Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trong sấy nông sản tại tp hcm

Nhiệm vụ thực hiện đề tài: -Tìm hiểu các phương pháp sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời -Phân tích đánh giá hiệu quả mang lại khi áp dụng công nghệ sấy ứng dụng năng lượng mặt trời c

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG SẤY NÔNG SẢN TẠI TP HCM

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS NGUYỄN MẠNH TUÂN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ SẤY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG SẤY NÔNG SẢN TẠI TP HCM

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS NGUYỄN MẠNH TUÂN

PHIẾU ĐĂNG KÝ

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hệ: CQ (CQ, LT, B2, VLVH)

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số trong nhóm: 03)

(1) Nguyễn Gia Luân MSSV: 1811021044 Lớp: 18DDCA2 Điện thoại : 0326496198 Email: gialuan298@gmail.com

(2) Cao Trung Hiếu MSSV: 1811020134 Lớp: 18DDCA2 Điện thoại : 0336624469 Email: caotrunghieu012@gmail.com

(3) Hoàng Minh Tâm MSSV: 1811061019 Lớp: 18DDCA2 Điện thoại : 0355348755 Email: minhtam19987@gmail.com

Chuyên ngành : Điện công nghiệp

2 Tên đề tài đăng ký : Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời

trong sấy nông sản tại TP.HCM

Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến độ và hoàn thành đúng thời hạn

Giảng viên hướng dẫn

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên

GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)

3 Sinh viên thực hiện đề tài

Họ tên : Nguyễn Gia Luân MSSV : 1811021044 Lớp : 18DDCA2

Điện thoại : 0326496198 Email : gialuan298@gmail.com

4 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trong sấy

nông sản tại TP.HCM

5 Nhiệm vụ thực hiện đề tài:

-Tìm hiểu, đánh giá công nghệ sấy hiện hữu của 1 loại nông sản điển hình tại

TP.HCM

-Thực hiện mô hình trình diễn nhà sấy nông sản ứng dụng năng lượng mặt trời

Sinh viên thực hiện

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên

GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)

6 Sinh viên thực hiện đề tài

Họ tên : Cao Trung Hiếu MSSV : 1811020134 Lớp : 18DDCA2 Điện thoại : 0336624469 Email : caotrunghieu012@gmail.com

7 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trong sấy nông sản tại TP.HCM

8 Nhiệm vụ thực hiện đề tài:

-Tìm hiểu các phương pháp sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời

-Phân tích đánh giá hiệu quả mang lại khi áp dụng công nghệ sấy ứng dụng năng lượng mặt trời cho 1 loại nông sản điển hình tại TP.HCM

Sinh viên thực hiện

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh viên

GVHD chuyển cho SV để nộp về VP Viện.)

9 Sinh viên thực hiện đề tài

Họ tên : Hoàng Minh Tâm MSSV : 1811061019 Lớp : 18DDCA2 Điện thoại : 0355348755 Email : minhtam19987@gmail.com

10 Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời trong sấy nông sản tại TP.HCM

11 Nhiệm vụ thực hiện đề tài:

- Tìm hiểu về năng lượng mặt trời

- Tìm hiểu thông tin ứng dụng năng lượng mặt trời trong sấy nông sản trong và ngoài nước

- Đánh giá tiềm năng sử dụng năng lượng mặt trời tại TP.HCM

- Tìm hiểu, đánh giá các phương pháp sấy đang được sử dụng hiện tại

Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 08 năm 2022

(Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Gia Luân

Cao Trung Hiếu

Hoàng Minh Tâm

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập tại trường Đại Học Công Nghệ TP HCM, em đã được các thầy cô giáo giảng dạy tận tình, truyền đạt cho em những kiến thức rất bổ ích để cho em có được những vốn kiến thức rất quan trong cho chuyên ngành của em sau này Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự

hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường cùng quý thầy cô đã tận tâm giảng dạy cho em để giúp em hoàn thành tốt khóa học Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Mạnh Tuân đã hết lòng hỗ trợ, hướng dẫn nhiệt tình trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em xin kính chúc quý thầy cô ngày càng khỏe mạnh để phấn đấu đạt thành tích cao trong công tác giảng dạy Chúc trường Đại Học Công Nghệ TP HCM sẽ mãi

là niềm tin, nền tảng vững chắc cho nhiều thế hệ sinh viên với bước đường học tập

TÓM TẮT

Sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời là một tiềm năng năng lớn và rất phù hợp với điều kiện của nước ta nhưng nó chưa được ứng dụng rộng rãi và phổ biến đối với người dân Sấy năng lượng mặt trời là giải pháp hấp dẫn và hiệu quả để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sấy và góp phần bảo vệ môi trường

Đề tài trình bày thực trạng nông sản tại thành phố Hồ Chí Minh và đánh giá hiệu quả sấy nông sản giữa phương pháp truyền thống và mô hình sấy năng lượng mặt trời để thấy rõ ưu điểm của mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời mang lại đối với môi trường, cơ sở sản xuất và chất lượng sản phẩm

