Work has been conducted on the design and implementation of a forage drying prototype for cold and humid climates, where spring and autumn cuts take longer to dry naturally, resulting in reduced product quality and delayed growth of the subsequent cut. The goal is to accelerate the drying process at the lowest possible cost. To date, industrial drying equipment relies on expensive fossil fuels, which contribute to pollution and decrease the profitability of the crop.
An economic evaluation has been conducted comparing three drying systems with different configurations: diesel-powered (DDS), grid-powered (GDS), and photovoltaic-powered (PVDS). The latter introduces significant technological innovations, including a standalone photovoltaic system (operating without batteries or grid support) and heat pump technology optimized to dry recirculated air, reducing electricity consumption by 52% compared to a diesel air heater or an electric resistance heater. Key performance indicators such as Profitability Index (PI), Internal Rate of Return (IRR), Payback Period (PBP), and Levelized Cost of Energy (LCOE) have been calculated. All indicators demonstrate good profitability across the three technologies (PI values range from 6.78 to 10.11, IRR values from 24% to 37%, and PBP between 3 and 4 years). However, PVDS offers clear economic advantages: its PI and IRR are over 40% higher, PBP is 25% shorter, and LCOE savings range from 40% to 47% compared to the other configurations.
The drying process has been characterized in terms of time and energy consumption. The PV system performance ratio (PRPV), which evaluates the photovoltaic system’s efficiency during periods when PV energy can be utilized by the heat pump unit, showed values of 0.82 and 0.85comparable to a grid-connected PV system with good performance. Drying times ranged from 1 to 5 hours, and specific energy consumption per liter of water removed was between 0.7 and 1.46 kWh/l, comparable to traditional systems powered by diesel or grid electricity.
Overall, the PVHP drying technology has proven effective for drying alfalfa bales in a region with warm and humid climatic conditions, using 100% renewable energy and without the need for batteries. This technology offers economic savings of up to 40% in terms of LCOE compared to diesel-powered systems.
RESUMEN
Se ha estado trabajando en el diseño e implementación de un prototipo de secado de forrajes en climas fríos y húmedos, dónde los cortes de primavera y otoño, tardan en secarse de modo natural, reduciéndose la calidad del producto y retrasando del crecimiento del siguiente corte. Se busca acelerar el secado, con el menor coste. Hasta hoy, los equipos industriales de secado funcionan con costosos combustibles fósiles, contaminando y reduciendo la rentabilidad del cultivo.
Se ha realizado una evaluación económica comparando los tres sistemas de secado con diferentes configuraciones: diésel (DDS), red eléctrica (GDS) y alimentado por energía fotovoltaica (PVDS). Esta última, introduce importantes innovaciones tecnológicas (sistema fotovoltaico autónomo, sin baterías ni soporte de red) y con la tecnología de bomba de calor utilizada (optimizada para secar el aire recirculado, lo que reduce el consumo eléctrico un 52%, comparado con un calentador de aire a diésel o una resistencia eléctrica). Se ha calculado el Índice de Rentabilidad (PI), la Tasa Interna de Retorno (IRR), el Periodo de Recuperación de la Inversión (PBP) y el Costo Nivelado de Energía (LCOE). Todos los indicadores muestran buenas rentabilidades para las tres tecnologías (los valores de PI varían entre 6.78 y 10.11, los de IRR entre 24% y 37%, y los PBP están entre 3 y 4 años), pero el PVDS ofrece claras ventajas económicas: su PI y IRR son más de un 40% superiores, el PBP es un 25% más corto y los ahorros en LCOE, en comparación con las otras dos configuraciones, representan entre un 40% y un 47%.
Se ha caracterizado el proceso de secado en términos de tiempo y consumo de energía. El PRPV, que evalúa el rendimiento del sistema fotovoltaico únicamente durante los periodos en los que la energía PV puede ser utilizada por la unidad HP, presentó valores de 0.82 y 0.85, comparables a los de un sistema fotovoltaico conectado a la red con buen rendimiento. Los tiempos de secado variaron entre 1 y 5 horas, y el consumo específico de energía por litro de agua extraída estuvo entre 0.7 y 1.46 kWh/l, comparables a los sistemas tradicionales alimentados por diésel y electricidad de red.
En términos generales, esta tecnología de secado PVHP ha demostrado ser efectiva para secar fardos de alfalfa en una región con condiciones climáticas cálidas y húmedas, utilizando energía 100% renovable y sin necesidad de baterías. Generando ahorros económicos de hasta un 40% en términos de LCOE en comparación con los sistemas alimentados por diésel.
