng mặt trời gián tiếp là kỹ thuật sấy sản phẩm mới [11]. Trong loại máy sấy này,
trước tiên không khí được làm nóng trong một bộ thu năng lượng mặt trời riêng biệt và sau đó được đưa
đến bộ phận buồng sấy khô [12]. Sau đây là một số ưu nhược điểm của máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp: Ưu điểm:
- Đây là phương pháp rất hiệu quả so với kiểu sấy trực tiếp bằng năng lượng mặt trời.
- Không nhiễm bụi bẩn.
- Duy trì chất lượng sản phẩm bằng cách tránh tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời.
- Thời gian sấy ít hơn trực tiếp
- Không bị ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa, sương...
- Hiệu suất cao hơn, sản phẩm sạch. Nhược điểm:
- Đòi hỏi thêm chi phí ban đầu.
- Cần bảo trì sau một khoảng thời gian cụ thể.
- Cường độ bức xạ mặt trời thay đổi theo thời gian.
Máy sấy năng lượng mặt trời chế độ hỗn hợp (HSD):
Nó là sự kết hợp của loại máy sấy trực tiếp và gián tiếp. Loại máy này là sự hoạt động kết hợp
trực tiếp bức xạ mặt trời trên vật liệu được sấy khô và không khí được làm nóng trước trong máy sưởi
không khí bằng năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình sấy khô. Nó có những
ưu điểm của cả loại trực tiếp và loại gián tiếp. Sau đây là một số ưu, nhược điểm của máy sấy năng
lượng mặt trời chế độ hỗn hợp [3], [4], [12], [6] : Ưu điểm:
- Tốc độ sấy khô nhanh với độ ẩm an toàn trong sản phẩm.
- Thời gian cần thiết để sấy ít hơn so với các phương pháp sấy khác.
- Hiệu suất tốt hơn các loại máy sấy thông thường khác.
- Chất lượng sản phẩm tốt hơn khi đạt được nhiệt độ cần thiết.
- Giữ được màu sắc của sản phẩm do không bị bức xạ tia cực tím.
- Kiểm soát tốt hơn quá trình làm khô và chất lượng sản phẩm.
- Không phụ thuộc vào thời tiết. Nhược điểm:
- Chất lượng hạt khô thu được trong hơn một năm kém hơn so với loại máy sấy gián tiếp.
- Bức xạ mặt trời có mật độ năng lượng thấp.
- Đầu tư ban đầu và chi phí năng lượng cao.
- Cần chi phí để bảo trì.
Trong máy sấy sử dụng vật liệu lưu trữ năng lượng: lOMoARcPSD| 37054152
Do tính chất không liên tục của năng lượng mặt trời. Vì vậy nên một số nhà khoa học đã nghiên
cứu ra loại vật liệu kết hợp với máy sấy năng lượng mặt trời để tăng tốc độ sấy khô các sản phẩm nông
nghiệp khác nhau [14], [15]. Đó chính là sử dụng vật liệu lưu trữ năng lượng để lưu trữ năng lượng dư
thừa trong thời gian cao điểm của bức xạ mặt trời, cũng như trong những giờ không có nắng hoặc khi
nguồn năng lượng không đủ [16]. Sau đây là một số ưu nhược điểm của máy sấy năng lượng mặt trời
kết hợp với vật liệu lưu trữ năng lượng [17], [18], [19],[20]: Ưu điểm:
- Nó giúp tiếp tục quá trình làm khô trong giờ tắt nắng.
-Hữu ích cho các sản phẩm có độ ẩm ban đầu cao và các sản phẩm cần nhiều thời gian làm khô.
- Có thể đạt được nhiệt độ không khí sấy không đổi. Nhược điểm:
- Phức tạp trong thiết kế và cấu trúc.
- Chi phí chế tạo và bảo trì nhiều hơn so với các phương pháp sấy khác.
- Nó yêu cầu thiết kế đặc biệt để trao đổi nhiệt giữa năng lượng lưu trữ nhiệt (TES) và luồngkhông khí.
- Tốc độ truyền nhiệt thấp hơn giữa vật liệu thay đổi pha (PCM) và không khí trong quá trìnhxả.
- Nó yêu cầu thiết kế đặc biệt để trao đổi nhiệt giữa TES và luồng không khí.
Ở nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng hệ thống nhiệt mặt trời trong khu vực nông nghiệp để
bảo tồn rau, quả, cà phê và các loại cây trồng khác đã cho thấy là cách tiếp cận thiết thực, tiết kiệm và
ít ảnh hưởng đến môi trường. Các hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời để làm khô thực phẩm và các
loại cây trồng khác có thể cải thiện chất lượng của sản phẩm, đồng thời giảm thiểu sản phẩm bị lãng phí.
Tuy nhiên, các loại máy sấy năng lượng còn nhiều hạn chế. Do đó, cần phải kết hợp chúng với nhau
đồng thời sử dụng các vật liệu lưu trữ năng lượng như vật liệu chuyển pha để tăng hiệu suất của máy
cũng như chất lượng đầu ra của sản phẩm.
1.4 – Ứng dụng của Solar Dryers
Dùng năng lượng mặt trời cho các công việc dùng nhiệt, như nấu ăn, sưởi ấm và sấy khô, được công
nhận rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Khai thác năng lượng mặt trời để sấy khô mang lại
tiềm năng đáng kể để sấy khô các sản phẩm nông nghiệp như ngũ cốc, trái cây, rau và cây thuốc, do đó
loại bỏ nhiều vấn đề gặp phải khi sấy ngoài trời và sấy quy mô lớn, đồng thời tiết kiệm rất nhiều nhiên
liệu hóa thạch. [20] Một trong các ứng dụng quan trọng nhất của năng lượng mặt trời là sấy nông sản,
lâm sản… bằng năng lượng mặt trời.
Phần lớn nguồn năng lượng này trên thế giới (30%) được sử dụng cho lĩnh vực nông nghiệp. Với
3,62% sử dụng trong việc sấy các sản phẩm nông nghiệp. Việc sử dụng hệ thống nhiệt mặt trời để bảo
tồn ngũ cốc, trái cây và rau quả là khả thi về kinh tế, tiết kiệm và lý tưởng cho nông dân ở nhiều nước
đang phát triển. Tổn thất rau quả trong quá trình sấy khô ở các nước đang phát triển được ước tính là
30–40% sản lượng. Tổn thất nông sản sau thu hoạch ở các vùng nông thôn của các nước đang phát triển
có thể giảm đáng kể bằng cách dùng các hệ thống sấy năng lượng mặt trời được thiết kế tốt. Sự ra đời
của máy sấy năng lượng mặt trời ở các nước đang phát triển giúp giảm tổn thất mùa màng và cải thiện
chất lượng sản phẩm sấy khô đáng kể so với các phương pháp truyền thống như phơi nắng. [1] lOMoARcPSD| 37054152
Solar dryers dùng để sấy khô sản phẩm nông sản với thời gian ngắn hơn, hiệu suất tốt hơn và đảm
bảo chất lượng hơn. Dự trữ năng lượng nhiệt để có thể sử dụng ngay cả khi thời tiết bất lợi hay là không
có ánh sáng mặt trời. Kiểm soát nhiệt độ giúp cho sản phẩm không bị làm khô quá mức dẫn đến hư hỏng
sản phẩm. Giúp giảm chi phí, tăng hiệu quả kinh tế, đem lại lợi ích lớn cho người nông dân so với khi
sấy bằng các hình thức khác. [1]
Thích hợp cho các hộ nông dân nhỏ ở các vùng nông thôn, nơi không có điện. Loại máy sấy này
hiệu quả hơn trong việc sấy một lượng nhỏ cây trồng, trái cây và rau quả. Máy sấy đối lưu tự nhiên kiểu
gián tiếp rất hữu ích để sấy rau quả ở các vùng nông thôn. Máy sấy hỗn hợp có giá thành rẻ, sẵn có và
nông dân địa phương có thể dễ dàng chế tạo. Do đó, nông sản được làm khô trong thời gian ngắn ở nhiệt độ môi trường.
Trong khi đó, máy sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên loại gián tiếp giá rẻ được sử dụng để
sấy sắn, chuối, gạo thô và các sản phẩm khác. Máy sấy năng lượng mặt trời cưỡng bức được sử dụng
trong các công ty nhỏ với sự hỗ trợ tài chính hạn chế từ các ngành công nghiệp lớn.
