New Generation Eco Dryer Design with Solar Energy Assisted Energy Storage

Yıl 2024, Cilt: 27 Sayı: 6, 2297 - 2312

Zafer Deniz , Mustafa Aktaş , Yaren Güven , Buğra Şensoy

https://doi.org/10.2339/politeknik.1443193

Öz

In this study, an eco-drying system is designed in which only solar energy is used, energy is stored and waste heat in the system is recovered. In this design where the operating mode is determined by controlling the temperature and relative humidity according to the type of product to be dried, the defects that may occur in the product and the drying time can be reduced with the determined mode. With different operating modes, maximum benefit from solar energy will be provided, and when solar energy is not utilized, both energy saving and CO2 emissions will be reduced by using the stored energy. With the new generation eco-drying system, the continuity of the drying process will be ensured and energy efficiency will be increased with waste heat support. By continuing the drying process even when the sun is intermittent, the desired quality of the dried product can be obtained with the support of solar energy. The new generation eco dryer, which has an environmentally friendly and sustainable structure, will contribute to the realization of the goals of the Paris Climate Agreement by reducing the carbon footprint.

Anahtar Kelimeler

Solar energy, industrial drying, energy storage, heat recovery, energy efficiency

Güneş Enerjisi Destekli Enerji Depolamalı Yeni Nesil Eko Kurutucu Tasarımı

Öz

Gerçekleştirilen bu çalışmada sadece güneş enerjisinin kullanıldığı, enerjinin depolandığı ve sistemdeki atık ısının geri kazanıldığı bir eko kurutma sistemi tasarlanmıştır. Kurutulacak ürün türüne göre sıcaklık ve bağıl nem kontrolü yapılarak çalışma modunun belirlendiği bu tasarımda, belirlenen mod ile üründe oluşabilecek kusurlar ve kurutma süresi azaltılabilecektir. Farklı çalışma modları ile güneş enerjisinden maksimum fayda sağlanacak, güneş enerjisinden yararlanılmadığı zamanlarda ise depolanan enerjinin kullanımı ile hem enerji tasarrufu sağlanacak hem de CO2 salımı azaltılacaktır. Yeni nesil eko kurutma sistemi ile kurutma işleminin devamlılığı sağlanarak, atık ısı desteğiyle enerji verimliliği arttırılacaktır. Güneşin kesikli olduğu zamanlarda da kurutma devam ettirilerek güneş enerjisi desteğiyle arzu edilen kalitede kurutulmuş ürün elde edilebilecektir. Çevreci ve sürdürülebilir bir yapıya sahip olan yeni nesil eko kurutucu, karbon ayak izini küçülterek Paris İklim Anlaşması’nın hedeflerinin gerçekleşmesine katkı sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler

Güneş enerjisi, endüstriyel kurutma, enerji depolama, ısı geri kazanımı, enerji verimliliği

Kaynakça

• [1] Çay, V. V., Koçyiğit, F., Akyüz, M. K., Koçyiğit, Ş., “Güneş Enerjisi Destekli Kurutma Sistemleri ve Tarımda Kullanımı”, International Engineering Conference, 302-314, Antalya, Türkiye, (2017).
• [2] Yıldız, G., Gürel, A. E., “PV/T Sistemler: Tipleri, Avantajları ve Uygulamaları”, TTMD Dergisi, Temmuz-Ağustos, 30-38, (2019).
• [3] Şener, M., “Etkin Bı̇r Havalı Güneş Kolektörünün Tasarımı ve Optı̇mı̇zasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Hitit Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Çorum, (2013).
• [4] Hou, L., Quan, Z., Zhao, Y., Wang, L., Wang, G., “An Experimental and Simulative Study on A Novel Photovoltaic-Thermal Collector with Micro Heat Pipe Array (MHPA-PV/T)”, Energy and Buildings, 124: 60–69, (2016).
• [5] Canlı, M. E, “Güneş Işınımı Altında Faz Değiştiren Malzemenin Isı Depolama Davranışının Deneysel İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (2017).
• [6] Dinçer, İ., Rosen, A., “Thermal Energy Storage Systems and Applications”, John Wiley & Sons, 54-55, (2002).
• [7] Konuklu, Y., “Mikrokapsüllenmiş Faz Değiştiren Maddelerde Termal Enerji Depolama ile Binalarda Enerji Tasarrufu”, Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, (2008).
• [8] Demirbağ, S., Alay Aksoy, S., “İnorganik Madde İlave Edilerek Geliştirilmiş Termal Stabiliteye Sahip Isı Depolama Özellikli Mikrokapsül Üretimi ve Karakterizasyonu”, Tekstil ve Mühendis, 20(92): 27-35, (2013).
• [9] Özdemir, Ç. Ö., Akgün, H., Özkan, A., Günkaya, Z., Banar, M., “Termal Enerji Depolamada Polimer-Nano Malzeme Katkılı Parafin Vakstan Üretilen Faz Değişim Malzemeleri Üzerine Bir Değerlendirme”, Bursa Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 27(2): 877-896, (2022).
• [10] Sharma, A., Chen, C. R., Vu Lan, N., “Solar-Energy Drying Systems: A Review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 (6–7): 1185–1210, (2009).
• [11] Onat, A., “Kırmızı Biberin Havalı Güneş Kollektörleri ile Kurutulması”, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2002).
• [12] Güngör, A., Özbalta, N., “Güneş Enerjili Kurutma Teknolojileri ve Uygulamalarda Gelişmeler”, 8. Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, Bildiriler Kitabı, Mersin, (2019).
• [13] Ceylan, İ., Yilmaz, S., İnanç, Ö., Ergün, A., Gürel, A. E., Acar, B., Aksu, A. İ., “Determination of the Heat Transfer Coefficient of PV Panels”, Energy, 175: 978–985, (2019).
• [14] Kabul, A., Yaşar, E., “Fotovoltaik/Termal (PV/T) Hibrit Sistemlerin Soğutma Tekniklerinin Deneysel Olarak İncelenmesi”, SDU International Journal of Technological Science, 9(1): 17–32, (2017).
• [15] Kazem, H. A., “Evaluation and Analysis of Water-Based Photovoltaic/Thermal (PV/T) System”, Case Studies In Thermal Engineering, 13: 100401, (2019).
• [16] Ceylan, İ., Gürel, A. E., Demircan, H., Aksu, B., “Cooling of a Photovoltaic Module with Temperature Controlled Solar Collector”, Energy and Buildings, 72: 96–101, (2014).
• [17] Preet, S., Bhushan, B., Mahajan, T., “Experimental Investigation of Water Based Photovoltaic/Thermal (PV/T) System with and without Phase Change Material (FDM)”, Solar Energy, 155: 1104–1120, (2017).
• [18] Hosseinzadeh, M., Sardarabadi, M., Passandideh-Fard, M., “Energy and Exergy Analysis of Nanofluid Based Photovoltaic Thermal System Integrated with Phase Change Material”, Energy, 147: 636–647, (2018).
• [19] Nabhan, B. J., “Using Nanoparticles for Enhance Thermal Conductivity of Latent Heat Thermal Energy Storage”, Journal of Engineering, 21(6): 37–51, (2015).
• [20] Cellura, M., Ciulla, G., Lo Brano, V., Marvuglia, A., Orioli, A., “A Photovoltaic Panel Coupled with A Phase Changing Material Heat Storage System in Hot Climates”, PLEA 2008 – 25th Conference on Passive and Low Energy Architecture, 22–27, Dublin, (2008).
• [21] Stropnik, R., Stritih, U., “Increasing the Efficiency of PV Panel with the Use of PCM”, Renewable Energy, 97: 671–679, (2016).
• [22] Browne, M. C., Norton, B., McCormack, S. J., “Heat Retention of a Photovoltaic/Thermal Collector with PCM”, Solar Energy, 133: 533–548, (2016).
• [23] Bhardwaj, A. K., Kumar, R., Kumar, S., Goel, B., Chauhan, R., “Energy and Exergy Analyses of Drying Medicinal Herb in a Novel Forced Convection Solar Dryer Integrated with SHSM and PCM”, Sustainable Energy Technologies and Assessments, 45: 101119, (2021).
• [24] Shalaby, S. M., Bek, M. A., “Experimental Investigation of a Novel Indirect Solar Dryer Implementing PCM as Energy Storage Medium”, Energy Conversion and Management, 83: 1–8, (2014).
• [25] El Khadraoui, A., Bouadila, S., Kooli, S., Farhat, A., Guizani, A., “Thermal Behavior of Indirect Solar Dryer: Nocturnal Usage of Solar Air Collector with PCM”, Journal of Cleaner Production, 148: 37–48, (2017).
• [26] Le, V. V., Le, T. H., Nguyen, T. P., Duong, X. Q., “A Review of Solar Dryer with Phase Change Material as Sensible Heat Storage Mediums”, Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 44 (7): 202–214, (2021).
