بررسی عملکرد حرارتی خشک‌کن خورشیدی گلخانه‌ای مجهز به سلول‌های فتوولتائیک و ماده تغییرفازدهنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

هدف پژوهش حاضر بررسی عملکرد حرارتی سیستم خشک‌کن خورشیدی گلخانه‌ای مجهز به سلول‌های فتوولتائیک و ماده تغییرفازدهنده می‌باشد. معادلات حاکم بر مسئله توسط نوشتن تعادل انرژی برای اجزا مختلف سیستم شامل مدول فتوولتائیک، هوای محفظه گلخانه‌ای، محصول، صفحه جاذب و ماده تغییرفازدهنده به دست آمده است. از یک مدل تجربی برای محاسبه توان الکتریکی مدول فتوولتائیک استفاده شده است. به منظور محاسبه پارامتر‌های حرارتی و الکتریکی سیستم شامل دمای سلول خورشیدی، دمای هوای محفظه گلخانه‌ای، دمای محصول، دمای ماده تغییرفازدهنده، دمای صفحه جاذب و توان الکتریکی، معادلات حاکم بر عملکرد سیستم توسط روش‌های عددی حل شده است. همچنین رابطه‌ای برای بازده کلی انرژی سیستم معرفی شده است. نتایج مدل‌سازی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده‌های تجربی گذشتگان می‌باشد. نتایج به‌دست‌آمده برای یک روز نمونه شهر زاهدان نشان می‌دهد که ماده تغییرفازدهنده با ذخیره حرارت اتلافی سیستم در طول روز و با پس‌دادن آن در طول شب امکان ادامه فرایند خشک‌کردن محصول در شب هنگام به خوبی فراهم می‌آورد به نحوی که میزان تبخیر کلی در حدود 38/76% افزایش می‌یابد. حداکثر بازده انرژی سیستم در حدود 15% است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Thermal performance evaluation of a greenhouse solar dryer equipped with photovoltaic cells and phase change material

نویسندگان [English]

  • Vahid Fahmideh 1
  • Faramarz Sarhaddi 1
  • Mahdi Hedayatizadeh 2
  • Fatemeh Sobhnamayan 1
1 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 University of Birjand
چکیده [English]

The purpose of the present study is to investigate the performance evaluation of a greenhouse solar dryer equipped with photovoltaic cells and phase change material. The governing equations of problem are obtained by writing the energy balance for the various components of the system including photovoltaic module, greenhouse chamber air, crop, absorber plate and phase change material. In order to calculate the thermal and electrical parameters of the system including photovoltaic cell’s temperature, the temperature of greenhouse chamber air, crop temperature, phase change material temperature, absorber plate temperature and electrical power, the governing equations on the system performance are solved by numerical methods. Also, a relation for the overall energy efficiency of the system is introduced. The modeling results of the present study are in good agreement with the experimental data of the previous literature. The results obtained for the typical day of Zahedan show that the phase change material by storing the system loss heat during the day and releasing it at night enables the crop drying process to continue well into the night so that the overall evaporation rate increases by about 38.76%. The maximum energy efficiency of the system is about 15%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Greenhouse solar dryer
  • Photovoltaic cell
  • Phase change material
  • Energy efficiency

