Conception, fabrication et investigation expérimentale d’un dispositif de stockage d’énergie thermique par matériau à changement de phase couplé avec un séchoir solaire de type serre

Abstract

جذب تخزين الطاقة الحرارية في المجففات الشمسية مؤخرًا اهتمامًا متزايدًا لأن توفر الطاقة الشمسية متقطع. حاولت الدراسة بشكل أساسي حل مشكلة أن المجففات الشمسية تعمل بكفاءة فقط عندما يكون هناك طاقة شمسية كافية. لذلك، تم تضمين وسيلة إضافية لتوفير الحرارة بحيث يمكن أن يكون التجفيف مستمرًا طوال الليل. في هذا المشروع الرئيسي، نقترح نظامًا جديدًا لتخزين الطاقة الحرارية، يعتمد على تخزين الحرارة الكامنة المدمجة في المجفف الشمسي شبه المنحرف من نوع الدفيئة. تم استخدام شمع البارافين كمواد لتغيير الطور (PCM). في هذا السياق، تم تصميم وبناء ودمج جهاز التخزين الحراري MCP في المجفف الشمسي المباشر من نوع الدفيئة شبه المنحرف. أجريت الدراسة التجريبية وتصميمها وتنفيذها في مركز تنمية الطاقات المتجددة / وحدة البحوث التطبيقية للطاقات المتجددة بغرداية. تم استخدام كمية 10 كجم من شمع البرافين (MCP) لتخزين الطاقة الحرارية. تمت تعبئة الأخير في 40 علبة ألمنيوم بقطر 60 مم وبطول 120 مم بسعة 330 مل (باستثناء مساحة تغيير الطور). تم تسجيل درجات الحرارة في مواقع مختلفة على الفور خلال أشهر مارس وأبريل ومايو 2022. تم ضبط تدفق كتلة الهواء أثناء التجربة على 70 كجم / ساعة تم إجراء اختبارات مختلفة لتقييم أداء النموذج الأولي الجديد لنوع الدفيئة شبه المنحرف المباشر. مجفف شمسي مع جهاز تخزين حراري متكامل MCP. تم تحليل النتائج التي تم الحصول عليها تجريبياً بناءً على اختلاف درجات الحرارة في مواقع مختلفة من النموذج الأولي كدالة للوقت. ظلت درجة الحرارة الأساسية للنموذج الأولي الجديد أعلى من درجة حرارة الغلاف الجوي خلال منتصف النهار من 10 إلى 30 درجة مئوية. تم أيضًا تقييم أداء المجفف باستخدام نبات عشبي و Moringa. بالنسبة للاختبارات المختلفة التي تم إجراؤها ، تضمنت معايير الأداء التي تم الاحتفاظ بها للتقييم محتوى الماء وحركية التجفيف والانتشار الفعال. تم استخدام عشرة نماذج رياضية لوصف حركية التجفيف للنبتة الوردية والمورينجا. أظهرت النتائج أن نماذج Midilli-Kucuket ذات المصطلحين هي الأنسب لوصف حركيات التجفيف الشمسي للبيتيرويال والمورينغا في نموذجين أوليين من الصوبة الزجاجية والمجففات الشمسية المباشرة شبه المنحرفة مع جهاز MCP متكامل وكذلك للتجفيف الشمسي في الهواء الطلق.

Le stockage d'énergie thermique dans les séchoirs solaires a récemment suscité un intérêt croissant car la disponibilité de l'énergie solaire est intermittente. L'étude a principalement tenté de résoudre le problème selon lequel les séchoirs solaires ne fonctionnent efficacement que lorsqu'il y a suffisamment d'énergie solaire. Par conséquent, un moyen supplémentaire de fournir de la chaleur a été inclus afin que le séchage puisse être rendu continu pendant la nuit. Dans ce projet de master, nous proposons un nouveau système de stockage d’énergie thermiques, basés sur le stockage de la chaleur latente intégré au séchoir solaire de type serre trapézoïdal. La cire de paraffine wax a été utilisée comme Matériaux à Changement de Phase (MCP). Dans ce contexte, un dispositif de stockage thermique MCP a été conçu, construit et intégré dans le séchoir solaire direct de type serre trapézoïdal. L'étude expérimentale a été menée, conçue et réalisée au Centre de Développement des Energies Renouvelables / Unité de Recherche Appliquée aux Energies Renouvelables, Ghardaïa. Une quantité de 10 kg de paraffine wax (MCP) a été utilisée pour le stockage d’énergie thermique. Cette dernière a été remplie dans 40 canettes en aluminium de 60 mm de diamètre ayant une longueur de 120 mm d'une capacité de 330 ml (à l'exclusion de l'espace pour le changement de phase). Les températures à différents endroits ont été enregistrées instantanément durant le mois de mars, d’avril et de mai 2022. Le débit massique d'air pendant l'expérimentation est fixé à 70 kg /h Différents tests ont été effectués pour évaluer les performances de nouveau prototype de séchoir solaire direct de type serre trapézoïdal avec le dispositif de stockage thermique MCP intégré. Les résultats obtenus expérimentalement ont été analysé en se basant sur la variation des températures à différents endroits du prototype en fonction de temps. La température de centre de nouveau prototype est restée supérieure de 10 à 30°C à celle de l'atmosphère pendant la mi-journée. Les performances du séchoir ont également été évaluées en utilisant de la menthe pouliot et de Moringa. Pour les différents essais réalisés, les paramètres de performance retenus pour l'évaluation incluaient la teneur en eau, la cinétique de séchage et la diffusivité effective. Dix modèles mathématiques ont été utilisés pour décrire la cinétique de séchage de la menthe pouliot et de moringa. Les résultats ont montré que les modèles deMidilli-Kucuket Two-Terms étaient les plus adaptés pour décrire la cinétique de séchage solaire de la menthe pouliot et de moringa dans les deux prototypes de séchoir solaire direct de types serre et trapézoïdal avec dispositif MCP intégré ainsi que pour le séchage solaire à air libre.