Bằng cách phân tích, xử lý số liệu, kiểm định chất lượng nông sản sau khi sấy của phương pháp truyền thống và mô hình sấy năng lượng mặt trời ta đánh giá được bước đầu ưu điểm của mô hình sấy năng lượng mặt trời Kết quả đánh giá cho thấy sấy nông sản bằng mô hình sấy năng lượng mặt trời tiết kiệm chi phí cho cơ sở sản xuất và chất lượng nông sản cũng tốt hơn

Như vậy, mô hình sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời có khả năng ứng dụng hiệu quả tại TP Hồ Chí Minh Mô hình này không chỉ giảm được chi phí sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn thân thiện với môi trường Đây thực sự là tiềm năng lớn để phát triển phạm vi và số lượng mô hình sấy

ABSTRACT

Solar drying of agricultural products is a great potential and very suitable for the conditions of our country, but has not been widely applied and popularized among the people Solar drying is an attractive and effective solution to improve product quality, reduce drying costs and contribute to environmental protection

The thesis presents the current status of agricultural products in Ho Chi Minh City and evaluates the drying efficiency of agricultural products between the traditional method and the solar drying model to clearly see the advantages of the solar drying model for the environment, production facilities and product quality

By analyzing, processing data, verifying the quality of agricultural products after drying of traditional methods and solar drying models, we can initially assess the advantages of the solar drying model The evaluation results show that drying agricultural products by solar drying model saves costs for production facilities and the quality of agricultural products is also better

Thus, the model of drying agricultural products by solar energy can be effectively applied in Ho Chi Minh City.This model not only reduces drying costs and improves product quality, but is also environmentally friendly This is really great potential to grow the range and number of drying models

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

1.1 Về điện lực 1

1.2 Nguy cơ thiếu hụt năng lượng 2

1.3 Nguồn năng lượng mặt trời 2

1.4 Về sấy 3

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Nội dung nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời (NLMT) 6

1.1.1 Giới thiệu về năng lượng mặt trời (NLMT) 6

1.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để sấy nông sản trong và ngoài nước………9

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TP HỒ CHÍ MINH 12

2.1 Vị trí, địa hình 12

2.2 Khí hậu 13

2.3 Tiềm năng ứng dụng năng lượng mặt trời tại TP Hồ Chí Minh 13

2.4 Đánh giá tình hình phơi sấy nông sản và các phương pháp sấy đang được sử dụng……… 15

2.4.1 Tình hình phơi sấy của một số loại nông sản hiện nay: 15

2.4.2 Phương pháp sấy hiện tại 15

a/ Phương pháp phơi sấy trực tiếp: 16

b/ Phương pháp phơi sấy cưỡng bức với nguồn nhiệt được cấp từ việc đốt nhiên liệu 17

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 22

3.1 Sơ lược về sấy: 22

3.1.1 Sấy trực tiếp: 22

3.1.2 Sấy gián tiếp: 23

3.1.3 Sấy kết hợp giữa gián tiếp và trực tiếp: 24

3.2 Những ưu điểm đối với công nghệ sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời: 25

CHƯƠNG 4: THAM KHẢO CÁC CÔNG ĐOẠN TRIỂN KHAI XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRONG THỰC TẾ 27

4.1 Công đoạn làm nền sàn bê tông: 27

4.2 Công đoạn lắp hệ khung sắt chịu lực: 29

4.3 Công đoạn lắp các xe goong chứa các vỉ phơi: 30

4.4 Công đoạn lợp mái thu hấp thu nhiệt: 30

4.5 Công đoạn lắp hệ thống quạt, điện trở nhiệt: 31

4.6 Công đoạn lắp hệ thống điều khiển: 32

4.7 Mô hình thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời hoàn thiện 32

CHƯƠNG 5: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN MÔ HÌNH CỦA NHÓM 33

5.1 Hoàn thiện khung nhà sấy và khoan, cắt tủ điện 33

Nhà sấy có kích thước : 33

5.2 Khoan cắt và bố trí khí các khí cụ điện bên trong và ngoài tủ 34

5.3 Tiến hành đi dây điện cho tủ 36

5.4 Hướng dẫn sử dụng tủ điện 37

5.4.1 Khởi động 37

5.4.2 Hướng dẫn sử dụng STC-3028 38

5.5 Nguyên lí hoạt động và lưu đồ thuật toán……… ……….……40

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỪ THỰC TẾ 41

6.1 Kết quả 41

6.2 Đánh giá thiết bị sấy ứng dụng năng lượng mặt trời dựa vào những kết quả khảo sát ……… 42

6.2.1 Đánh giá hiệu quả của công nghệ sấy cơm sấy chà bông ứng dụng NLMT……… 43

6.2.2 Đánh giá hiệu quả công nghệ sấy cơm nhãn ứng dụng NLMT: 47

CHƯƠNG 7 : HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

1 Tài liệu tham khảo tiếng Việt 53

2.Website 53

PHỤ LỤC 55

1.Bảng vẽ tủ điện 55

2 Bảng vẽ sơ đồ nguyên lí của mạch điều khiển và động lực……….57

nghiệp Liên Hiệp Quốc

Chromatography

Phương pháp chất lỏng hiệu

nâng cao

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 : Buổi hoạt động diễn đàn năng lượng Việt Nam tại Hà Nội 22-07-2020… 1

Hình 2: Tiềm năng lý thuyết của điện mặt trời ( Nguồn: Trung tâm số liệu khí tượng thủy.)….……….……… ………….…….3

Hình 0.1: Cánh đồng pin mặt trời (Nguồn:Internet)… ……… …7

Hình 1.2 : Máy nước nóng năng lượng mặt trời… ……… …… …8

Hình 1.3 : Bát năng lượng mặt trời dùng để hội tụ nhiệt cho bếp………8

Hình 1.4: Mô hình sấy nhà kín tại Thái Lan….……….………9

Hình 1.5: Tủ sấy bằng năng lượng mặt trời tại Zimbabwe Phương pháp sấy gián tiếp kết hợp đối lưu cưỡng bức (Werner Weiss and Josef Buchinger, 2005)…… 10

Hình 1.6: Thiết bị sấy tỏi bằng năng lượng mặt trời tại xã An Vĩnh, Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi… ……… ……….……….11

Hình 1.7: Thiết bị sấy chitin từ phế liệu tôm bằng năng lượng mặt trời tại Nha Trang………11

Hình 2.1: Bản đồ bức xạ nhiệt các khu vực ở Việt Nam Năng lượng bức xạ nhiệt tại TP Hồ Chí Minh đạt xấp xỉ 4.8 kWh/m 2 /ngày……… 14

Hình 2.2: Phương pháp phơi sấy lúa truyền thống…… …… … ……… 16

Hình 2.3: Phương pháp phơi sấy nhãn ngoài trời truyền thống……… ………16

Hình 2.4: Mô hình sấy nhãn cưỡng bức luồng khí nóng từ đốt Trấu…….………….18

Hình 2.5: Máy sấy Lúa cưỡng bức……….………19

Hình 2.6: Máy sấy Lúa cưỡng bức – quạt……….……… 19

Hình 2.7: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Buồng đốt trấu……….…………20

Hình 2.8: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Bộ trao đổi nhiệt……….……….20

Hình 2.9: Máy sấy Nhãn cưỡng bức……….……….21

Hình 3.1: Phơi sấy nông sản trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời……… 23

Hình 3.2: Sấy nông sản gián tiếp bằng buồng sấy……… ………24

Hình 3.3: Kết hợp giữa trực tiếp và gián tiếp… ………25

Hình 4.1: Công tác định vị, đào móng……….……….27

Hình 4.3: Công tác xây đế móng……….……… 28

Hình 4.4: Công tác chuẩn bị mặt sàn trước khi đổ bê tông……….……….28

Hình 4.5: Nền sàn bê tông hoàn thiện……….……… 29

Hình 4.6: Hệ khung sắt mạ kẽm……….……….29

Hình 4.7: Các xe goong chứa vật liệu sấy……….………30

Hình 4.8: Mái hấp thu nhiệt cho thiết bị sấy……… ……… 31

Hình 4.9: Hệ thống quạt, điện trở cho thiết bị sấy……….……….31

Hình 4.10: Hệ thống điều khiển quá trình hoạt động của thiết bị sấy.……… 32

Hình 4.11: Mô hình nhà sấy hoàn thiện……… ……… 32

Hình 5.1: Khung nhà sấy đang được hoàn thiện…….……… 33

Hình 5.2: Khoan cắt mặt ngoài tủ……… ………34

Hình 5.3: Các khí cụ bên trong tủ điện……….…………35

Hình 5.4: Lắp đặt thiết bị mặt ngoài tủ……… ………… 36

Hình 5.5: Đi dây cho tủ điện……… 36

Hình 5.6: Bảng vẽ mặt ngoài tủ điện………37

Hình 5.7: Giao diện STC-3028……… 38

Hình 5.8: Cài đặt nhiệt độ trên STC-3028……… 39

Hình 5.9: Cài đặt độ ẩm trên STC-3028……….39

Hình 6.1 Mô hình thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời……….42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 6.1 Tính toán chi phí năng lượng khi sấy cơm sấy chà bông bằng than hiện nay………… ………43 Bảng 6.2 Tính toán chi phí năng lượng khi sấy cơm sấy chà bông bằng

NLMT……….…44 Bảng 6.3: Hiệu quả mang lại khi sấy cơm sấy chà bông bằng NLMT………… 46 Bảng 6.4 Tính toán chi phí năng lượng khi sấy cơm nhãn bằng than như hiện nay……… 47 Bảng 6.5: Tính toán chi phí năng lượng khi sấy cơm nhãn bằng NLMT…….…48 Bảng 6.6 Hiệu quả mang lại khi sấy cơm nhãn bằng NLMT……… ………50

19, dự báo nhu cầu tăng trưởng ở mức 6,5% Tuy nhiên giai đoạn 2021-2025 vẫn dự

báo tăng khoảng 8.5%/năm

Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh đến năm 2025, dự kiến nhu cầu công suất nguồn điện của hệ thống phải đạt 96.000 MW Như vậy, trong giai đoạn 2021-

2025, mỗi năm Việt Nam cần bổ sung thêm khoảng 6000 MW Trong khi đó, các nguồn điện năng chủ yếu như nhiệt điện, thủy điện cơ bản đều đã khai thác hết hoặc

có những giới hạn phát triển

Năng lượng bền vững trở thành mối quan tâm chính khi ngày càng nhiều quốc gia trên thế giới đối mặt với nguy cơ thiếu hụt năng lượng Báo cáo “Triển vọng

năng lượng quốc tế 2016” của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ cho thấy, trong vòng 3 thập niên tới, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của thế giới – nhất là các quốc gia châu Á sẽ tăng lên đáng kể (theo bài báo Bức tranh dầu khí toàn cầu trong bối cảnh hiện nay [2] trên web nangluongvietnam)

1.2 Nguy cơ thiếu hụt năng lượng

Trong thế kỷ XX và thập niên đầu của thế kỷ XXI, nguồn năng lượng từ thủy điện đã cơ bản đáp ứng được nhu cầu sử dụng và sản xuất nhưng đến năm 2030, Việt Nam sẽ không còn tiềm năng thủy điện lớn vì đã khai thác hết Trữ lượng than đá cũng đang cạn dần Năm 2015, khả năng khai thác than đá đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử dụng Năm 2020, khả năng khai thác chỉ đáp ứng được 60% và đến năm 2035,

tỉ lệ này chỉ còn 34%

Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến

2030 thì vào năm 2020, Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn 2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng cơ cấu năng lượng điện), năm 2030 sẽ nhập 7.100 MW (chiếm 4,9% tổng cơ cấu năng lượng điện)

Quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng khiến nguồn cung năng lượng đã không bắt kịp cầu Dự báo, nhu cầu năng lượng của Việt Nam các năm 2015-2020-

2030 tăng từ 89.000 MTOE lên 150.000 MTOE và 256.000 MTOE, trong khi khả năng cung ứng chỉ nhích từng chút một: 91.000-96.000 -113.000 MTOE ( theo dữ liệu trên:

https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_%E1%BB

%9F_Vi%E1%BB%87t_Nam )

1.3 Nguồn năng lượng mặt trời

Tiềm năng năng lượng mặt trời có thể khai thác được căn cứ vào bức xạ mặt trời Việt Nam là khu vực có bức xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn và ổn định, đặc biệt là các khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung và miền Nam, Đồng bằng sông Cửu Long Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời

là 4-5kWh/m2 mỗi ngày Theo đánh giá, những vùng có số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm

trở lên thì được coi là có tiềm năng để khai thác sử dụng Đối với Việt Nam, tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng, nhất là các tỉnh phía Nam Tiềm năng lý thuyết điện mặt trời tại Việt Nam được dự tính như bảng sau:

Hình 2: Tiềm năng lý thuyết của điện mặt trời ( Nguồn: Trung tâm số liệu khí

tượng thủy văn, 2014.)

1.4 Về sấy

Sấy là một công đoạn cực kỳ quan trọng được áp dụng trong sản xuất, bảo quản nông sản Hầu hết các sản phẩm nông sản khi mới thu hoạch có độ ẩm từ 70 – 80%, độ ẩm như vậy là quá cao cho quá trình bảo quản lâu dài Ở điều kiện này vi sinh và các loại enzim phát triển rất nhanh làm hư hại cũng như tiêu hao các chất dinh dưỡng có trong nông sản Qúa trình tách ẩm từ sản phẩm sẽ làm chậm tốc độ phát triển của vi sinh, enzim và làm chậm tốc độ nảy mầm Vì vậy, đây là bước cần thiết phải thực hiện khi muốn bảo quản nông sản trong thời gian dài

Trước đây, nông dân phần lớn tự thu hoạch, phơi sấy, bảo quản theo các phương pháp truyền thống cụ thể là hong phơi nắng ngoài sân Phương pháp này đơn giản, ít tốn kém nhưng bị động vào thời tiết, tác động của thời tiết cũng có thể làm nông sản biến màu, thay đổi mùi vị tự nhiên và thay đổi các thành phần dưỡng chất

tự nhiên làm giảm chất lượng sản phẩm Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp truyền thống nên hiện nay có nhiều phương pháp sấy như dùng lò sấy cấp nhiệt

từ nguyên liệu hóa thạch (than, củi,…), điện năng Tuy nhiên, các phương pháp này chi phí nhiên liệu cao và gây ảnh hưởng đến môi trường Các vấn đề đặt ra đối với việc ứng dụng kỹ thuật sấy hiện nay trên thế giới và Việt Nam là nâng cao hiệu quả

sử dụng năng lượng trong quá trình sấy, chất lượng sản phầm sau sấy tốt, giảm chi phí thực hiện quá trình sấy, sử dụng năng lượng tái tạo, giảm thiểu ô nhiễm và thân thiện với môi trường

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá hiệu quả của mô hình sấy ứng dụng năng lượng mặt trời

- Đánh giá chất lượng một số loại nông sản khi sấy bằng phương pháp truyền thống và sấy bằng mô hình sấy ứng dụng năng lượng mặt trời

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Ứng dụng năng lượng mặt trời sấy nông sản tại TP Hồ Chí Minh

4 Nội dung nghiên cứu

- Hiện trạng sấy nông sản tại thành phố Hồ Chí Minh

- Mô tả cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, phương thức vận hành mô hình sấy bằng NLMT

- Tính toán thông số của phương pháp sấy truyền thống và phương pháp sấy bằng NLMT

- So sánh hiệu quả, phân tích chi phí, lợi ích khi sấy một số loại nông sản bằng phương pháp sấy truyền thống và phương pháp sấy bằng NLMT

- So sánh chất lượng nông sản khi sấy bằng phương pháp truyền thống và sấy bằng

mô hình sấy ứng dụng năng lượng mặt trời

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Ý nghĩa khoa học: Hiệu quả của mô hình sấy bằng NLMT đem lại nhiều ưu

điểm nổi trội như thân thiện với môi trường, giảm phát thải khí CO2 vào không khí

và tiết kiệm chi phí nhiên liệu

 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu cho thấy ưu

điểm của mô hình sấy bằng NLMT so với sấy bằng phương pháp truyền thống trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời (NLMT)

1.1.1 Giới thiệu về năng lượng mặt trời (NLMT)

Năng lượng mặt trời (NLMT) – bức xạ từ mặt trời có khả năng sản xuất nhiệt, gây ra các phản ứng hóa học, hoặc tạo ra điện Năng lượng mặt trời (NLMT) cung cấp một nguồn năng lượng sạch và có thể tái tạo Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà Trái Đất nhận được, nhưng cường độ của nó trên bề mặt Trái Đất thực sự khá thấp Khi truyền qua lớp khí quyển bao bọc quanh Trái Đất, các chùm tia bức xạ bị hấp thu và tán xạ bởi tầng ozone, hơi nước và bụi trong khí quyển Ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất bao gồm 50% ánh sáng khả kiến, 45% bức xạ hồng ngoại, một lượng nhỏ tia cực tím và các bức xạ điện từ khác

Tiềm năng về năng lượng mặt trời là rất lớn, vì khoảng 200000 lần tổng công suất sản xuất điện hàng ngày của thế giới được Trái Đất tiếp nhận mỗi ngày dưới dạng năng lượng mặt trời Mặc dù, năng lượng mặt trời là miễn phí, nhưng chi phí cho việc thu thập, chuyển đổi cao Bức xạ mặt trời có thể được chuyển thành năng lượng nhiệt hoặc thành năng lượng điện

Các ứng dụng năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay bao gồm hai lĩnh vực chủ yếu Thứ nhất là năng lượng mặt trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, hay còn gọi là pin mặt trời, các pin mặt trời sản xuất điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng, ở đây, chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt để dùng vào các mục đích khác nhau (Hoàng Dương Hùng và Nguyễn Bốn, 2008) Quang điện phổ biến hơn nhiều đối với các dự án điện quy mô nhỏ hơn (như lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời dân dụng), và thu bức xạ nhiệt mặt trời chỉ sử dụng để sản xuất điện trên quy mô lớn

 Pin mặt trời:

Là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là các nước phát triển Ngày nay con người đã ứng dụng pin mặt trời trong rất nhiều dụng cụ cá nhân như máy tính, đồng hồ và các đồ dùng hàng ngày Pin mặt trời còn dùng để chạy xe ô tô thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đường, đèn sân vườn và sử dụng trong từng hộ gia đình Trên thế giới người ta bắt đầu xây dựng các nhà máy quang điện mặt trời với công suất lớn (Hoàng Dương Hùng và Nguyễn Bốn, 2008)

Hình 0.1: Cánh đồng pin mặt trời (Nguồn:Internet)

Công nghệ pin năng lượng mặt trời từ silicon được phát triển cho tới bây giờ, các nhà sản xuất lớn trên thế giới như Canadian, Sharp, Q-cell, đã cải tiến công nghệ

và nâng mức hiệu suất lên 16-25% và tới gần 40% trong các phòng thí nghiệm Trong tương lai, công nghệ pin mặt trời sẽ tiếp tục được phát triển để khai thác hiệu quả hơn

về nhiều mặt

 Thiết bị nhiệt mặt trời:

Khác với pin mặt trời, thiết bị nhiệt mặt trời nhận bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ năng lượng dưới dạng nhiệt năng Thiết bị nhiệt mặt trời có nhiều loại khác nhau như bộ thu dạng phẳng, bộ thu dạng tháp, bộ thu dạng trũng, bộ thu dạng ống (như minh họa ở hình 1.3),… tùy thuộc vào mục đích sử dụng của chúng

Hình 1.2 : Máy nước nóng năng lượng mặt trời

Hình 1.3 : Bát năng lượng mặt trời dùng để hội tụ nhiệt cho bếp

1.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để sấy nông sản trong, ngoài nước

 Ngoài nước:

Năng lượng mặt trời đã ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển từ cuối thế kỷ Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh Các nước khu vực Châu Á như Ấn Độ, Pakistan, Thái Lan, Campuchia,… đều có các nghiên cứu phát triển mô hình sấy nông sản từ lúa, bắp đến các loại trái cây như mít, thơm,…và rau củ quả,… Đặc biệt tại Thái Lan, nhân rộng các mô hình sấy nông sản từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn, công nghiệp đã được triển khai (Serm Janjai, 2012) Chính phủ Thái Lan xác định, các ứng dụng nhiệt của NLMT là hiệu quả và phù hợp với nhu cầu người dân Mô hình sấy nhà kín tại Thái Lan được thể hiện trong hình

Hình 1.4: Mô hình sấy nhà kín tại Thái Lan

Máy sấy bao gồm mái parabol làm từ polycarbonate Hệ thống có chiều rộng 8.0m, chiều dài 20.0 m và chiều cao 3.5 m (Kích thước hệ thống thay đổi tùy vào khối lượng sấy rau quả) (Serm Janjai, 2012)

Tại Châu Âu, từ năm 2005, cộng đồng chung Châu Âu đã có những chương trình

hỗ trợ ứng dụng sấy bằng NLMT tại nhiều nước như Hà Lan, Đức, Bỉ, Tây Ban Nha

và Ý với việc hình thành lĩnh vực kinh doanh thiết lập hệ thống sấy bằng NLMT hoàn chỉnh với quy mô công nghiệp

Tại Châu Phi, các chương trình hỗ trợ, tài trợ kinh phí từ các tổ chức quốc tế để xây dựng các mô hình trình diễn ứng dụng sấy bằng NLMT để sấy lúa, bắp, rau củ (như minh họa trong hình 1.5) đáp ứng nhu cầu của các nông hộ nghèo được thực hiện thành công tại Nigeria, Zimbabwe,…

Hình 1.5: Tủ sấy bằng năng lượng mặt trời tại Zimbabwe Phương pháp sấy gián tiếp kết hợp đối lưu cưỡng bức (Werner Weiss and Josef Buchinger, 2005)

 Trong nước: Đã có nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh hiệu quả của

các mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời: sấy tỏi tại huyện đảo Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi (như minh họa trong hình 1.6); sấy chitin tại Nha Trang (như minh họa trong hình 1.7);… Các nghiên cứu đều khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng các thiết

bị sấy bằng NLMT, hiệu quả kinh tế và môi trường

Hình 1.6: Thiết bị sấy tỏi bằng năng lượng mặt trời tại xã An Vĩnh, Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Buồng sấy có kích thước trong 4.0m × 3.15m Bộ thu nhiệt có diện tích phẳng 13.68 m 2 , đặt nghiêng một góc 25 0 Năng suất 240 kg/mẻ (Đinh

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI TẠI TP HỒ CHÍ MINH 2.1 Vị trí, địa hình

Lãnh thổ thành phố Hồ Chí Minh có tọa độ địa lý 10°22’33”- 11°22’17” vĩ độ bắc và 106°01’25”-107°01’10” kinh độ đông với điểm cực bắc ở xã Phú Mỹ (huyện Cần Giờ), điểm cực tây ở xã Thái Mỹ (Củ Chi) và điểm cực đông ở xã Tân An (huyện Cần Giờ) Chiều dài của thành phố theo hướng tây bắc – đông nam là 150 km, còn chiều tây – đông là 75 km Trung tâm thành phố cách bờ biển Đông 59 km đường chim bay Thành phố có 12 km bờ biển, cách thủ đô Hà Nội 1.730 km (đường bộ) về phía Nam

Diện tích toàn Thành phố là 2.056,5 km2, trong đó nội thành là 140,3km2, ngoại thành là 1.916,2km2 Độ cao trung bình so với mặt nước biển: nội thành là 5 m, ngoại thành là 16 m