Máy sấy năng lượng mặt trời băng tải cưỡng bức được sử dụng trong các công ty nhỏ với sự hỗ trợ
tài chính hạn chế từ các ngành công nghiệp lớn. Máy sấy hiệu quả này yêu cầu một thời gian ngắn để
làm khô sản phẩm và được chế tạo để sử dụng lâu dài.[4]
Các loại sản phẩm sấy phổ biến của Solar Dryers
Sấy dược liệu với và những loại hạt: nấm linh chi, macca, hồi, hạt điều…
Sấy bún, phở, miếng, mì, bánh tráng, bánh phồng tôm…
Sấy hải sản như tôm, cá, mực…
Sấy trái cây như mít, thơm, chuối… Sấy rễ cây, gỗ
Ví dụ cụ thể về ứng dụng của các loại Solar Dryers Direct Solar Dryer:
Sấy rau, củ, quả trong quy mô hộ gia đình. [1] Sấy nho. Sấy thảo dược. Indirect Solar Dryer:
Sấy sản phẩm ở quy mô công nghiệp hoặc trang trại. [1]
Sấy cao su. A. Pratoto và cộng sự. (1998) đã thiết kế hệ thống ISD để sấy cao su thiên nhiên
dạng hạt với vận tốc không khí sấy 0,5 m/s và nhiệt độ sấy 1000C với độ ẩm ban đầu là 60% đến độ
ẩm cuối cùng là 0,5%.[22] Sấy cà chua.
Hybrid Solar Dryer: Sử dụng để sấy khi vào mùa mưa thiếu ánh sáng và độ ẩm cao: Sấy gạo thô. Sấy khoai mỡ, khoai lang. Sấy gỗ.
1.5 – Tổng quan về sản xuất và ứng dụng của Solar Dryers trên thế giới\
Theo Triển vọng Năng lượng Quốc tế 2006, tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thị trường thế giới
tăng từ 421 phần tư triệu đơn vị nhiệt của Anh (Btu) vào năm 2003 lên 563 phần tư triệu Btu vào năm
2015 và 722 phần tư triệu Btu vào năm 2030, trung bình 2,0% mỗi năm thể hiện ở Hình 1.5a và Ấn Độ
là nước tiêu thụ năng lượng lớn thứ năm, Hình 1.5b. Dùng năng lượng để sấy khô ở các nước đang phát
triển là một thành phần chính trong tổng tiêu thụ năng lượng, bao gồm cả các nguồn năng lượng thương
mại và phi thương mại. Việc sử dụng năng lượng mặt trời cho các ứng dụng nhiệt, như nấu ăn, sưởi ấm lOMoARcPSD| 37054152
và sấy khô, được công nhận rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Khai thác năng lượng mặt
trời để sấy khô mang lại tiềm năng đáng kể để sấy khô các sản phẩm nông nghiệp như ngũ cốc, trái cây,
rau và cây thuốc, do đó loại bỏ nhiều vấn đề gặp phải khi sấy ngoài trời và sấy công nghiệp, đồng thời
tiết kiệm một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch. Hình 1.5a Hình 1.5b
Ở nhiều nước trên thế giới, việc sử dụng hệ thống nhiệt mặt trời trong khu vực nông nghiệp để bảo
tồn rau, quả, cà phê và các loại cây trồng khác đã cho thấy là cách tiếp cận thiết thực, tiết kiệm và có
trách nhiệm với môi trường. Các hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời để làm khô thực phẩm và các
loại cây trồng khác có thể cải thiện chất lượng của sản phẩm, đồng thời giảm thiểu sản phẩm bị lãng phí
và nhiên liệu truyền thống - do đó cải thiện chất lượng cuộc sống, Tuy nhiên dựa vào từng điều kiện
năng lượng mặt trời, sản phẩm sấy chủ yếu mà máy sấy thực phẩm bằng năng lượng mặt trời có nhiều
kích cỡ và thiết kế khác nhau và được sử dụng để sấy các sản phẩm thực phẩm khác nhau ở từng khu
vực trên thế giới. [23]
Tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương thì phương pháp sấy khô truyền thống là phơi nắng ngoài
trời. Song, như chúng ta đã biết thì phương pháp này có nhiều bất lợi. Do đó, khu vực này gần đây đã
chuyển qua sử dụng các máy Solar Dryers tiên tiến hơn để cải thiện các vấn đề đó. Các kiểu máy đó là:
máy sấy kiểu tủ đối lưu tự nhiên, máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp đối lưu cưỡng bức và máy sấy
năng lượng mặt trời nhà kính (Green house Dryer).[24]
Ở Thái Lan, sấy khô là một trong những phương pháp chính sau thu hoạch để bảo quản chất lượng
nông sản. Nông dân quy mô nhỏ chủ yếu phơi nắng ngoài trời. Các máy sấy cơ học như máy sấy khay lOMoAR cPSD| 37054152
tủ được làm nóng bằng gas (LPG) hoặc điện thường được sử dụng bởi các ngành công nghiệp. Ở một
số doanh nghiệp, quy trình sấy khô có thể bắt đầu bằng phơi nắng ngoài trời và tiếp tục trong máy sấy
khay tủ (Janjai, 2012). Tuy nhiên, phơi nắng tốn nhiều thời gian và kém vệ sinh, do đó việc sử dụng
LPG/điện đã tăng lên đáng kể trong vài năm qua.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời sấy khô đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu cao từ cả thị
trường trong nước và quốc tế đối với các sản phẩm nông nghiệp sấy khô. Ví dụ, hơn mười năm trước,
phơi nắng ngoài trời trên chiếu tre được sử dụng rộng rãi để làm khô chuối tươi ở huyện Bangkrathum,
tỉnh Pitsanuloke, vùng sản xuất chuối khô chính của Thái Lan (Hình 2A). Phương pháp này dẫn đến các
sản phẩm sấy khô có chất lượng kém do chuối không được bảo vệ khỏi các chất gây ô nhiễm. Kết quả
là hầu hết chuối sấy khô đều bị nhiễm vi sinh vật và sâu. Thời gian sấy kéo dài cũng được yêu cầu đối
với bất kỳ loại hàng hóa nào (5–7 ngày), dẫn đến tổn thất năng suất cao. Các ước tính cho thấy khoảng
40% sản phẩm khô bị thất thoát trong mùa khô và 90% trong mùa mưa. Để giảm tổn thất, một máy sấy
năng lượng mặt trời nhà kính, “Vòm năng lượng mặt trời Parabolic”, đã được Phòng thí nghiệm nghiên
cứu năng lượng mặt trời (SERL) và Khoa Vật lý, Đại học Silpakorn, giới thiệu cho các doanh nghiệp
quy mô nhỏ ở quận Bangkrathum. Cục Phát triển Năng lượng Thay thế và Hiệu quả
(DEDE), Bộ Năng lượng (MoE), và Khoa Công nghệ Thực phẩm (FT), Đại học Silpakorn, Thái Lan.
Máy sấy bao gồm một cấu trúc mái hình parabol với kích thước 8,0 ÷ 20,0 ÷ 3,5 m 3 được bao phủ bởi
các tấm polycarbonate dày 6 mm (Hình 1.5c - B). Theo Janjai (2012), hình dạng parabol góp phần giảm
tải trọng gió và tăng hiệu ứng bức xạ mặt trời trong khi tấm polycarbonate phát triển hiệu ứng nhà kính
bên trong máy sấy, giảm đối lưu và bức xạ nhiệt thất thoát từ máy sấy ra xung quanh môi trường.
Việc dùng hệ thống này, chất lượng sản phẩm (Hình 1.5c - C), thời gian sấy và mức tiêu thụ năng
lượng cụ thể đã được cải thiện đáng kể. Khối lượng sấy tăng từ 1 tấn lên 2 tấn/chu kỳ sấy và hao hụt sản
phẩm dưới 10%. Thời gian phơi khô giảm từ 5-7 ngày xuống còn 3-4 ngày và giá thành tăng gấp 3 lần
so với phơi ngoài trời. Ngoài ra, PBP ước tính của máy sấy nhà kính này là khoảng 2,3 năm. Việc sử
dụng máy sấy đã khuyến khích thành công các nhà sản xuất quy mô nhỏ khác trong cùng huyện sử dụng
máy sấy năng lượng mặt trời với sự hỗ trợ của MoE. Để nâng cao ý thức sở hữu, Bộ đã thiết lập một
hợp đồng với các nhà sản xuất để đầu tư một phần (40% tổng chi phí đầu tư) vào máy sấy của chính họ
thông qua một chương trình gọi là “Trợ cấp máy sấy năng lượng mặt trời”. Trong chương trình này, chi
phí của máy sấy năng lượng mặt trời nhà kính parabol, bao gồm chôn lấp, sàn bê tông, xây dựng, vật
liệu và nhân công, phụ thuộc vào kích thước của máy sấy. Ví dụ, kích thước 49,2 và 166,4 m2 có giá
tương ứng khoảng 237 USD và 170 USD/m2. Đại học Silpakorn dưới sự hỗ trợ của MoE. Krungkaew
và cộng sự. (2020), người đã nghiên cứu chi phí và lợi ích của máy sấy năng lượng mặt trời nhà kính
parabol đối với các sản phẩm thảo mộc khô ở Thái Lan cho thấy rằng việc thay thế nhiên liệu bằng năng
lượng mặt trời trong phương pháp sấy truyền thống mang lại giá trị hiện tại ròng (NPV) dương. Việc áp
dụng công nghệ này đã giúp nông dân và các nhà sản xuất trên địa bàn giảm đáng kể tổn thất sau thu
hoạch đối với các loại nông sản dễ hư hỏng, mang lại chất lượng sản phẩm tốt hơn và thu nhập cao hơn.
Thật thú vị, máy sấy nhà kính parabol này đã được chấp nhận hoàn toàn cho các loại nông sản khác
nhau. Hiện tại, khoảng 500 đơn vị đã được cài đặt nhờ sự hợp tác giữa DEDE, SERL và FT và đang
được sử dụng ở các vùng khác nhau của đất nước. Ví dụ, chúng được sử dụng thương mại để làm khô
cá ở tỉnh Songkla, thịt và cà chua ở tỉnh Nakhon Pathom, cà phê ở tỉnh Chiangmai, xoài ở tỉnh
Samutsakhon, cây thuốc ở tỉnh Prachupkirikhun, hạt mắc ca ở tỉnh Loei và bánh gạo ở tỉnh Lumpang.
Sản xuất thương mại một số sản phẩm sấy khô bằng năng lượng mặt trời parabol có sẵn trên thị trường
được trình bày trong Hình 3.
MoE Thái Lan đã đưa ra nhiều dự án để thúc đẩy việc sử dụng một máy sấy năng lượng mặt trời
mái vòm parabol từ năm 2013 với điển hình thành công là chuối sấy khô bằng năng lượng mặt trời để
hỗ trợ phát triển các dự án năng lượng tái tạo (CRE) trong cộng đồng. Một số trong số chúng đã được
chọn cho các dự án chung dựa trên sự sẵn có của các nguồn năng lượng tái tạo, lựa chọn công nghệ
trưởng thành, tỷ lệ sử dụng vật liệu và công nghệ địa phương, cơ cấu quản lý dự án và an ninh thị trường
(Chaichana và cộng sự, 2017). Trong dự án này, 243 hộ gia đình ở bảy cộng đồng đã được hỗ trợ sử
dụng máy sấy năng lượng mặt trời để sấy xoài, chuối, lá cỏ ngọt và cao su. Thu nhập hàng năm được
tạo ra từ việc sử dụng máy sấy năng lượng mặt trời parabol ước tính khoảng 70.075 đô la Mỹ, tương
đương khoảng 290 đô la Mỹ/hộ gia đình/năm. Để đạt được tính bền vững, các thành viên cộng đồng
được khuyến khích đầu tư một phần vào dự án và MoE cũng khuyến khích các cộng đồng tham gia. lOMoARcPSD| 37054152
Sản xuất bánh nếp là một ví dụ khác về sấy khô bằng năng lượng mặt trời. Pawakote và Koonsrisuk
(2018) đã lắp đặt các cánh tản nhiệt và vách ngăn trong các kênh luồng không khí của buồng sấy để cải
thiện tốc độ dòng chảy khối lượng và nhiệt độ đầu ra của máy sấy. Srittipokakun và Kirdsiri (2013) đã
phát triển một máy sấy hỗn hợp cho các nhà sản xuất thương mại quy mô nhỏ có điện hạn chế hoặc
không có điện. Việc sử dụng hệ thống này dẫn đến thời gian sấy khô và chi phí vận hành thấp hơn so
với sấy khô nhân tạo. Ngoài ra, Janjai et al. (2007) đã thiết kế máy sấy nhà kính hình parabol thông gió
bằng PV để sấy ớt, chuối, nhãn và chè xanh. Trong hệ thống này, nhiệt độ không khí được tìm thấy nằm
trong khoảng 60–650C vào buổi trưa của mùa khô. Thời gian sấy cho 100–150 kg ớt giảm đáng kể so
với phơi nắng ngoài trời. Hơn nữa, PBP để làm khô ớt xấp xỉ 3,4 năm. Phusampao et al. (2014) đã sử
dụng mô hình máy sấy năng lượng mặt trời nhà kính tương tự với sáu quạt DC chạy bằng mô-đun PV
để sấy khô hạt mắc ca ở tỉnh Loei. Phát hiện của họ cho thấy thời gian sấy đối với 730 kg hạt còn nguyên
vỏ đã giảm từ 5 xuống 3 ngày và PBP ước tính cho máy sấy này là khoảng 1 năm.
Hình 1.5c – Solar Dryer tại Thái Lan
Ấn Độ chủ yếu là một quốc gia phụ thuộc vào nông nghiệp và 60% dân số vẫn phụ thuộc vào nông
nghiệp để kiếm sống. (Aravindhvà cộng sự, 2014) đã ước tính rằng khoảng 10–40% sản phẩm nông
nghiệp thô, đặc biệt là trái cây và rau quả, bị thất thoát ở các giai đoạn thu hoạch, bảo quản và chế biến
khác nhau. Vấn đề này dẫn đến giá cả không ổn định và mất an ninh lương thực (Ali, 2004; Maheshwar
và Chanakwa, 2006). Nhiều phương pháp bảo quản thực phẩm đã được áp dụng để giải quyết vấn đề
này nhưng hầu hết các công nghệ vẫn sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Do đó, sấy khô bằng năng lượng
mặt trời là một trong những phương pháp bền vững để bảo quản thực phẩm, vì năng lượng mặt trời có
tiềm năng rất lớn với bức xạ hàng năm dao động từ 1200 đến 2300 kW/m2 (Yadav et al., 2015).
Ayyappan và Mayilsamy (2010) đã xây dựng một mô hình cộng đồng máy sấy nhà kính để sấy cùi
dừa ở Pollachi. Máy sấy là 4x10x3m3 và buồng được bao phủ bởi các tấm polyetylen ổn định tia cực
tím dày 200μ. Hai quạt hút có đường kính 30 cm và ba lỗ thông hơi có van bướm được sử dụng để lưu
thông không khí. Công suất tải là 5000 quả dừa/mẻ. Với máy sấy này, độ ẩm của các mẫu đã giảm từ
52 xuống 8% trong 2,5 ngày và đạt được sản phẩm chất lượng cao.
Shah và cộng sự. (2011) đã phát triển một máy sấy loại nhiều nhà với công suất 100–150 kg để sấy
khô trái cây và rau quả như táo, cà chua, ớt, bắp cải, rau ăn lá và cà rốt ở thung lũng Kashmir. Công
trình này được thực hiện trong khuôn khổ Dự án Nghiên cứu Phối hợp Toàn Ấn Độ về Ứng dụng Nhựa
trong Nông nghiệp tại Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn SKUAST Kỹ thuật Nông nghiệp (K),
Srinagar. Máy sấy bao gồm một buồng sấy, khay sấy, quạt hút. Máy sấy nhà poly có thể giảm thời gian
sấy khoảng 40–50% so với phơi nắng ngoài trời. Các nhà sản xuất địa phương có thể phục hồi chi phí
của máy sấy này trong vòng 1,5 năm. lOMoAR cPSD| 37054152
Một yếu tố quan trọng cho sự thành công của máy sấy năng lượng mặt trời ở Ấn Độ là một môi
trường chính sách thuận lợi cho phép. Năm 2010, Sứ mệnh Mặt trời Quốc gia Jawaharlal Nehru
(JNSSM), còn được gọi là Nhiệm vụ năng lượng mặt trời quốc gia, được đưa ra bởi Chính phủ Ấn Độ
và Chính phủ tiểu bang để thúc đẩy năng lượng mặt trời. Nhiệm vụ này nhằmthiết lập một môi trường
thuận lợi để công nghệ thâm nhập ở cả cấp trung ương và khu vực (Jawaharlal Nehru National, 2012).
Giai đoạn đầu tiên (2010–2013) tập trung vào việc nắm bắt các tùy chọn dễ tiếp cận nhất trong các ứng
dụng năng lượng nhiệt mặt trời và thúc đẩy các hệ thống không nối lưới để phục vụ những người dân
không được tiếp cận với năng lượng thương mại và công nghệ phát triển khiêm tốn. Trong giai đoạn thứ
hai (2014–2022), việc mở rộng quy mô năng lượng mặt trời trong nước đã được thúc đẩy. Theo chính
sách này, một khoản trợ cấp 30% được cung cấp cho việc lắp đặt các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt
trời. Ở một số Bang, chẳng hạn như Tamilnadu, trợ cấp cho việc lắp đặt máy sấy năng lượng mặt trời lên tới 50%.
Trung Quốc là nhà sản xuất nông sản hàng đầu thế giới nhưng đang ngày càng phải đối mặt với
những thách thức nghiêm trọng về nguồn cung năng lượng và môi trường (Honghang et al., 2014). Kể
từ năm 2007, Trung Quốc thải ra lượng CO2 lớn nhất trên toàn thế giới với tải lượng phát thải là 300
triệu tấn (Bruckner et al., 2014). Ngoài việc sử dụng dầu thô và than thô, Trung Quốc còn đứng đầu thế
giới về tiêu thụ điện. Do các vấn đề cấp bách về thất thoát sau thu hoạch, cung cấp năng lượng và môi
trường, Trung Quốc đã xem xét cơ cấu năng lượng của mình và xây dựng lộ trình cho năng lượng mặt
trời (Ruicheng et al., 2014; Urban et al., 2016).
Sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời thân thiện với môi trường và đã nhanh chóng được áp dụng
(Yanlai et al., 2011). Nhiều loại khác nhau đang được sử dụng thương mại trong nước, chẳng hạn như
máy sấy nhà kính, máy sấy thu gom, máy sấy lai giữa nhà kính và thu gom, máy sấy tích hợp, và máy
sấy tập trung (Piacentini và Mujumdar, 2009). Ruicheng et al. 2014) báo cáo rằng kể từ năm 2000, hơn
200 hệ thống sấy năng lượng mặt trời đã được lắp đặt ở Trung Quốc với tổng diện tích 20.000 m2 thu
năng lượng mặt trời được sử dụng để sấy khô các loại vật liệu khác nhau như ngô, rau, trái cây và thuốc
thảo dược Trung Quốc. Mục tiêu là đến năm 2020, hơn 50% quá trình sấy ngũ cốc sẽ diễn ra bằng hệ
thống sấy năng lượng mặt trời và tỷ lệ năng lượng mặt trời sẽ là hơn 40%. Gần đây, Hao et al. (2018)
đã áp dụng bộ thu năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng có chức năng kép (FSDF) trong máy sấy lai. Hệ
thống bao gồm FSDF, bể chứa nước và hệ thống phụ trợ, và buồng sấy khô. Không khí xung quanh
được làm nóng bởi FSDF và sau đó được quạt đưa đến buồng sấy. Trong khi đó, năng lượng mặt trời
hấp thụ của FSDF cũng được thu vào bình chứa nước khi nhiệt độ của không khí nóng cao hơn nhiệt độ
sấy khô tối đa. Khi nhiệt từ bức xạ mặt trời không đủ, năng lượng thu được của bình chứa nước sẽ được
giải phóng để làm nóng không khí. Với hệ thống này, họ tuyên bố rằng năng lượng mặt trời có thể được
sử dụng hiệu quả và chất lượng sản phẩm có thể được cải thiện. Hơn nữa, chi phí hàng năm của máy
sấy lai FSDF được chứng minh là thấp hơn 1,1% so với điện, thấp hơn 142,9% so với máy bơm nhiệt
và thấp hơn 13,7% so với than.
Để hỗ trợ việc sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời trong nước, Ruicheng et al. (2014) và Shuiying et
al. (2011) báo cáo rằng Trung Quốc sẽ (1) xác lập các mục tiêu phát triển và xây dựng “Luật năng lượng
tái tạo”; (2) thực hiện nghiên cứu về các chiến lược năng lượng gần (2020), trung hạn (2030) và dài hạn
(2050) để phát triển năng lượng mặt trời một cách hệ thống và tổng hợp, trong đó sẽ tập trung vào thị
trường, công nghệ, ngành và chính sách ; và (3) đưa ra các biện pháp khuyến khích kinh tế khác nhau
như cung cấp hỗ trợ tài chính thông qua trợ cấp đầu tư cũng như trợ cấp sản phẩm và người tiêu dùng
cho ngành năng lượng mặt trời.
Trong các loại nông sản, lúa gạo là một trong những cây trồng chính ở Philippines (Chương trình
Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP), 2018). Tổn thất sau sản xuất lúa gạo ở nước này chủ yếu xảy ra ở
khâu xử lý và sấy khô (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO), 2017). Làm khô chậm, không đầy
đủ hoặc không hiệu quả có thể dẫn đến tổn thất về số lượng và chất lượng. Máy sấy lộ chủ yếu được sử
dụng để sấy lúa. Lúa được trải thành từng lớp dày để phơi nắng ven đường và quốc lộ. Phương pháp sấy
này ít đầu tư nhưng không thực hiện được vào mùa mưa và ban đêm. Phơi nắng ngoài trời dẫn đến sự
phát triển của các vết nứt trong hạt, quá nhiệt hoặc làm ẩm lại hạt, dẫn đến chất lượng xay xát thấp. Do
đó, máy sấy năng lượng mặt trời rất được khuyến khích để sản xuất gạo chất lượng cao.
Máy sấy hầm để sấy lúa nước đã được thử nghiệm tại Quốc tế Viện Nghiên cứu lúa gạo (IRRI) ở
Philippines năm 1989 bởi Đại học Hohenheim (UHOH) (Djokoto et al., 1989). Sau đó, Máy sấy năng lOMoARcPSD| 37054152
lượng mặt trời bơm hơi (ISD) hoặc Máy sấy bong bóng năng lượng mặt trời (SBD), là một công nghệ
tiên tiến, chi phí thấp, được phát triển tại UHOH, IRRI, và GrainPro Inc (www.grainpro.com). Máy sấy
này là loại đường hầm (Hình A và B), trong đó hiệu suất phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, độ ẩm tương
đối của không khí xung quanh và độ ẩm của vật liệu nông nghiệp. ISD di động và hoàn toàn độc lập với
nhiên liệu hoặc lưới điện. Một báo cáo của IRRI (Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI), 2016) cho
thấy ISD mất ít thời gian hơn so với phơi nắng thông thường và bảo vệ hàng hóa, đặc biệt là hạt và ngũ
cốc, trong quá trình sấy khô. Nó cũng có thể được thiết lập trên vỉa hè bê tông, mặt đất và bãi cỏ để làm
khô vật liệu với công suất 0,5–1 tấn, tùy thuộc vào loại vật liệu. Ngoài việc vận hành tất cả các hệ thống
bằng năng lượng mặt trời, ISD có thể được kết nối với nguồn điện từ lưới điện để chạy quạt thông gió
và năng lượng mặt trời để làm khô vật liệu. Theo báo cáo của Salvatierra-Rojas et al. (2017), khi ISD
được áp dụng cho lúa khô, độ ẩm mục tiêu là 14% cơ sở ướt có thể đạt được trong vòng 26–52 giờ trong
mùa mưa và từ 4 đến 26 giờ trong mùa khô, đây là thời gian ngắn hơn khung hơn để phơi nắng ngoài trời.