مراجع

[1]  C. Tiris, N. Ozbalta, M. Tiris, I. Dincer, Experimental testing of a new solar dryer, International Journal of Energy Research, 18 (1994) 483-490.
[2]  A. El-Sebaii, A. Al-Ghamdi, F. Al-Hazmi, A.S. Faidah, Thermal performance of a single basin solar still with PCM as a storage medium, Applied Energy, 86(7-8) (2009) 1187-1195.
[3]  K. Lutz, W. Mühlbauer, J. Müller, G. Reisinger, Development of a multi-purpose solar crop dryer for arid zones, Solar & Wind Technology, 4(4) (1987) 417-424.
[4]  P. Barnwal, G.N. Tiwari, Grape drying by using hybrid photovoltaic-thermal (PV/T) greenhouse dryer: An experimental study, Solar Energy, 82 (2008) 1131-1144.
[5] F. Berroug, E. Lakhal, M. El Omari, M. Faraji, H. El Qarnia, Thermal performance of a greenhouse with a phase change material north wall, Energy and Buildings, 43(11) (2011) 3027-3035.
[6] A. Elkhadraoui, S. Kooli, I. Hamdi, A. Farhat, Experimental investigation and economic evaluation of a new mixed-mode solar greenhouse dryer for drying of red pepper and grape, Renewable Energy, 77 (2015) 1-8.
[7] S. Tiwari, G.N. Tiwari, Exergoeconomic analysis of photovoltaic-thermal (PVT) mixed mode greenhouse solar dryer, Energy, 114 (2016) 155-164.
[8] S. Tiwari, G.N. Tiwari, I.M. Al-Helal, Performance analysis of photovoltaic–thermal (PVT) mixed mode greenhouse solar dryer, Solar Energy, 133 (2016) 421-428.
[9]  N. Mehla, A. Yadav, Energy and exergy analysis of a PCM-based solar powered winter air conditioning using desiccant wheel during nocturnal, International Journal of Sustainable Engineering, 11(1) (2018) 54-64.
[10] E. Baniasadi, S. Ranjbar, O. Boostanipour, Experimental investigation of the performance of a mixed-mode solar dryer with thermal energy storage, Renewable Energy, 112 (2017) 143-150.
[11] W. Wang, M. Li, R.H.E. Hassanien, Y. Wang, L. Yang, Thermal performance of indirect forced convection solar dryer and kinetics analysis of mango, Applied Thermal Engineering, 134 (2018) 310-321.
[12] V.M. Swami, A.T. Autee, T. Anil, Experimental analysis of solar fish dryer using phase change material, Journal of Energy Storage, 20 (2018) 310-315.
[13] A. Bhardwaj, R. Kumar, R. Chauhan, Experimental investigation of the performance of a novel solar dryer for drying medicinal plants in Western Himalayan region, Solar Energy, 177 (2019) 395-407.
[14] M. Simo-Tagne, A. Zoulalian, R. Rémond, Y. Rogaume, Mathematical modelling and numerical simulation of a simple solar dryer for tropical wood using a collector, Applied Thermal Engineering, 131 (2018) 356-369.
[15] A. Djebli, S. Hanini, O. Badaoui, B. Haddad, A. Benhamou, Modeling and comparative analysis of solar drying behavior of potatoes, Renewable Energy, 145 (2020) 1494-1506.
[16] Z. Azaizia, S. Kooli, I. Hamdi, W. Elkhal, A.A. Guizani, Experimental study of a new mixed mode solar greenhouse drying system with and without thermal energy storage for pepper, Renewable Energy, 145 (2020) 1972-1984.
[17] O.C. Aja, H.H. Al-Kayiem, Z.A. Abdul Karim, Analytical investigation of collector optimum tilt angle at low latitude, Journal of Renewable and Sustainable Energy, 5 (2013) 63112-63129.
[18] M.E. A. Slimani, M. Amirat, I. Kurucz, S. Bahria, A. Hamidat, W. B. Chaouch, A detailed thermal-electrical model of three photovoltaic/thermal (PV/T) hybrid air collectors and photovoltaic (PV) module: Comparative study under Algiers climatic conditions, Energy Conversion and Management, 133 (2017) 458-476.
[19] S. Nayak, G. Tiwari, Theoretical performance assessment of an integrated photovoltaic and earth air heat exchanger greenhouse using energy and exergy analysis methods, Energy and Buildings, 41(8) (2009) 888-896.
[20] M. Irani, F. Sarhaddi, A. Behzadmehr, Thermal analysis of a solar wall equipped to nano phase change material, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 51 (4) (2019) 1-12 (In Persian).
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 53، شماره 5 (Special Issue)
مرداد 1400
صفحه 3367-3384

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار