Tiểu luận cuối kỳ đề tài solar dryers

[1]Thiết bị Solar Dryers là máy sấy sử dụng năng lượng chính là năng lượng mặt trời để làm khô sản phẩm.. Sau khi sấy thì chất lượng sản phẩm sấy sẽ không đảm bảo về màu, kết cấu, độ din

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

Thành phố Thủ Đức, Tháng 12, năm 2022

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ: ST

1 Nguyễn Hữu Duy Tài - Phân chia phần việc công việc cần làm cho nhóm.

- Tổng hợp báo cáo lần 1

- Làm phần ứng dụng và tổng quan sản xuất & sử dụng Solar Dryers trên thiết bị Solar Dryers và nguyên lý hoạt động của Solar Dryers.

- Đúng thời hạn - Đúng yêu cầu

4 Nguyễn Hoàng Thùy Dương - Làm phần ưu, nhược điểm của Solar Dryers.

soát các thông số của Solar Dryers và cách cải

đối đúng yêu cầu.

MỤC LỤC

TỔNG QUAN 4

I - GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 – Thiết bị Solar Dryers là gì? 5

1.2 – Nguyên lý hoạt động Solar Dryers 5

1.3 – Ưu điểm của Solar Dryers 5

1.4 – Ứng dụng của Solar Dryers 5

1.5 – Tổng quan về sản xuất và ứng dụng của Solar Dryers trên thế giới 5

II - ĐÁNH GIÁ VỀ SOLAR DRYER 5

2.1 – Chi thiết về các thiết bị, bộ phận trong Solar Dryers 5

2.2 – Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sấy Solar Dryers 5

2.3 – Các kiểm soát các thông số của Solar Dryers 8

2.4 – Cách cải tiến Solar Dryers 11

III - KẾT LUẬN 13

PHỤ LỤC – Tài liệu tham khảo 13

3

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 làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cũng như chi phí cho nhiên liệu là rất nhiều Mặt khác, phơi sản phẩm ở ngoài trời sẽ dễ làm nhiễm bẩn sản phẩm do các tác nhân bên ngoài côn trùng, cát, bụi, mưa, gió,… Với những bất cập của các phương pháp sấy đó thì việc nghiên cứu các kỹ thuật sấy bằng nguồn có khả năng tái tạo và là nguồn năng lượng xanh, sạch đã thu hút lượng lớn các nhà khoa học Nguồn năng lượng đó đến từ mặt trời – nguồn năng lượng rất dồi dào, thân thiện và sẽ ít gây 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 khai thác tối đa hiệu qua của nguồn năng lượng sạch này

I - GIỚI THIỆU CHUNG 1.1– Thiết bị Solar Dryers là gì?

Sấy bằng năng lượng mặt trời là quy trình làm giảm độ ẩm của sản phẩm dưới mức độ mà sản phẩm không bị hỏng bằng năng lượng được cung cấp từ 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 bức xạ mặt trời tác động lên sản phẩm để có thể làm giảm độ ẩm bên trong Phương pháp này mất 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 thời tiết và các yếu tố bên ngoài môi trường Việc phơi nắng ngoài trời còn có bất lợi khác đó là việc xác định được thời điểm mà sản phẩm đạt độ ẩm ta mong muốn một cách chính xác là rất khó Nhận thấy được những bất cập và khó khăn của phương pháp phơi nắng ngoài trời, cùng với sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật thì những chiếc máy Solar Dryers được ra đời và khắc phục những vấn đề tồn đọng trên [1]

Thiết bị Solar Dryers là máy sấy sử dụng năng lượng chính là năng lượng mặt trời để làm khô sản phẩm Và qua đó giúp ta có được những sản phẩm sấy có chất lượng cao hơn, có thể bảo quản 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 quá trình làm khô một cách dễ dàng Năng lượng mặt trời được Solar Dryers hấp thụ ở dạng trực tiếp, gián tiếp hoặc cả hai để làm giảm độ ẩm của các sản phẩm [2]

Với sự phát triển và trở nên rộng khắp của Solar Dryers thì nó đã dần phổ biến ở các nhà máy, các cơ sở sản xuất sản phẩm nông, lâm, ngư nghiệp, Nó giúp tạo ra được những sản phẩm sạch và đạt độ an toàn cao cũng như các sản phẩm khô thân thiện với môi trường tự nhiên và đáp ứng được các nhu cầu và yêu cầu của khách hàng [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 hấp thụ trực tiếp năng lượng mặt trời để làm giảm độ ẩm Loại máy này rất đơn giản trong xây dựng, chế tạo, chi phí vận hành tương đối thấp Nhưng nó vẫn có điểm yếu 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