Work has been conducted on the design and implementation of a forage drying prototype for cold and humid climates, where spring and autumn cuts take longer to dry naturally, resulting in reduced product quality and delayed growth of the subsequent cut. The goal is to accelerate the drying process at the lowest possible cost. To date, industrial drying equipment relies on expensive fossil fuels, which contribute to pollution and decrease the profitability of the crop.
An economic evaluation has been conducted comparing three drying systems with different configurations: diesel-powered (DDS), grid-powered (GDS), and photovoltaic-powered (PVDS). The latter introduces significant technological innovations, including a standalone photovoltaic system (operating without batteries or grid support) and heat pump technology optimized to dry recirculated air, reducing electricity consumption by 52% compared to a diesel air heater or an electric resistance heater. Key performance indicators such as Profitability Index (PI), Internal Rate of Return (IRR), Payback Period (PBP), and Levelized Cost of Energy (LCOE) have been calculated. All indicators demonstrate good profitability across the three technologies (PI values range from 6.78 to 10.11, IRR values from 24% to 37%, and PBP between 3 and 4 years). However, PVDS offers clear economic advantages: its PI and IRR are over 40% higher, PBP is 25% shorter, and LCOE savings range from 40% to 47% compared to the other configurations.
The drying process has been characterized in terms of time and energy consumption. The PV system performance ratio (PRPV), which evaluates the photovoltaic system’s efficiency during periods when PV energy can be utilized by the heat pump unit, showed values of 0.82 and 0.85comparable to a grid-connected PV system with good performance. Drying times ranged from 1 to 5 hours, and specific energy consumption per liter of water removed was between 0.7 and 1.46 kWh/l, comparable to traditional systems powered by diesel or grid electricity.
Overall, the PVHP drying technology has proven effective for drying alfalfa bales in a region with warm and humid climatic conditions, using 100% renewable energy and without the need for batteries. This technology offers economic savings of up to 40% in terms of LCOE compared to diesel-powered systems.
RESUMEN
Se ha estado trabajando en el diseño e implementación de un prototipo de secado de forrajes en climas fríos y húmedos, dónde los cortes de primavera y otoño, tardan en secarse de modo natural, reduciéndose la calidad del producto y retrasando del crecimiento del siguiente corte. Se busca acelerar el secado, con el menor coste. Hasta hoy, los equipos industriales de secado funcionan con costosos combustibles fósiles, contaminando y reduciendo la rentabilidad del cultivo.
Se ha realizado una evaluación económica comparando los tres sistemas de secado con diferentes configuraciones: diésel (DDS), red eléctrica (GDS) y alimentado por energía fotovoltaica (PVDS). Esta última, introduce importantes innovaciones tecnológicas (sistema fotovoltaico autónomo, sin baterías ni soporte de red) y con la tecnología de bomba de calor utilizada (optimizada para secar el aire recirculado, lo que reduce el consumo eléctrico un 52%, comparado con un calentador de aire a diésel o una resistencia eléctrica). Se ha calculado el Índice de Rentabilidad (PI), la Tasa Interna de Retorno (IRR), el Periodo de Recuperación de la Inversión (PBP) y el Costo Nivelado de Energía (LCOE). Todos los indicadores muestran buenas rentabilidades para las tres tecnologías (los valores de PI varían entre 6.78 y 10.11, los de IRR entre 24% y 37%, y los PBP están entre 3 y 4 años), pero el PVDS ofrece claras ventajas económicas: su PI y IRR son más de un 40% superiores, el PBP es un 25% más corto y los ahorros en LCOE, en comparación con las otras dos configuraciones, representan entre un 40% y un 47%.
Se ha caracterizado el proceso de secado en términos de tiempo y consumo de energía. El PRPV, que evalúa el rendimiento del sistema fotovoltaico únicamente durante los periodos en los que la energía PV puede ser utilizada por la unidad HP, presentó valores de 0.82 y 0.85, comparables a los de un sistema fotovoltaico conectado a la red con buen rendimiento. Los tiempos de secado variaron entre 1 y 5 horas, y el consumo específico de energía por litro de agua extraída estuvo entre 0.7 y 1.46 kWh/l, comparables a los sistemas tradicionales alimentados por diésel y electricidad de red.
En términos generales, esta tecnología de secado PVHP ha demostrado ser efectiva para secar fardos de alfalfa en una región con condiciones climáticas cálidas y húmedas, utilizando energía 100% renovable y sin necesidad de baterías. Generando ahorros económicos de hasta un 40% en términos de LCOE en comparación con los sistemas alimentados por diésel. Read More
Related posts:
Economic Assessment of a PV-HP System for Drying Alfalfa in The North of Spain
Technical Evaluation of a Stand-Alone Photovoltaic Heat Pump Dryer without Batteries
Achieving sustainability in heat drying processing: Leveraging artificial intelligence to maintain food quality and minimize carbon footprint