Địa hình thành phố Hồ Chí Minh phần lớn bằng phẳng, có ít đồi núi ở phía Bắc

và Đông Bắc, với độ cao giảm dần theo hướng Đông Nam Nhìn chung có thể chia địa hình thành phố Hồ Chí Minh thành 4 dạng chính có liên quan đến chọn độ cao bố trí các công trình xây dựng: dạng đất gò cao lượn sóng (độ cao thay đổi từ 4 đến 32

m, trong đó 4 – 10 m chiếm khoảng 19% tổng diện tích Phần cao trên 10 m chiếm 11%, phân bố phần lớn ở huyện Củ Chi, Hóc Môn, một phần ở Thủ Đức, Bình Chánh); dạng đất bằng phẳng thấp (độ cao xấp xỉ 2 đến 4 m, điều kiện tiêu thoát nước tương đối thuận lợi, phân bố ở nội thành, phần đất của Thủ Đức và Hóc Môn nằm dọc theo sông Sài Gòn và nam Bình Chánh chiếm 15% diện tích); dạng trũng thấp, đầm lầy phía tây nam (độ cao phổ biến từ 1 đến 2 m, chiếm khoảng 34% diện tích); dạng trũng thấp đầm lầy mới hình thành ven biển (độ cao phổ biến khoảng 0 đến 1

m, nhiều nơi dưới 0 m, đa số chịu ảnh hưởng của thuỷ triều hàng ngày, chiếm khoảng 21% diện tích)

Thành phố Hồ Chí Minh có diện tích gần 209.600 ha, gồm 19 quận và 5 huyện ngoại thành Đất nông nghiệp gần 104.000 ha, chiếm gần 50% tổng diện tích toàn thành phố, trong đó đất sản xuất nông nghiệp khoảng 56.700 ha, đất lâm

nghiệp 36.300 ha, đất nuôi trồng thuỷ sản 9.400 ha, còn lại là đất làm muối

Nhìn chung, địa hình thành phố Hồ Chí Minh không phức tạp, song cũng khá

đa dạng, có điều kiện để phát triển nhiều mặt

2.3 Tiềm năng ứng dụng năng lượng mặt trời tại TP Hồ Chí Minh

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, quanh năm nóng, ẩm, có chế độ nhiệt tương đối cao và bức xạ dồi dào Nhiệt độ trung bình của thành phố Hồ Chí Minh qua các năm biến động từ 27.30C – 28.40C Bức xạ mặt trời (như minh họa trong hình 1.8) trên địa bàn tương đối cao, bình quân số giờ nắng trong một ngày là 7.5 giờ Thời gian chiếu sáng bình quân năm đạt 2,550 – 2,700 giờ/năm Bức xạ quang hợp bình quân hàng năm đạt 79,600 cal/m2 Năng lượng bức xạ mặt trời bình quân đạt xấp xỉ 4.8 kWh/m2/ngày (Nguyễn Xuân Trung và Đinh Vương Hùng, 2015) Thành phố Hồ Chí Minh có lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 1,581 kWh/m2/năm, cao nhất là 6.3 kWh/m2/ngày vào tháng 2 và thấp nhất là 3.3

kWh/m2/ngày vào tháng 7 Vào mùa khô, số giờ nắng lên tới 300 giờ và đối với mùa mưa số giờ nắng chỉ khoảng 150 giờ

Hình2.1: Bản đồ bức xạ nhiệt các khu vực ở Việt Nam Năng lượng bức xạ nhiệt

tại TP Hồ Chí Minh đạt xấp xỉ 4.8 kWh/m 2 /ngày

Cường độ bức xạ mặt trời trung bình của thành phố Hồ Chí Minh khá cao, cùng với điều kiện dồi dào về nhiệt và nắng nên thành phố Hồ Chí Minh có nhiều tiềm năng trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng thay thế trong công tác sấy sản phẩm nông sản Tuy nhiên, các công nghệ sấy nông sản của người dân cho hiệu suất thấp, chất lượng sản phẩm không đồng đều, và chưa đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Chính vì vậy, để cải thiện các yếu tố trên thì ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy nông sản là một tiềm năng góp phần tiết kiệm chi phí năng lượng bảo vệ môi trường, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm tạo niềm tin cho người tiêu dùng

2.4 Đánh giá tình hình phơi sấy nông sản và các phương pháp sấy đang được

sử dụng

2.4.1 Tình hình phơi sấy của một số loại nông sản hiện nay:

- Phơi sấy lúa: Lúa được trồng với diện tích lớn và cho sản lượng nhiều Do đó việc

phơi sấy lúa được thực hiện đến nay đa số sử dụng phương pháp phơi trực tiếp dưới nắng hoặc sấy cưỡng bức với nhiên liệu là trấu Và công suất sấy một mẻ sấy của

bà con khá lớn trung bình khoảng từ 100-150 tấn/mẻ

- Phơi sấy nhãn: Nhãn được sơ chế và sấy phần cơm nhãn Đa số sử dụng phương

pháp sấy cưỡng bức với nhiên liệu là trấu, củi, than đá Chi phí sấy khá cao do yêu cầu sấy thời gian dài, hệ thống lò sấy hiệu suất thấp, đòi hỏi nhiều nhân công cho các công đoạn sơ chế nông sản trước sấy

- Phơi sấy khoai lang: đối với Khoai lang, hiện nay chưa có cơ sở thực hiện phơi sấy

thành sản phẩm khoai lang sấy Có thể do chưa được chú ý mở rộng thị trường khoai lang chế biến Tuy nhiên, sản phẩm khoai lang sấy có nhu cầu tiêu thụ ở trong nước

và ngoài nước ngoài ra đã có sản phẩm Khoai lang sấy của nước ngoài nhập vào Việt nam, nên ta cần xem xét khả năng và sự cần thiết áp dụng sấy bằng năng lượng mặt trời để tạo ra sản phẩm khoai lang sấy

2.4.2 Phương pháp sấy hiện tại

Hiện nay phương pháp sấy hiện tại của địa phương đa số là phơi sấy truyền thống trực tiếp dưới mặt trời và cưỡng bức luồng khí nóng với nguồn nhiệt được cấp

từ việc đốt nhiên liệu trấu, củi, than đá,

a/ Phương pháp phơi sấy trực tiếp:

Hình 2.2: Phương pháp phơi sấy lúa truyền thống

Hình 2.3: Phương pháp phơi sấy nhãn ngoài trời truyền thống

Với phương pháp này, sản phẩm sấy sẽ nhận trực tiếp bức xạ mặt trời và thoát hơi ẩm ra môi trường xung quanh Có 2 dạng sấy bằng NLMT:

- Hong phơi nắng

- Thông qua một lớp bao phủ trong suốt, lớp này sẽ bảo vệ nông sản sấy khỏi bụi, mưa và các hiện tượng tự nhiên khác – có thể gọi đây là phương pháp sấy thụ động

rộng nhận bức xạ mặt trời Quá trình sấy kéo dài khá lâu tới khi đạt được độ ẩm yêu cầu Bề mặt đặt sản phẩm phơi sấy làm bằng xi măng hoặc các vật liệu bắt nhiệt tốt Phương pháp này thường được dùng để sấy các loại ngũ cốc Vì đối với các loại nông sản này, quá trình sấy có thể chấp nhận kéo dài từ 10 tới 30 ngày (tuỳ loại) mà ít (hoặc không) làm ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sản phẩm Đây là phương pháp đơn giản nhất để sấy nông sản

Đối với phương pháp phơi sấy trực tiếp thì có các ưu điểm:

- Chất lượng sản phẩm cuối cùng dựa vào quan sát chủ quan của con người

- Chất lượng sản phẩm cuối cùng không thể điều khiển một cách khoa học được

- Số lượng sản phẩm có thể bị suy hao do tấn công của chim, động vật và gặm nhấm

- Không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm do các tác động của mưa, bụi…

- Hiệu quả sấy thấp

- Tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời có thế làm bề mặt sản phẩm bị nung nóng mạnh làm biến màu sản phẩm, biến đổi các tính chất hoá lý của sản phẩm, thất thoát dinh dưỡng (ví dụ: vitamin…) và bản thân sản phẩm sẽ không được sấy đều

b/ Phương pháp phơi sấy cưỡng bức với nguồn nhiệt được cấp từ việc đốt nhiên liệu

Phương pháp sấy cưỡng bức luồng khí nóng với nguồn nhiệt được cấp từ việc đốt nhiên liệu, hiện tại có một số ưu điểm như sau:

- Tận dụng nhiên liệu sinh học, chất phụ phẩm của sản xuất nông nghiệp

- Nguồn năng lượng xanh (Trấu – Biomass)

- Tiết kiệm chi phí – do đây là mô hình cải tạo

Hình 2.4: Mô hình sấy nhãn cưỡng bức luồng khí nóng từ đốt Trấu

Buồng đốt Trấu Luồng khí

nóng

Hình 2.5: Máy sấy Lúa cưỡng bức

Hình 2.6: Máy sấy Lúa cưỡng bức – quạt

Hình 2.7: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Buồng đốt trấu

Hình 2.8: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Bộ trao đổi nhiệt

Hình 2.9: Máy sấy Nhãn cưỡng bức

Tuy nhiên vì hệ thống sấy được tự chế tạo, cải tạo chấp vá và không chuyên biệt do đó còn tồn động một số khuyết điểm như sau:

- Hiệu suất năng lượng thấp (thất thoát nhiệt qua lớp vỏ khuôn sấy, nhiệt lượng thoát ra không được tái sử dụng…)

- Khó kiểm soát về tính đồng đều chất lượng sau sấy của nông sản (nông sản được đặt một cách ngẫu nhiên, không sắp xếp, chồng lấp lên nhau)

- Tốn chi phí nhân công (đảo nông sản, bổ sung nhiên liệu đốt…)

- Vệ sinh an toàn thực phẩm kém (hơi nóng đưa vào sấy chưa được cách ly với tro bay tạo ra từ việc đốt nhiên liệu)

Với các đánh giá về ưu khuyết điểm của các phương pháp sấy hiện tại cho thấy nhu cầu cần có một mô hình sấy mới là cần thiết