• [27] Essalhi, H., Benchrifa, M., Tadili, R., Bargach, M. N., “Experimental and Theoretical Analysis of Drying Grapes Under An Indirect Solar Dryer and in Open Sun”, Innovative Food Science and Emerging Technologies, 49: 58–64, (2018).
• [28] Chaatouf, D., Salhi, M., Raillani, B., Amraqui, S., Mezrhab, A., “Assessment of a Heat Storage System within an Indirect Solar Dryer to Improve the Efficiency and the Dynamic Behavior”, Journal of Energy Storage, 41: 102874, (2021).
• [29] Jain, D., Tewari, P., “Performance of Indirect Through Pass Natural Convective Solar Crop Dryer with Phase Change Thermal Energy Storage”, Renewable Energy, 80: 244–250, (2015).
• [30] Günerhan, H., Hepbaşlı, A.,“Utilization of Basalt Stone as a Sensible Heat Storage Material”, Energy Source, 27: 1357-1366, (2005).
• [31] Alay, S., Göde, F., Alkan, C., “Isıl Enerji Depolama İçin Poli(Etil Akrilat)/Hekzadekan Mikrokapsüllerin Üretilmesi ve Karakterizasyonu”, Teknolojik Araştırmalar Dergisi, 3: 33-46, (2009).
• [32] Utlu, Z., Aydın, D., Kıncay, O., “Yeşil Bina Uygulamalarında Gizli Isı Depolama Sistemlerinin Kullanılabilirliğinin Araştırılması”, Tesisat Mühendisliği, 144: 61-68, (2013).
• [33] Lefebvre, D., Tezel, F. H., “A Review of Energy Storage Technologies with a Focus on Adsorption Thermal Energy Storage Processes for Heating Applications", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67: 116-125, (2017).
• [34] Esen, M., Ayhan, T., “Development of A Model Compatible with Solar Assisted Cylindrical Energy Storage Tank and Variation of Stored Energy with Time for Different Phase Change Materials”, Energy Conversion and Management, 37(12): 1775-1785, (1996).
• [35] Esen, M., Durmuş, A., Durmuş, A., “Geometric Design of Solar-Aided Latent Heat Store Depending on Various Parameters and Phase Change Materials”, Solar Energy, 62(1): 19-28, (1998).
• [36] Esen, M., “Thermal Performance of A Solar-Aided Latent Heat Store Used for Space Heating by Heat Pump”, Solar Energy, 69(1): 15-25, (2000).
• [37] Zhang, X., Zhao, X., Smith, S., Xu, J., Yu, X., “Review of R&D Progress and Practical Application of the Solar Photovoltaic/Thermal (PV/T) Technologies”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1): 599-617, (2012).
• [38] Ammar, A. A., Sopian, K., Alghoul, M. A., Elhub, B., Elbreki, A. M., “Performance Study on Photovoltaic/Thermal Solar-Assisted Heat Pump System”, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 136: 79–87, (2019).
• [39] Al-Waeli, A. H. A., Sopian, K., Chaichan, M. T., Kazem, H. A., Hasan, H. A., Al-Shamani, A. N., “An Experimental Investigation of SiC Nanofluid as a Base-Fluid for a Photovoltaic Thermal PV/T System”, Energy Conversion and Management, 142: 547-558, (2017).
• [40] Kalogirou, S. A., “Solar Energy Engineering Processes and Systems”, Academic Press, 166-174, (2009).
• [41] Gürbüz, H., Ateş, D., “Egzoz Gazlarını Kullanan Termal Enerji Depolama Sisteminde RT35 Parafin Mumunun Erime ve Katılaşma Süreçlerinin Sayısal Analizi”, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9(2): 520-534, (2021).
• [42] Özdemir, M. B., Yatarkalkmaz, M. M., “Kayısı Kurutma İçin Düz ve Hapsedici Yüzeyli Güneş Destekli Kurutma Sistemlerinin Mukayese Edilmesi”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(4): 803-813, (2018).
• [43] Polat, T., Aktaş, M., Şahin, H. M., “Güneş Enerjisi ve Isı Pompalı Bir Kurutma Sistemi ile Çam Fıstığı Kozalağı Kurutulması”, Politeknik Dergisi, 15(1): 1-7, (2012).
• [44] Memur, E., “Güneş Enerjili Gıda Kurutucusu Tasarımı ile Kurutma Performans Değerlendirmeleri”, YEKARUM, 7(2): 48-57, (2022).
• [45] Aktaş, M., Kara, M. Ç., “Güneş Enerjisi ve Isı Pompalı Kurutucuda Dilimlenmiş Kivi Kurutulması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(4): 733-741, (2013).
• [46] Akman, H., Çerçi, K. N., Hürdoğan, E., Büyükalaca, O., “Güneş Enerjisi Destekli Bir Kurutma Sisteminin Tasarımı, İmalatı ve İlk Ölçüm Sonuçlarının Değerlendirilmesi”, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(1): 1-9, (2018).
• [47] Amin, Z., Yüksel, G., Salihoğlu, G., Salihoğlu, N.K., “Güneş Enerjili Kurutma Sistemlerinde Parafin Kullanılarak Boya Çamurunun Kurutulması”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(1): 231-241, (2021).
• [48] Sarı, E., Güven, Y., Aktaş, M., “Güneş Enerjili Eko Tasarım Kereste Kurutma Sistemi”, Politeknik Dergisi. https://doi.org/10.2339/politeknik.1299114
• [49] Arslan, E., Aktaş, M., “4E Analysis of Infrared-Convective Dryer Powered Solar Photovoltaic Thermal Collector”, Solar Energy, 208: 46-57, (2020).
• [50] Dolgun, E. C., Karaca, G., Aktaş, M., “Analysis of Intermittent Infrared Drying Using Heat Recovery with a Novel Control Methodology”, Journal of Food Process Engineering, 43(10): 13491, (2020).