5

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

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 Sử dụng được 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 và sau khi lấy đi độ ẩm bên trong sản phẩm không khí nóng sẽ được thoát ra bên ngoài buồng sấy qua ống khói.[4]

Loại máy này không chiếu trực tiếp bức xạ mặt trời vào sản phẩm 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, bức xạ mặt trời được cung cấp thêm cho hệ thống làm khô không khí ẩm bên trong buồng sấy bằng kính trong suốt Với phương pháp này, sản phẩm sẽ được sấy bằng cả không khí nóng và cả bức xạ mặt trời trực tiếp Hiệu suất và thiết kế của loại máy sấy năng lượng mặt trời này theo một nghiên cứu đã cho thấy rằng 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 rất thích hợp cho việc bảo quản thực phẩm và tiết kiệm thời gian sấy Hình 1.1d minh họa cho Hybrid Solar Dryer [4]

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

7

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

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, các loại máy sấy năng lượng mặt trời xuất hiện ngày càng nhiều và ngày càng được phát triển, sự đa dạng hóa các bộ phận và tính năng mới được các nhà khoa học

nghiên cứu và sáng chế trên khắp thế giới Điều đó giúp tạo ra nhiều sự lựa chọn hơn cho các nhà máy sản xuất, chế biến thực phẩm hay các trang trại, hộ kinh doanh gia đình có nhu cầu sử dụng 1.2– Nguyên lý hoạt động Solar Dryers

Có nhiều loại máy sấy năng lượng mặt trời sẽ có những cách thức hoạt động và cấu tạo khác nhau ở mỗi loại máy Nhưng nhìn chung, hầu hết các loại máy sấy 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 kết cấu gồm 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 Nguyên lý hoạt động căn bản của DSD là sự hấp thu bức xạ từ mặt trời giúp làm tăng nhiệt độ, phóng ra bức xạ có bước sóng cao cũng như sự đối lưu, trao đổi không khí ẩm 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 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 [6]

Hình 1.2a: Nguyên lý hoạt động của ISD 9

Với loại máy sấy năng lượng mặt trời dạng nhà kính như Hình 1.2b Đầu tiên, có một tấm Poly Twinlite bao quanh ở phía ngoài và sẽ cho năng lượng bức xạ mặt trời xuyên qua để đi đến bộ phận thu nhiệt tại một vật màu đen Do màu đen là màu tối có khả năng hấp thụ bức xạ tốt và đồng thời kém trong khả năng phản xạ sẽ không làm phản chiếu năng lượng mặt trời ngược lại mà năng lượng sẽ được hấp thu và sau đó chuyển hóa thành nhiệt năng Tiếp đó, năng lượng mặt trời được thu vào và không khí sẽ được làm tăng nhiệt độ lên cao hơn so với nhiệt độ ngoài môi trường tại buồng thu nhiệt và làm cho nhiệt độ lên tới 50-70 độ C Trong lúc đó, hệ thống quạt đối lưu đã nói ở trên sẽ hoạt động liên tục và không khí nóng sẽ được thổi từ buồng thu nhiệt sang buồng sấy qua đường ống dẫn, đồng thời không khí ẩm sẽ được hút ẩm và đưa ra bên ngoài lò sấy năng lượng mặt trời bằng các lỗ thông hơi hoặc 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, làm 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 hoạt động liên tục có tác dụng thổi không khí nóng đến các sản phẩm cần sấy đang được đặt trên mâm sấy Sản phẩm sấy được dòng không khí nóng chạy qua tiếp xúc với cả hai phía giúp tạo ra sản phẩm có độ khô ở cả hai mặt là đồng đều Còn nhiệm vụ của quạt hút ẩm là hút không khí ẩm bên trong buồng sấy ra và thải ra bên ngoài môi trường 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 và được cấu tạo từ vô số các tế bào quang điện Điều này giúp cho một lượng lớn quang năng được hấp thụ từ mặt trời và chuyển hóa thành điện năng 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.

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 nông sản cây trồng nhiệt đới, bên cạnh đó còn làm tăng tính kinh tế và cung cấp mức dinh dưỡng tối đa nhất [7] 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 những dấu hiệu 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.