II - ĐÁNH GIÁ VỀ SOLAR DRYER
2.1 – Chi thiết về các thiết bị, bộ phận trong Solar Dryers
Direct Solar Dryer: Cấu tạo bởi một hộp được làm bằng gỗ có chiều dài thường gấp 3 chiều
rộng (Giảm thiểu hiệu ứng che nắng của các tấm bên). Các mặt bên và đáy hộp được sơn màu đen bên
trong để hấp thụ năng lượng mặt trời truyền qua vỏ nhựa hoặc kính. Sản phẩm sấy được đựng trong
khay nhôm đơn giản, có lưới thép hoặc đục lỗ ở phía dưới khay. Khay được đặt cao hơn vài cm so với
đáy trong buồng sấy để sản phẩm có thể nhận trực tiếp bức xạ đồng thời giúp không khí dễ dàng lưu
thông từ đáy khay sang sản phẩm. Các lỗ thông khí được đặt ở quanh các mặt bên để không khí dễ
dàng thoát ra bên ngoài bằng đối lưu tự nhiên. Bộ thu năng lượng mặt trời: Gồm một lớp phủ giấy bạc
trong suốt, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi mưa, bụi.
Indirect Solar Dryer: Bộ thu năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng về cơ bản bao gồm một tấm
hấp thụ bằng kim loại sơn đen được treo trên một tấm phía sau không đục lỗ để tạo thành một ống hoặc
kênh rỗng mà qua đó không khí nóng sẽ được lưu thông. Nắp trên được làm bằng 1 hoặc 2 tấm kính
hoặc nhựa trong suốt. Lớp cách nhiệt cuối cùng được làm bằng sợi thủy tinh để ngăn chặn sự thất thoát
nhiện của thiết bị. Toàn bộ bộ phận này được bao bọc trong một lớp vỏ chống chịu thời tiết. Trong điều
kiện thời tiết không thuận lợi, bộ phận sấy này vẫn có thể cho ra những sản phẩm chất lượng tốt. Nó có
sẵn hầu hết cho các trang trại nhỏ vì đầu tư thấp.
Hybird Solar Dryer: bao gồm 2 bộ phận chính là thiết bị làm nóng bằng năng lượng mặt trời và
buồng sấy. Thiết bị làm nóng có 4 tấm thu phẳng và 20 bộ thu nhiệt dạng ống sơ tán được phân bố
thành 2 bộ với 2 tấm và 10 ống. Các tấm thu tấm phẳng là bộ phận gia nhiệt hoạt động chính. Bộ gia
nhiệt không khí và bộ thu chân không hiệu quả cao hoạt động như bộ phận gia nhiệt thứ cấp để đạt
được nhiệt độ cao nhất. Toàn bộ bộ phận làm nóng bằng năng lượng mặt trời có thể tháo rời để sử
dụng với mục đích làm nóng khác ngoài sấy. Buồng sấy có vau trò là dideuef chỉnh các điều kiện sấy
đồng nhất trong không gian sấy. Nó bao gồm các tấm kính xung quanh buồng, quạt, các khay để sấy…
Ống dẫn làm bằng nhôm dày 0,5mm có kích thước 2,47x0,73x0.03 m3. Ống thông gió có kích thước
1,9x0,83 m2. Bông sợi thủy tinh được dùng làm chất cách nhiệt độ dày 5cm. Loại máy sấy này bao
gồm một bộ thu năng lượng mặt trời riêng biệt và một bộ phận làm khô. Một nắp trong suốt được dán
trên đầu máy sấy, bộ thu năng lượng mặt trời và bộ sấy. Bộ thu nhận bức xạ mặt trời. Về tấm thu nhiệt
bức xạ thì bề mặt trong được sơn màu đen và các tia nắng mặt trời được khai thác bằng cách giữ nhiệt
của không khí được thu vào bên trong buồng.
2.2 – Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sấy Solar Dryers
Hiệu suất của Solar Dryers và tốc độ sấy phụ thuộc vào nhiệt độ và vận tốc dòng khí, bức xạ mặt
trời, loại sản phẩm, độ ẩm ban đầu, tổng khối lượng sản phẩm và vật liệu lưu trữ nhiệt năng. Ngoài ra,
thời gian làm khô phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh và độ ẩm tương đối.
Việc sử dụng các vật liệu lưu trữ nhiệt giúp tăng hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời.
O.V. Ekechukwu và cộng sự (1999) đã xem xét các Solar Dryers khác nhau dựa trên thiết kế, chi
tiết cấu tạo và phương thức hoạt động và được phân loại một cách có hệ thống theo phạm vi nhiệt độ, lOMoAR cPSD| 37054152
chế độ sưởi, nguồn sưởi, chế độ kết cấu hoặc chế độ vận hành. Người đánh giá nhận thấy rằng Solar
Dryers đối lưu cưỡng bức hiệu quả hơn và có thể dễ dàng điều khiển so với máy sấy năng lượng mặt
trời kiểu đối lưu tự nhiên.
Việc sấy khô các loại sản phẩm khác nhau ảnh hưởng đến hiệu năng của máy sấy. Vì tùy theo loại
sản phẩm mà có độ ẩm khác nhau, cấu tạo khác nhau, mong muốn độ ẩm cần sấy khác nhau nên nó có
thể ảnh hưởng đến nhiệt độ cần đạt được của máy sấy.
Hiệu suất của Solar Dryers phụ thuộc vào loại máy sấy năng lượng mặt trời.
M.C. Tellez và cộng sự (2018) lá cỏ ngọt khô từ độ ẩm ban đầu 80% đến độ ẩm cuối cùng 10%
trong 9 đến 10 giờ bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng máy sấy năng lượng mặt trời loại trực tiếp trong
điều kiện đối lưu cưỡng bức và tự nhiên và cũng sử dụng máy sấy năng lượng mặt trời loại gián tiếp.
Trong quá trình thử nghiệm, máy sấy năng lượng mặt trời kiểu gián tiếp có hiệu quả hơn trên cơ sở thời
gian sấy và điều kiện vận hành, kiểm soát.
Y.M. Gallali và cộng sự (2000) đã thực hiện nghiên cứu so sánh trái cây và rau được sấy khô bằng
năng lượng mặt trời (ISD và HSD) so với sấy khô tự nhiên. Độ ẩm cuối cùng của nho ở chế độ gián tiếp,
chế độ hỗn hợp và chế độ tự nhiên lần lượt là 20,05%, 12,5% và 68,45% trong cùng khoảng thời gian.
Do đó, từ kết quả thu được, sấy bằng năng lượng mặt trời hiệu quả hơn so với sấy tự nhiên về thời gian
sấy, tỷ lệ ẩm, tỷ lệ tro và hiệu suất nhiệt. [22]
S.B. Mabrouk và cộng sự (2000) đã thiết kế các loại máy sấy năng lượng mặt trời trực tiếp và
gián tiếp để sấy nông sản. Từ thí nghiệm nhận thấy nhiệt độ của sản phẩm cao hơn nhiệt độ khí vào và
ra lần lượt là 400C và 270C. Hiệu suất nhiệt của máy sấy năng lượng mặt trời loại gián tiếp là 60% trong
khi của máy sấy năng lượng mặt trời loại trực tiếp là 40% trong cả năm [19]. G. Alvarez và cộng sự.
(2000) đã phân tích hiệu suất nhiệt của máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp để sấy ngô có vỏ có khối
lượng 25,7 kg, mất 10 giờ để làm khô và làm bay hơi 7,20 kg nước. Mất 9 phút để đạt hiệu suất bộ thu
lớn nhất là 54,5% và hiệu suất trung bình của máy sấy năng lượng mặt trời với ngô là 32,5%. [25]
C.B. Pardhi và cộng sự (2013) đã phân tích hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời hỗn hợp
chế độ đối lưu cưỡng bức để sấy 3 kg nho, mất 4 ngày để đạt được độ ẩm cuối cùng từ 81,4% đến 18,2%
trong khi phơi nắng ngoài trời là 8 ngày. Hiệu suất của máy sấy và bộ thu lần lượt là 31% và 67,5% mỗi ngày.
Hiệu suất của Solar Dryers phụ thuộc vào tốc độ dòng không khí. V.K. Sharma và cộng sự. (1993)
đã thiết kế và phân tích hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời kiểu gián tiếp để sấy 90 kg nho với
độ ẩm ban đầu 80% đến độ ẩm cuối cùng là 15% trong 5 đến 7 ngày. Quan sát thấy rằng hiệu suất của
máy sấy tăng từ 44% đến 61% khi tốc độ dòng khối tăng lên. Trong những giờ đầu tiên, quá trình sấy
diễn ra rất nhanh vì hiệu suất sấy giảm khi tăng thời gian. [23]
Lưu lượng không khí tự nhiên, có tác động lớn đến việc tính toán các giá trị được sử dụng trong
loại hệ thống sấy. Nhiệt độ sấy và hằng số độ ẩm là những biến số quan trọng nhất để kiểm soát tốc độ sấy.
Zomorodian đã xây dựng hệ thống sấy bao gồm một buồng sấy, một thùng đầu vào và đầu ra, và
một buồng thông gió. Hệ thống này bao gồm hai ứng dụng thử nghiệm. Tốc độ dòng chảy khối lượng
và thời gian khoảng thời gian xả đã được kiểm tra bởi cả ứng dụng thứ nhất và ứng dụng thứ hai. Hàm
lượng ẩm được bao gồm trong cái thứ hai. Dựa trên kết quả, họ nhận thấy rằng hiệu ứng tốc độ dòng
chảy khối lượng và tốc độ xả của quá trình làm khô cây trồng là tốt. Hơn nữa, hệ thống này cho kết quả
khả quan về hiệu quả sấy và độ ẩm. Hiệu suất tối đa của hệ thống được ghi nhận là 21,24%, và năng
lượng tiêu thụ trong quá trình sấy là 6–8%. Độ ẩm cuối cùng là 13% ở nhiệt độ môi trường (25,10C). [22]
Chế độ hoạt động khác nhau cũng ảnh hưởng đến hiệu năng của máy. Trong thử nghiệm không
tải, nhiệt độ tăng thêm 6OC và độ ẩm tương đối 8% ở chế độ hỗn hợp so với chế độ gián tiếp và với điều
kiện tải, nhiệt độ bộ thu tăng 15OC và 4OC cho chế độ thụ động và chủ động tương ứng. Sự khác biệt tối lOMoARcPSD| 37054152
đa về độ ẩm tương đối và nhiệt độ tem giữa đầu vào và đầu ra của buồng đã được tìm thấy là 7% và 5OC
ở chế độ đối lưu tự nhiên, 3% và 2OC ở chế độ cưỡng bức, và 27% và 17OC ở chế độ lai cưỡng bức.
Hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời cũng phụ thuộc vào dòng chảy tỷ lệ không khí và loại
máy sấy năng lượng mặt trời. Các vật liệu lưu trữ năng lượng nhiệt có thể đóng một vai trò quan trọng
trong hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời. Ngoài ra thiết kế, chi tiết cấu tạo, chế độ hoạt động,
phạm vi nhiệt độ, chế độ sưởi, nguồn sưởi, chế độ cấu trúc cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu năng của máy
sấy năng lượng mặt trời.
Có thể thấy, động học làm khô trong điều kiện đối lưu tự nhiên nhanh hơn do sự trao đổi nhiệt
kém giữa lá cây cỏ ngọt và không khí ở vận tốc thấp. Với đối lưu cưỡng bức, nhiệt độ thấp hơn đạt được
do luồng không khí lớn hơn, gây ra sự đồng nhất nhiệt và dẫn đến nhiệt độ thấp hơn
Sự thay đổi tốc độ sấy đối với từng chế độ đối lưu của máy sấy năng lượng mặt trời trực tiếp theo
chức năng của độ ẩm. Trong cả hai trường hợp, không có chu kỳ tỷ lệ cố định nào được quan sát. Tốc
độ làm khô cao nhất xảy ra với đối lưu tự nhiên, với giá trị 0,0554 kg nước/kg chất khô tối thiểu cho độ
ẩm ban đầu là 3,237 và hàm lượng cuối cùng là 0,1405 kg nước/kg chất khô. Với sự đối lưu tự nhiên,
tốc độ sấy giảm đều đặn đến một độ ẩm 1,75 và nhanh hơn đến 0,002 kg nước/kg khô. Trong đối lưu
cưỡng bức, giá trị vận tốc của tốc độ sấy thấp hơn. Tốc độ sấy đầu tiên pha có độ ẩm giảm từ từ đến
mức hàm lượng 2,75 sau đó giảm độ ẩm bằng một pha chậm khác đến mức độ ẩm 1,0 tiếp theo là pha
chậm cuối cùng đến 0,1 kg nước/kg chất khô.
Các vật liệu lưu trữ năng lượng nhiệt có thể đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất của máy
sấy năng lượng mặt trời. Vì năng lượng mặt trời chỉ có sẵn trong ngày, ban đêm bộ phận lưu trữ
nhiệt này sẽ giải phóng nhiệt được hấp thu bởi vật liệu lưu trữ nhiệt trong bộ phận lưu trữ nhiệt trong
ngày. Điều này dẫn đến việc tăng cường khả năng làm việc của máy sấy giúp giảm thời gian sấy lOMoARcPSD| 37054152
2.3 – Các kiểm soát các thông số của Solar Dryers
Hình 1: Máy sấy cây trồng nhiều khay với bộ gia nhiệt không khí nhiều chiều nghiêng
với bộ lưu trữ nhiệt tích hợp cho thấy sự phân bố năng lượng mặt trời và các hệ số truyền nhiệt khác nhau
Để nghiên cứu một phân tích định kỳ về quá trình sấy cây trồng nhiều khay được gắn với một
máy sưởi không khí năng lượng mặt trời nhiều chiều nghiêng có tích hợp bộ lưu trữ nhiệt để sấy lúa.
Nhiệt độ cây trồng tăng lên cùng với sự gia tăng chiều dài, chiều rộng và góc nghiêng của bộ thu nhiệt
cho đến giá trị điển hình của các thông số này.
Phương trình sấy lớp mỏng đã được sử dụng để nghiên cứu tốc độ sấy và mức giảm độ ẩm hàng
giờ trong các khay khác nhau. Ta rút ra được các phương trình để tăng giảm hiệu suất của máy sấy hc= Nu = 1 + 1.44* *+ Ra= Kf = 0.0244 + 0.6733*10-4*Tf
f = 7.7255*10-10* vf = (0.1284 + 0.00105*Tf) *10-4
Với: hc là hệ số truyền nhiệt đối lưu, W/m2K Nu là số Nusselt d là chiều
rộng ống dẫn không khí từ bộ thu nhiệt qua khu vực sấy, m Ra là số Rayleigh 0105
là góc nghiêng của bộ thu nhiệt, độ 0 f
là độ khuếch tán của không khí, m2/s vf là
độ nhớt động học của không khí, m2/s g là
gia tốc trọng trường, m/s2
’ là độ giãn nở nhiệt, 1/K
Tf là nhiệt độ đưa vào khu vực sấy, K
Thí nghiệm được thực hiện với khối lượng chất cần sấy là 60kg chiều dài của tấm thu 4m chiều
rộng tấm thu 1m, lưu lượng dòng không khí là 0.028 kg/s. Tiến hành quan sát nhiệt độ khay sấy số 1 và
số 4, ghi chép số liệu và lập biểu đồ so sánh.
Ảnh hưởng của độ nghiêng của tấm thu nhiệt đối với nhiệt độ cây trồng trong khay 1 và khay 4.
Nó chỉ ra rằng việc tăng góc nghiêng từ 0 độ đến 30 độ sẽ mang lại mức tăng nhiệt độ cây trồng tối đa
trong khay 1, trong khi nhiệt độ cây trồng trong khay 4 không bị ảnh hưởng bởi góc nghiêng. Do đó,
góc nghiêng 30 độ của tấm thu năng lượng mặt trời là tối ưu để tận dụng năng lượng mặt trời tối đa. lOMoARcPSD| 37054152
Góc nghiêng 30 bị giới hạn theo mùa tính toán, và góc nghiêng xác định có thể được tính bằng phương
pháp trình bày trong Duffie và Beckman.
Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy khối lượng đến nhiệt độ cây trồng trong khay 1 và khay 4. Tốc
độ dòng chảy khối lượng tối đa phải là tốc độ mang lại nhiệt độ tối đa của cây trồng để làm khô nhanh.
Theo quan điểm này, tốc độ dòng chảy khối lượng tối ưu được tìm thấy là 0,028 kg/s với nhiệt độ cây
trồng tối đa trong khay 1 và khay 4. Nhiệt độ cây trồng giảm đáng kể khi vượt quá tốc độ dòng chảy khối lượng 0,028 kg/s.
Trong suốt thời gian sấy, cần xem xét hiệu suất tối đa và độ ẩm tối thiểu ở nhiệt độ và độ ẩm môi
trường xung quanh. Trong các nghiên cứu trước đây, một số kỹ thuật AI được sử dụng để thu được phạm
vi bức xạ mặt trời tối ưu có thể làm tăng tốc độ sấy. Thực nghiệm đã chứng minh rằng các kỹ thuật như
vậy được sử dụng để dự đoán hoạt động của máy sấy và thu được sản lượng rất cao.
Trong hệ thống sấy, mô hình lý thuyết cân bằng giúp ta hiểu hơn về quá trình hấp thụ ẩm. lOMoARcPSD| 37054152
Lý thuyết cân bằng ẩm đẳng nhiệt của Langmuir [7] dựa trên mô hình động học cổ điển về cân
bằng tốc độ bay hơi và ngưng tụ của hơi đối với một lớp hơi nước trên bề mặt bên trong của vật liệu.
Điều này làm cho thể tích nước được sản phẩm hấp thụ một cách đẳng nhiệt ở áp suất hơi Pv là:
Một mô hình của Kelvin [8] xem xét sự hấp thụ độ ẩm trong chất rắn dựa trên sự ngưng tụ mao
dẫn trong các lỗ rỗng của vật liệu. Phương trình Kelvin biểu thị mối quan hệ giữa áp suất hơi của chất
lỏng trong ống mao dẫn và áp suất hơi bão hòa ở cùng nhiệt độ:
Mô hình bán lý thuyết của Henderson, là mô hình cân bằng độ ẩm linh hoạt nhất, biểu thị mối
quan hệ giữa độ ẩm cân bằng và độ ẩm tương đối cân bằng ở một nhiệt độ nhất định như:
Một mô hình toán học đã được thiết lập bằng cách đơn giản hóa các phương trình của Fick, lý
thuyết khuếch tán và nó đã dẫn đến một kết quả rất khả quan. Trong loại quá trình sấy này, nhiệt độ
buồng và độ dày của mẫu sấy là các yếu tố chính được xem xét.
Để dự đoán hiệu quả sấy, điều quan trọng là phải xác định một số thông số như nhiệt độ môi
trường xung quanh, lưu lượng khối khí của hệ thống sấy và thông lượng nhiệt tới. Bức xạ sự cố mặt trời,
dòng khối lượng không khí và hiệu quả đã được phân tích trong một công trình trước đây để đánh giá
hiệu suất nhiệt (truyền nhiệt và khối lượng) của máy sấy
Trong lưu trữ nhiệt hợp lý (SHS), nhiệt năng được lưu trữ bằng cách tăng nhiệt độ của chất rắn
hoặc chất lỏng, sử dụng nhiệt dung và sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu trong quá trình nạp và xả. Lượng
nhiệt dự trữ phụ thuộc vào nhiệt dung riêng của môi chất, sự thay đổi nhiệt độ và lượng chất dự trữ.
Lưu trữ nhiệt tiềm ẩn (LHS) là sự hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt khi vật liệu lưu trữ trải qua sự
thay đổi pha từ rắn sang lỏng hoặc lỏng sang khí hoặc ngược lại ở nhiệt độ không đổi nhiều hơn hoặc ít
hơn. Dung lượng lưu trữ của hệ thống LHS với môi trường vật liệu thay đổi pha (PCM).
Các hệ thống nhiệt hóa học dựa vào năng lượng được hấp thụ và giải phóng khi phá vỡ và tái tạo
các liên kết phân tử trong một phản ứng hóa học hoàn toàn thuận nghịch. Trong trường hợp này, nhiệt
được lưu trữ phụ thuộc vào lượng vật liệu lưu trữ, nhiệt thu nhiệt của phản ứng và mức độ chuyển đổi.
2.4 – Cách cải tiến Solar Dryers
Elgafy và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc thêm các sợi nano carbon vào hiệu suất
nhiệt của sáp parafin bằng thực nghiệm và phân tích. Phản ứng nhiệt độ thoáng qua của vị trí nanocom
được đo trong quá trình hóa rắn của nó và tốc độ làm mát đã được dự đoán. Họ phát hiện ra rằng độ dẫn lOMoARcPSD| 37054152
nhiệt của nanocompozit được tăng cường đáng kể khiến tốc độ làm mát tăng lên. Một mô hình phân tích
đã được giới thiệu dựa trên cách tiếp cận dẫn nhiệt một chiều để dự đoán độ dẫn nhiệt hiệu quả cho vật
liệu tổng hợp nano mới và nó phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm. Các phép đo thực nghiệm cho thấy
rằng các GNP, do cấu trúc phẳng hai chiều đặc biệt của chúng, có tiềm năng tăng độ dẫn nhiệt lớn hơn
nhiều so với các vật liệu nano cacbon hình dây khác.
Bal et al đã thiết kế và phát triển một máy sấy năng lượng mặt trời sử dụng sáp parafin làm PCM
để lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa vào ban ngày. Chúng sử dụng không khí nóng ở nhiệt độ gần với
nhiệt độ cạn kiệt từ bộ thu năng lượng mặt trời thông thường và giải phóng nó khi không có năng lượng
mặt trời. Điều này ngụ ý khả năng giảm lượng năng lượng cần thiết trong hoạt động sấy khô. Ngoài ra,
họ đánh giá cao khả năng sấy khô nông sản/thực phẩm ở nhiệt độ ổn định và vừa phải từ 40–75 1C.
Ehid et al đã khắc phục sự lắng đọng của các sợi nano than chì xảy ra trong chu trình làm nónglàm
mát đầu tiên bằng cách tạo ra một PCM ổn định hình dạng bằng cách sử dụng polyetylen mật độ cao
(HDPE) làm polyme ổn định. Kỹ thuật này đã loại bỏ GNF lắng đọng qua các chu kỳ nhiệt lặp đi lặp lại
với chỉ 10% HDPE tính theo trọng lượng.
Madhlopa và Ngwalo đã thiết kế, xây dựng một máy sấy năng lượng mặt trời đối lưu tự nhiên
kiểu gián tiếp tích hợp bộ thu năng lượng mặt trời và bộ gia nhiệt dự phòng sinh khối để sấy khô các
loại thực phẩm. Các bộ phận chính của máy sấy là lò đốt sinh khối (có ống dẫn hình chữ nhật và ống
khói thải khí), khối nhiệt lưu trữ của bộ thu nhiệt và buồng sấy (với ống khói năng lượng mặt trời thông
thường). Khối nhiệt được đặt ở trên cùng một phần của vỏ lò đốt sinh khối, lưu trữ một phần nhiệt từ cả
máy sưởi không khí bằng năng lượng mặt trời và sinh khối, do đó điều chỉnh dao động nhiệt độ trong
buồng sấy và giảm lãng phí năng lượng.
Shanmugam và Natarajan đã nghiên cứu hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời tích hợp đối
lưu cưỡng bức và chất hút ẩm gián tiếp. Trong những giờ có nắng không khí nóng từ tấm thu nhiệt phẳng
được đẩy sang buồng sấy để làm khô sản phẩm đồng thời giường hút ẩm nhận bức xạ mặt trời trực tiếp
và qua gương phản xạ. Vào những giờ không có nắng, máy sấy được vận hành bằng cách luân chuyển
không khí bên trong buồng sấy qua lớp hút ẩm bằng quạt đảo chiều. Việc bao gồm gương phản chiếu
trên giường hút ẩm làm tăng 20% khả năng làm khô.
