Ở các vùng sâu, vùng xa, kém phát triển, việc tách vỏ ca cao thường thực hiện thủ công bằng công cụ cầm tay như dao, rựa. Điều này vừa tốn thời gian, công sức, vừa gây nguy hiểm cho người lao động, nhóm nghiên cứu phân tích.
Nhưng việc áp dụng giải pháp cơ học để giải quyết hạn chế này, gặp nhiều thách thức. Nguyên nhân chủ yếu do chi phí vận hành cao, khả năng tiếp cận điện hạn chế, đặc biệt ở các vùng nông thôn trồng ca cao không có lưới điện.
Hệ thống đề xuất ban đầu được mô phỏng bằng MATLAB/Simulink, sau đó được xác thực bằng thiết lập thử nghiệm. Ngoài các tấm pin quang điện, thiết kế còn bao gồm một bộ pin GEL lai, một bộ điều khiển sạc và một động cơ DC.
Máy tách vỏ ca cao cơ học được giả định tiêu thụ 4.720,463 Wh/ngày. Máy được mô phỏng hoạt động bằng 5 tấm pin quang điện đơn tinh thể, mỗi tấm có công suất 275 W. Chúng được kết nối thành chuỗi song song, đạt tổng công suất mảng là 1.375 W.
Dựa trên dữ liệu từ Cơ quan khí tượng Ghana (GMA), lượng bức xạ mặt trời trung bình được đặt ở mức kWh/m2 mỗi ngày với nhiệt độ tối thiểu và tối đa lần lượt là 24 độ C và 41,6 độ C.
Bộ pin bao gồm 10 pin GEL lai, mỗi pin 100 Ah, với độ phóng điện 80%, tạo ra dung lượng 867,732 Ah. Hai pin nối tiếp đủ để cung cấp điện áp cho động cơ chính hoạt động, trong khi bốn cặp pin còn lại được kết nối nối tiếp và song song.
Bộ điều khiển sạc được thiết lập ở điện áp 24 V, trong khi động cơ DC có công suất 1,3 mã lực. Thiết lập thử nghiệm chủ yếu gồm các thành phần tương tự và được lắp đặt tại Kumasi, miền trung Ghana. Mảng pin mặt trời được lắp đặt với độ nghiêng 15°.
Kết quả cho thấy, hệ thống chứng minh khả năng cung cấp năng lượng ổn định cho máy, đủ dùng trong ba ngày vận hành, đồng thời sản xuất 5.843,75 Wh/ngày, vượt 23,7% so với nhu cầu 4.720,46 Wh/ngày của máy. Hiệu suất thực tế phù hợp với dự đoán mô phỏng, khẳng định tính khả thi của hệ thống.
Các nhà khoa học cũng nhận thấy, thiết lập thử nghiệm có hiệu suất tách lên đến 98,92%. Tỉ lệ hư hỏng hạt là 1,03% với công suất 60 quả ca cao/phút. Việc tích hợp năng lượng tái tạo giúp cải thiện tính bền vững, giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, góp phần đạt Mục tiêu phát triển bền vững trong cơ giới hóa nông nghiệp sau thu hoạch, họ kết luận.
Nghiên cứu này có trong bài báo “Thiết kế và tích hợp hệ thống quang điện mặt trời để tách vỏ ca cao cơ giới và bền vững”, công bố trên tạp chí Solar Compass. Nghiên cứu này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học mỏ và công nghệ Ghana và Đại học khoa học và công nghệ Kwame Nkrumah.