Sấy khô bằng phương pháp phơi nắng ngoài trời:

Hiện nay, ở nhiều nước đang phát triển vẫn sử dụng phương pháp phơi nắng ngoài trời Phương pháp này sản phẩm thường được trải trên mặt đất rồi làm khô bằng cách phơi trực tiếp dưới bức xạ mặt trời [1] Mặc dù thực tế là không tốn kém, đơn giản, nhưng phơi nắng lộ thiên cũng có những nhược điểm khác Đầu tiên, sản phẩm sau khi sấy kém chất lượng cả về mùi vị, màu sắc và các chất dinh dưỡng [11] Thứ hai, các sản phẩm được 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 thời tiết là yếu tố quyết định, vì nếu trời mưa hoặc trời nắng không gắt sẽ làm sản phẩm đem đi sấy bị hư hại, nấm mốc [7] Cuối cùng là cần nhiều thời gian sấy khô [11] Để thay thế, có thể sử dụng các công nghệ sấy thích hợp để tối ưu hóa về mặt kinh tế cũng như về mặt công nghệ để áp dụng một cách hiệu quả.

Sấy bằng năng lượng mặt trời là biện pháp thay thế tối ưu có thể giúp nâng cao chất lượng sản phẩm sau khi sấy [7], [9] Nó không tác động đến môi trường như sấy bằng nhiên liệu hóa thạch Do hiện nay, nhiên liệu hóa thạch liên tục tăng giá cũng như làm ảnh hưởng xấu đến môi trường và không ổn định Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thì nhu cầu sử dụng năng lượng của thế giới sẽ tăng gấp đôi mỗi 20 năm và lượng nhiên này trên Trái Đất lại có giới hạn Do đó sấy bằng năng lượng mặt trời có tiềm năng rất lớn hiện nay và trong 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 [1] Mặc dù vậy, nó vẫn phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên là thời tiết và lượng bức xạ hấp thu Ngoài ra, quá trình khử nước bị gián đoạn ở nhiệt độ thấp hoặc vào những lúc không có bức xạ mặt trời dẫn đến chất lượng sấy kém đi [1], [9] Các thiết bị sấy được phân loại chủ yếu theo chế độ sưởi ấm của chúng và cách thức sử dụng

11

nhiệt mặt trời [11] Chúng được phân loại như sau: kiểu sấy trực tiếp, gián tiếp, 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 trực tiếp, đây là loại máy sấy đơn giản Nhiệt được sử dụng từ việc 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 cũng như không bị ảnh hưởng bởi mưa, sương và khói bụi [7] Bên cạnh đó, mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng dồi dào và không bị giới hạn, giúp là giảm chi phí về mặt kinh tế Thiết bị sấy này được sử dụng rộng rãi vì nó có tính ứng dụng và hiệu năng cao Nó cũng có thể sử dụng trong những điều kiện thời tiết bất lợi đối với các kiểu máy sấy năng lượng nhà kính [1], [7] Về mặt công nghệ thì dễ dàng chế tạo bởi nó đơn giản và ít tốn kém hơn và ít bảo trì hơn so với máy sấy gián tiếp cùng dung tích [1] Như vậy, ở loại máy sấy này sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với việc phơi nắng tự nhiên và hơn hết là chất lượng sẽ tốt hơn.

Nhược điểm: Màu sắc sau khi sấy không đẹp bởi sản phẩm cũng bị ảnh hưởng khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời [1], [7] Thêm vào đó là khả năng hấp thụ cường độ bức xạ mặt trời của nắp kính giảm sau một thời gian do hơi ẩm ngưng tụ xảy ra bên trong nắp kính [11] Cũng giống như ở phương pháp phơi nắng kiểu lộ thiên đều có thời gian sấy dài và chỉ dụng trong điều kiện có ánh nắng tốt Cho nên khi sử dụng phương pháp này để sấy thì chỉ sử dụng với quy mô hộ gia đình ví dụ như sấy rau, củ quả [7] Do đó, chỉ hữu ích khi áp dụng trên quy mô nhỏ [1]

Máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp (ISD):

Sấy năng lượng mặt trời gián tiếp là kỹ thuật sấy mới so với hai phương pháp kể trên [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] Ưu , nhược điểm của máy sấy năng lượng mặt trời gián tiếp:

Ưu điểm: So với việc sấy trực tiếp bằng năng lượng mặt trời thì phương pháp này mang lại hiệu quả cao hơn Hiệu quả đầu tiên là sản phẩm không bị nhiễm bụi bẩn bởi các yếu tố bên ngoài [1] Ngoài ra, chất lượng của sản phẩm được duy trì trong một thời gian dài bằng cách tránh những ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ mặt trời Mặt khác, phương pháp sấy gián tiếp tiết kiệm thời gian hơn việc sấy sản phẩm trực tiếp bằng bức xạ mặt trời [7] Bên cạnh đó, phương pháp này giúp tránh được những ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh như mưa, sương Phương pháp sấy gián tiếp đem lại hiệu suất cao hơn, tiết kiệm các khoản chi phí về môi trường và cho ra những dòng sản phẩm sạch [7], [9].