Máy sấy năng lượng mặt trời nông nghiệp lưu trữ nhiệt tích hợp, đã được thiết kế, mô phỏng, phát
triển và nghiên cứu thực nghiệm cho các sản phẩm nông nghiệp như ớt và lá cỏ ca ri bởi Potdukhe và
Thombre. Dầu nhiệt được sử dụng làm vật liệu bảo quản để giảm thời gian sấy và nâng cao chất lượng
sản phẩm sấy. Bộ hấp thụ sử dụng chất lỏng nhiệt như trong kho tích hợp đã giúp đạt được nhiệt độ
không khí sấy cao hơn trong buồng sấy khoảng 65 30C. Nó có thể duy trì nhiệt độ lOMoARcPSD| 37054152
không khí sấy đồng đều trong thời gian dài hơn. Thời gian hoạt động của máy sấy năng lượng mặt trời
tăng thêm 1–2 giờ tùy thuộc vào bức xạ mặt trời vào ngày cụ thể. III - KẾT LUẬN
Solar Dryers v i nh ng u đi m c a mình nh không gây h i đếớ ữ ư ể ủ ư ạ ến môi trường, tếtế ki
m th iệ ờ gian và hi u qu làm khô tôết, đã có nh ng ng d ng c th và hi u qu . Tuy vâẫn còn nh ng h n
chếếệ ả ữ ứ ụ ụ ể ệ ả ữ ạ nh hi u qu gi m khi không có nắếng ho c ban đếm. Nh ng như ệ ả ả ặ ư ững c
i tếến c a Solar Dryers vâẫn seẫả ủ được tếếp t c nghiến c u và phát tri n đ ngày càng tôết h n. Nhu câầu
s dụ ứ ể ể ơ ử ụng nắng lượng tái t o hayạ c th là nắng lụ ể ượng m t tr i đang là u thếế và chắcế chắặ
ờ ư ến rắầng seẫ không d ng l i. Solar Dryer càngừ ạ phát tri n thì có th thúc đ y th trể ể ẩ ị ường, nâng
cao ý th c c a các nhà s n xuâết, s chếế th c ph mứ ủ ả ơ ự ẩ cũng nh là nâng cao th hiếuế vếầ th c ph m
s ch c a ngư ị ự ẩ ạ ủ ười tếu dùng.
PHỤ LỤC – Tài liệu tham khảo [1]
P. Kumar and D. Singh, “Advanced technologies and performance investgatons of solar
dryers: A review,” Renewable Energy Focus, vol. 35, pp. 148–158, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.ref.2020.10.003. [2]
A. A. Sehery, Y. M. Gallali, and M. J. Wafa, “Chapter 466 - Preservaton of Fruits and
Vegetables Using Solar Dryers. A Comparatve Study for Solar and Natural Drying of Grapes,
Figs, Tomatoes and Onions. IV. Temperatu,” in World Renewable Energy Congress VI, A. A. M.
Sayigh, Ed. Oxford: Pergamon, 2000, pp. 2167–2169. doi: 10.1016/B978-008043865- 8/50466-9. [3]
dichvudanhvanban.com, “Máy Sâếy Nắng Lượng M t Tr i - Thiếết B Sâếy Nông S n Tiếết Ki m Chiặ ờ ị ả
ệ Phí 12/2022,” blog d y tn h cạ ọ , Mar. 31, 2020.
https://dichvudanhvanban.com/may-say-nang-luongmat-troi-thiet-bi-say-nong-san-tet-kiem-
chi-phi-316 (accessed Dec. 09, 2022). [4]
A. G. M. B. Mustayen, S. Mekhilef, and R. Saidur, “Performance study of different solar dryers:
A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 34, pp. 463–470, Jun. 2014, doi: 10.1016/j.rser.2014.03.020. lOMoAR cPSD| 37054152 [5]
M. Zarezade and A. Mostafaeipour, “Identfying the effectve factors on implementng the
solar dryers for Yazd province, Iran,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, pp.
765– 775, May 2016, doi: 10.1016/j.rser.2015.12.060. [6]
Z. Hu, S. Zhang, W. Chu, W. He, C. Yu, and H. Yu, “Numerical Analysis and Preliminary
Experiment of a Solar Assisted Heat Pump Drying System for Chinese Wolfberry,” Energies,
vol. 13, no. 17, p. 4306, Aug. 2020, doi: 10.3390/en13174306. [7]
D. R. Pangavhane and R. L. Sawhney, “Review of research and development work on solar
dryers for grape drying,” Energy Conversion and Management, vol. 43, no. 1, pp. 45–61, Jan.
2002, doi: 10.1016/S0196-8904(01)00006-1. [8]
P. C. Phadke, P. V. Walke, and V. M. Kriplani, “A REVIEW ON INDIRECT SOLAR DRYERS,” vol. 10, no. 8, p. 13, 2015. [9]
A. G. M. B. Mustayen, S. Mekhilef, and R. Saidur, “Performance study of different solar dryers:
A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 34, pp. 463–470, Jun. 2014, doi: 10.1016/j.rser.2014.03.020. [10]
P. Kumar and D. Singh, “Advanced technologies and performance investgatons of solar
dryers: A review,” Renewable Energy Focus, vol. 35, pp. 148–158, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.ref.2020.10.003. [11]
M. S. Sontakke and S. P. Salve, “Solar Drying Technologies: A review,” p. 7. [12]
A. S. Dube, “Indirect Solar Dryer: A Review,” IJRASET, vol. 6, no. 4, pp. 3200–3204, Apr. 2018,
doi: 10.22214/ijraset.2018.4531. [13]
V. Belessiots and E. Delyannis, “Solar drying,” Solar Energy, vol. 85, no. 8, pp. 1665–1691,
Aug. 2011, doi: 10.1016/j.solener.2009.10.001. [14]
A. A. El-Sebaii and S. M. Shalaby, “Solar drying of agricultural products: A review,” Renewable
and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, no. 1, pp. 37–43, Jan. 2012, doi: 10.1016/j.rser.2011.07.134. [15]
L. M. Bal, S. Satya, S. N. Naik, and V. Meda, “Review of solar dryers with latent heat storage
systems for agricultural products,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 15, no. 1,
pp. 876–880, Jan. 2011, doi: 10.1016/j.rser.2010.09.006. [16]
S. M. Shalaby, M. A. Bek, and A. A. El-Sebaii, “Solar dryers with PCM as energy storage
medium: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 33, pp. 110–116, May 2014, doi: 10.1016/j.rser.2014.01.073. [17]
K. Kant, A. Shukla, A. Sharma, A. Kumar, and A. Jain, “Thermal energy storage based solar
drying systems: A review,” Innovatve Food Science & Emerging Technologies, vol. 34, pp. 86–
99, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.ifset.2016.01.007. [18]
M. Mofijur et al., “Phase Change Materials (PCM) for Solar Energy Usages and Storage: An
Overview,” Energies, vol. 12, no. 16, Art. no. 16, Jan. 2019, doi: 10.3390/en12163167. [19]
S. Poonia, A. K. Singh, and D. Jain, “Performance evaluaton of phase change material (PCM)
based hybrid photovoltaic/thermal solar dryer for drying arid fruits,” Materials Today:
Proceedings, vol. 52, pp. 1302–1308, Jan. 2022, doi: 10.1016/j.matpr.2021.11.058. [20]
L. M. Bal, S. Satya, and S. N. Naik, “Solar dryer with thermal energy storage systems for
drying agricultural food products: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol.
14, no. 8, pp. 2298–2314, Oct. 2010, doi: 10.1016/j.rser.2010.04.014. lOMoAR cPSD| 37054152 [21]
P. Kumar and D. Singh, “Advanced technologies and performance investgatons of solar
dryers: A review,” Renewable Energy Focus, vol. 35, pp. 148–158, Dec. 2020, doi: 10.1016/j.ref.2020.10.003. [22]
S. Nabnean, S. Janjai, S. Thepa, K. Sudaprasert, R. Songprakorp, and B. K. Bala, “Experimental
performance of a new design of solar dryer for drying osmotcally dehydrated cherry
tomatoes,” Renewable Energy, vol. 94, pp. 147–156, Aug. 2016, doi: 10.1016/j.renene.2016.03.013. [23]
A. Sharma, C. R. Chen, and N. Vu Lan, “Solar-energy drying systems: A review,” Renewable
and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, no. 6–7, pp. 1185–1210, Aug. 2009, doi: 10.1016/j.rser.2008.08.015. [24]
“s d ng t i châu á thái bình dử ụ ạ ương.pdf.” [25]
Y. Mohana, R. Mohanapriya, T. Anukiruthika, K. S. Yoha, J. A. Moses, and C.
Anandharamakrishnan, “Solar dryers for food applicatons: Concepts, designs, and recent advances,”
Solar Energy, vol. 208, pp. 321–344, Sep. 2020, doi: 10.1016/j.solener.2020.07.098.