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Experimental investigation of thermal performance evaluation and thermodynamic analysis of domestic box type solar cooker with inclined aperture area

F. Yettou 1, A. Gama 1, N.L. Panwar 2, A. Malek 3 and B. Azoui 4

1 Unité de Recherche Appliquée en Energies Renouvelables, URAER, Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER, 47133, Ghardaïa, Algeria.
2 Department of Renewable Energy Engineering, Maharana Pratap University of Agriculture and Technology, Udaipur, Rajasthan 313001, India.
3 Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER, 16340 Bouzareah, Algiers, Algeria.
4 Laboratoire de Recherche LEB, Département d’Electrotechnique, Université Hadj Lakhdar, Rue Boukhlouf Med ElHadi, 05000, Batna, Algeria.

Abstract

In this paper, the thermal performances of a box solar cooker were rated with F1 and F2 parameters as per Mullick’s procedure [1], the efficiency of the cooker was evaluated using energy and exergy analysis. The solar cooker was designed with an inclined aperture area, realized and experimentally tested at Applied Research Unit on Renewable Energies of Ghardaïa (32.39 °N, 3.78 °E, 463 m), Algeria. The developed cooker is equipped with one reflector mirror on its lid. The experiments have been carried out with the cooker empty, filled with one or two liters of water from 08:00 to 15:00 solar time, the thermal profiles of various components of the cooker were assessed at Ghardaïa site Sahara climatic conditions on clear days in both winter and summer months. According to the values of two figures of merits suggested by International Standards and evaluated by the experimental studies, the configuration with an inclined aperture area of the cooker resulted in good cooking performances, especially in winter when the sun’s elevation is low ; keeping the realized cooker performances in range of the international standard tests. The results of this study indicate also that the average daily energy and exergy efficiency of the realized cooker was 16.2 % and 0.90 % respectively, during the experimental period, which indicate a significant difference between the results of energy and exergy analyses. Thus developing such a box solar cooker can improve the efficiency of the design and use a position of the system to prepare food in a shorter time.

Résumé

Dans cet article, les performances thermiques d’un cuiseur solaire ont été évaluées en utilisant les paramètres F1 et F2 conformément à la procédure de Mullick. Le rendement du cuiseur a été évalué en effectuant une analyse énergétique et exergétique. Le cuiseur solaire a été conçu avec une zone d’ouverture inclinée, et a été réalisé et testé expérimentalement au niveau de l’Unité de Recherche Appliquée en Energies Renouvelables (URAER) de Ghardaia (32.39 °N, 3.78 °E, 463 m). Le cuiseur est équipé d’un miroir sur son couvercle. Les expériences ont été réalisées avec le cuiseur vide, ou contenant un ou deux litres d’eau, de 08:00 à 15:00 heure solaire. Les profils thermiques des différents constituants du cuiseur ont été évalués dans des conditions climatiques saharienne, avec ciel dégagé, au niveau de Ghardaia, en hiver et en été. Selon deux figures suggérées par des standards internationaux, et évaluées par des études expérimentales, la configuration avec ouverture inclinée possède les meilleures performances, particulièrement en hiver quand l’élévation du soleil est faible. Ceci a permis de maintenir les performances du cuiseur dans la gamme des standards internationaux. Les résultats de cette étude indiquent que les rendements énergétiques et exergétique du cuiseur réalisé étaient respectivement de 16.2 % et 0.90 % durant la période d’expérimentation. Ces résultats indiquent qu’il existe des différences significatives entre les analyses énergétiques et exergétiques. Ainsi, le développement d’un tel cuiseur solaire peut améliorer le rendement et utiliser la position du système pour la préparation de nourriture plus rapidement.

Keywords

Solar radiation - Box solar cooker - Figure of merits - Energy and exergy efficiencies - Inclined aperture area.

Experimental investigation of thermal performance evaluation and thermodynamic analysis of domestic box type solar cooker with inclined aperture area
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