Nhược điểm: Ngoài việc có những mặt tích cực thì sấy kiểu gián tiếp này cũng phát sinh nhiều khoản chi phí như chi phí lắp đặt, bảo trì [11] Sau một thời gian hoạt động thiết bị phải được bảo trì

để kiểm tra cũng như nâng cao hiệu suất của nó Bên cạnh đó, sự thay đổi của cường độ bức xạ cũng có ảnh hưởng đến sản phẩm sấy.

Máy sấy năng lượng mặt trời chế độ hỗn hợp (HSD):

Nó là sự kết hợp của máy sấy trực tiếp và gián tiếp [1], [7] Loại máy này là sự kết hợp giữa hoạt động trực tiếp của bức xạ mặt trời trên vật liệu được sấy khô và không khí được làm nóng trước trong máy sưởi không khí bằng nguồn cung cấp năng lượng cần thiết từ mặt trời cho quá trình sấy khô [1] Nó có những ưu điểm của cả loại trực tiếp và loại gián tiếp Dưới đây là ưu, nhược điểm của máy sấy năng lượng mặt trời chế độ hỗn hợp:

Ưu điểm: Máy sấy năng lượng mặt trời chế độ hỗn hợp có tốc độ sấy khô nhanh nhưng vẫn đảm bảo được độ ẩm ở mức an toàn trong sản phẩm [7], [12] Nó là sự kết hợp tối ưu trong việc rút ngắn thời gian để sấy sản phẩm Hơn thế nữa, màu sắc của sản phẩm vẫn được giữ nguyên do không bị bức xạ tia cực tím Kiểm soát tốt hơn quá trình làm khô và đảm bảo chất lượng đầu ra của sản phẩm Vì thế, ở loại máy sấy này có hiệu suất tốt hơn các loại máy sấy thông thường khác.

Nhược điểm: Khi sử dụng loại máy sấy này thì chi phí đầu tư ban đầu và khoản chi phí năng lượng cao Do nó là sự kế thừa của những loại máy sấy trên nên các chi tiết của nó có thể phức tạp hơn Tiếp theo đó là các khoản chi phí bảo trì theo định kỳ [11].

Trong máy sấy sử dụng vật liệu lưu trữ năng lượng:

Do bức xạ từ năng lượng mặt trời không ổn định nên một số nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu ra loại vật liệu kết hợp với máy sấy năng lượng mặt trời để cải thiện tốc độ sấy khô các dạng nông sản khác nhau [14], [15] Đó chính là sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng để lưu trữ nguồn 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 những ưu, nhược điểm của máy sấy năng lượng mặt trời kết hợp với vật liệu lưu trữ năng lượng:

Ưu điểm: Bởi vì máy sấy sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng nên giúp tiếp tục quá trình làm khô trong giờ tắt nắng Nhiệt độ không khí sấy luôn được giữ ở mức ổn định Hơn nữa nó hữu ích cho các sản phẩm có độ ẩm ban đầu cao và các sản phẩm cần nhiều thời gian làm khô [17].

Nhược điểm: Do máy sấy áp dụng công nghệ lưu trữ năng lượng nên có phần phức tạp hơn trong thiết kế và cấu trúc Nó yêu cầu thiết kế đặc biệt để trao đổi nhiệt giữa năng lượng lưu trữ nhiệt (TES) và luồng không khí Bên cạnh đó, tốc độ truyền nhiệt thấp hơn giữa vật liệu thay đổi pha (PCM) và không khí trong quá trình xả Ngoài ra, chi phí chế tạo và bảo trì cao hơn so với các phương pháp sấy khác [18], [19], [20].

Nhiều quốc gia trên thế giới đã áp dụng hệ thống năng lượng mặt trời trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp để bảo quản nguồn sản phẩm sau khi thu hoạch đã cho thấy là cách tiếp cận thiết thực, tiết kiệm và ít ảnh hưởng đến môi trường Đa phần những hệ thống máy sấy các dạng sản phẩm

13

của ngành công nghiệp và nông nghiệp có thể cải thiện và nâng cao chất lượng của sản phẩm Đồng thời, giảm thiểu được lượng sản phẩm bị hao hụt 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

Áp dụng năng lượng mặt trời cho phần công việc dùng nhiệt, như nấu ăn, sưởi ấm và sấy khô, được công nhận rộng rãi ở các vùng Đông Nam Á, Châu Á Khai thác nhiệt mặt trời để sấy khô mang lại tiềm năng đáng kể để làm khô các sản phẩm cần sấy 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, giảm tiêu hao nhiên liệu hóa thạch [20] Ứng dụng lớn nhất của nó là sấy nông sản, lâm sản… bằng năng lượng mặt trời

30% nhiệt mặt trời trên thế giới được dùng cho nông nghiệp Với 3,62% sử dụng trong việc sấy sản phẩm Việc sử dụng Solar Dryers để bảo tồn các loại hạt, rau quả, gỗ, thịt cá… sẽ tối ưu hóa kinh phí, tiết kiệm và lý tưởng với người sản xuất tại các nước đang phát triển Tổn thất rau quả trong quá trình sấy khô ở các nước này 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 sẽ giảm đáng kể bằng cách áp dụng các hệ thống sấy năng lượng mặt trời được thiết kế tốt Sự có mặt và sử dụng Solar Dryers ở các nước này giúp giảm tổn thất mùa màng đồng thời cải thiện chất lượng của các nông sản, lâm sản… sấy khô đáng kể so với các phương pháp truyền thống như phơi nắng [1]

Solar dryers dùng để sấy khô sản phẩm nông sản với thời gian ngắn hơn, hiệu suất cao hơn cũng như chất lượng được bảo đảm hơn Dự trữ năng lượng nhiệt để sử dụng được kể cả khi thời tiết bất lợi hay là lượng ánh sáng mặt trời kém hoặc không có Việc kiểm soát nhiệt độ giúp cho sản phẩm không bị làm khô quá mức dẫn đến hư hỏng Giúp tối ưu chi phí, tăng hiệu năng về kinh tế, đem lại nhiều điểm lợi cho nông dân và cơ sở sản xuất so với khi sấy bằng các hình thức khác [1]

Thích hợp dùng tại các hộ sản xuất quy mô bé 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 giảm độ ẩm rất nhanh nhiệt độ môi trường

Trong khi đó, Solar Dryer loại đối lưu tự nhiên với giá thành rẻ áp dụng để sấy sắn, chuối, gạo thô cùng nhiều sản phẩm khác Solar Dryer loại cưỡng bức dùng trong các công ty nhỏ với nguồn vồn thấp thuộc các ngành sản xuất sản phẩm 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 100 C với độ ẩm ban đầu là 60% đến0 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, ta được biết rằng năng lượng được tiêu thụ trên thế giới có tổng số tăng nhanh 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 là một thành phần chính trong con số tiêu thụ năng lượng trên, trong đó đã gồm 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 và sấy khô, được công nhận rộng rãi ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới Khai thác nguồn nhiệt này để sấy khô mang lại tiềm năng đáng kể để sấy khô các sản phẩm ví dụ như ngũ cốc, gỗ, trái cây, rau và cây thuốc, do đó loại bỏ nhiều vấn đề gặp phải khi sấy ngoài trời và tiết kiệm đáng kể nhiên liệu không tái tạo hóa thạch.

Hình 1.5a 15

Hình 1.5b

Trên thế giới, việc sử dụng hệ thống nhiệt mặt trời trong 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 ý thức với môi trường dần trở nên thông dụng Các hệ thống Solar Dryer để làm khô các sản phẩm sấy có thể cải thiện rất nhiều chất lượng của sản phẩm, đồng thời giảm bớt sản phẩm bị lãng phí và nguồn năng lượng cũ - do đó cải thiện chất lượng cuộc sống, môi trường xung quanh Nhưng dựa vào từng điều kiện năng lượng mặt trời, sản phẩm sấy chủ yếu mà các Solar Dryer sẽ có đa dạng các kích cỡ, công suất và thiết kế Từng loại sẽ được áp dụng để sấy những dạng sản phẩm thực phẩm 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, Solar Dryer dạng 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 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 không tối ưu thời gian cũng như kém vệ sinh, vì thế mà việc sử dụng LPG/điện vài năm qua được tăng lên rất đáng nói.

Áp dụng năng lượng mặt trời sấy khô được tăng cường nghiên cứu nhằm đáp ứng những yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt từ trong nước lẫn quốc tế đối với sản phẩm sấy khô Ví dụ, hơn mười năm trước, phơi nắng ngoài trời trên chiếu tre được nông dân áp dụng khắp nơi 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 cách li khỏi các chất gây nhiễm bẩn Vì vậy hầu hết chuối sấy khô đều bị nhiễm vi sinh vật và sâu Thời gian sấy kéo dài với mọi loại sản phẩm được đem phơi (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, Green House Solar Dryer, đó là “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 được bao phủ bởi các tấm3