淺談太陽能烘干技術(shù)

蔡學(xué)斌　王希卓

摘要：清潔、環(huán)保、可再生的太陽能日益引起世界的廣泛關(guān)注。本文首先介紹目前太陽能資源利用現(xiàn)狀及特點，隨后介紹了最新太陽能烘干技術(shù)及設(shè)備。

關(guān)鍵詞：太陽能烘干

引言

太陽能資源的特征是清潔、無污染，到達地球表面的太陽輻射總功率巨大并取之不盡，但另一方面卻是它的分散性和間歇性。所謂分散性是指太陽能在地球表面到處可得，但它的輻射度低，到達地球表面的太陽輻照度的最大值小于1000W／m2，年曝輻量因地而異，其最大值也只有2500kWh／m2*a左右。太陽輻照度的間歇性源于地球繞太陽的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。因此，太陽能利用裝置要求有足夠的采光面積，而且還需其他能源作備用、補充或設(shè)置儲能系統(tǒng)。

1太陽能資源利用

1.1國外太陽能資源利用現(xiàn)狀

目前太陽能的開發(fā)與利用已經(jīng)成為日益關(guān)注的熱點，其中主要集中在太陽能熱利用與太陽能發(fā)電等領(lǐng)域。在太陽能熱利用方面，太陽能熱水器及熱水系統(tǒng)得到了較為普遍的應(yīng)用，太陽能熱水器主要供應(yīng)生活和洗浴熱水。在歐洲、澳大利亞等國，太陽能熱水系統(tǒng)主要是作為輔助能源與常規(guī)能源系統(tǒng)聯(lián)合運行，既能供應(yīng)生活和洗浴熱水，還為建筑供暖：在美國，太陽能熱水器主要用于游泳池的加熱。

太陽能發(fā)電主要包括太陽能熱發(fā)電與太陽能光伏發(fā)電等形式。首先，太陽能熱發(fā)電主要指聚光類太陽能熱發(fā)電，是利用聚光集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)持續(xù)發(fā)電的技術(shù)。其次，通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)，即太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.2國內(nèi)太陽能資源利用現(xiàn)狀

首先，太陽能熱利用是一種可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍、最現(xiàn)實、最有前途，最有可能替代化石能源消耗的太陽能利用方式與技術(shù)之一。我國太陽能熱利用工程主要包括太陽熱水、太陽房、太陽灶、采暖與空調(diào)、制冷、太陽能干燥、海水淡化和工業(yè)用熱等領(lǐng)域。其中太陽能熱水器在我國得到了快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，但產(chǎn)品質(zhì)量總體水平不高，目前太陽能熱水器生產(chǎn)企業(yè)有3000多家，大量作坊式企業(yè)生產(chǎn)使得市場上近70％太陽能產(chǎn)品在冬天存在安全隱患，消費者總體滿意率只有33％至54％。

其次，我國太陽能發(fā)電領(lǐng)域起步較早，在國際市場和國內(nèi)政策的拉動下，我國已成為世界三大光伏電池生產(chǎn)國之一，電池效率達到了21％。但我國太陽能發(fā)電技術(shù)存在3大問題：一是我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的硅材料主要依靠進口，特別是多晶硅原料嚴(yán)重依賴進口；二是我國太陽能產(chǎn)業(yè)，尤其是光伏產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)及制造裝備主要在國外。研究表明，專利主要集中于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)專利申請多以實用新型與外觀設(shè)計為主，專利質(zhì)量與創(chuàng)新水平不容樂觀；發(fā)明專利權(quán)人主要是科研機構(gòu)與高校，作為技術(shù)創(chuàng)新主體的企業(yè)卻因為參與不夠或缺乏創(chuàng)新能力而未能成為發(fā)明專利的真正創(chuàng)新主體：三是我國絕大部分的光伏產(chǎn)品都出口到歐美及日本等國外市場，國內(nèi)對太陽能光伏的應(yīng)用也主要集中在農(nóng)村電氣化和離網(wǎng)型太陽能光伏產(chǎn)品，真正并網(wǎng)型太陽能光伏市場目前還遠未形成。

2太陽能烘干技術(shù)

2.1太陽能烘干技術(shù)必要性

第一，我國是個農(nóng)業(yè)大國，糧食產(chǎn)量已超5億噸，蔬菜產(chǎn)量已達7億多噸。我國約有80％的糧食、果蔬等農(nóng)產(chǎn)品儲存在農(nóng)村，貯藏與加工技術(shù)手段普遍落后，導(dǎo)致大量的農(nóng)產(chǎn)品資源白白浪費，未能創(chuàng)造社會財富，也減少了農(nóng)民收入。我國農(nóng)產(chǎn)品的損失率大大高于世界平均水平，據(jù)統(tǒng)計，我國糧食生產(chǎn)后損失占糧食總產(chǎn)量的12％～15％，果蔬產(chǎn)后損失率20％~30％；而發(fā)達國家農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失率很低，如糧食損失率控制在1％以下，果蔬在1.7％～5％。

第二，能源緊張是我國乃至世界性資源短缺問題，這是不可抗拒的問題。因地制宜開創(chuàng)太陽能在農(nóng)產(chǎn)品加工中的工業(yè)化應(yīng)用，實現(xiàn)節(jié)能減排，保護生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計，脫水果蔬時除去1公斤的水，需要0.57公斤的標(biāo)準(zhǔn)煤(7000千卡／公斤標(biāo)準(zhǔn)煤)：每消耗1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，小鍋爐要向外排放12公斤的二氧化硫、1.5噸的二氧化碳、15公斤的煙塵和260公斤左右灰渣。

2.2太陽能烘干設(shè)備

(1)混聯(lián)式太陽能果蔬烘干機

此套設(shè)備由農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院研制，主要由進風(fēng)筒、太陽能集熱器、導(dǎo)風(fēng)筒、支撐架、離心式風(fēng)機、電控裝置、換熱裝置、頂升車、載料車等組成，其工作原理是冷空氣經(jīng)過太陽能集熱器后被加熱，經(jīng)過導(dǎo)風(fēng)筒后，由離心式風(fēng)機送入干燥室，使得空氣與被烘干物料間產(chǎn)生溫差與相對濕度差，從而加速物料水分?jǐn)U散蒸發(fā)，達到干制的目的。混聯(lián)式太陽能果蔬烘干機可以烘干散粒狀、穗狀、條狀、片狀等物料。

該技術(shù)裝備集隧道式和箱式干燥于一體，采用太陽能熱風(fēng)控溫干燥原理。主要利用太陽能集熱板采集熱量，加熱空氣；采用超聲波清洗、臭氧殺菌、護綠促干等技術(shù)對干燥原料進行清洗、殺菌、護綠、促干等前處理；通過變頻調(diào)速風(fēng)機將熱空氣送入干燥系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品干燥。具有節(jié)能減排，大大縮短干制周期，改善作業(yè)環(huán)境，無污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境效益顯著。

(2)“日光溫室+高效集熱器+濕差通風(fēng)排濕”型太陽能果蔬烘干設(shè)備

此套設(shè)備是甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所經(jīng)多年集成創(chuàng)新研究成功，核心是利用日光溫室屋面+太空管集熱器及水循環(huán)換熱器，解決太陽能接收、轉(zhuǎn)化和蓄能問題；通過濕差通風(fēng)排濕系統(tǒng)充分利用西部地區(qū)干燥空氣資源，解決冬季、夜間及陰天的輔助加熱問題。

太陽能烘干車間采用陽光板采光斜屋面，輕質(zhì)鋁合金支架，其余部分采用磚混結(jié)構(gòu)，車間寬度5～6.5m為宜。集熱器選用桑普太空管，太空管集熱面積與車間采光層面面積比例1：2～2.5較為經(jīng)濟。物料架為不銹鋼網(wǎng)盤式結(jié)構(gòu)，每組設(shè)三層，高度1.7m。層間距0.5m，可裝載果蔬物料30～50kg。其工作原理為：太陽能集熱器接收太陽能后轉(zhuǎn)換釋放給傳熱介質(zhì)水，水吸熱后經(jīng)車間大面積的片式散熱器將熱量釋放于車間，散熱后的水繼續(xù)進入室內(nèi)蓄熱水箱持續(xù)散發(fā)余熱，然后經(jīng)循環(huán)泵強制壓入太陽能集熱器繼續(xù)吸熱，周而復(fù)始完成太陽能的吸收、轉(zhuǎn)換、釋放全過程循環(huán)。車間控制系統(tǒng)由配備具有可編程邏輯控制器(PLC)的工控機、控制柜、室內(nèi)外溫濕度傳感器、循環(huán)風(fēng)機和MCGS組態(tài)全自動控制系統(tǒng)組成，可全天候同時控制、監(jiān)測、記錄和處理脫水車間實時溫度、濕度等參數(shù)。

(3)太陽能與熱風(fēng)爐混合干燥設(shè)備

此套設(shè)由寧夏大學(xué)研制，可用于干燥果蔬各種產(chǎn)品。熱源主要由1 OOm 2集熱板提供，熱風(fēng)爐為輔助。物料從一側(cè)由小車送入，一次裝入量為10000～20000kg，最高溫度可達到80~C，平均耗煤量在20～70kg／h，干燥周期為35h。

(4)太陽能配高溫?zé)岜米钥馗稍锓?/p>

此套設(shè)備由福建圣元太陽能科技有限公司研制，干燥房尺寸為：長×寬×高=4000mm×2500mm×3000mm，配備10m2太陽能集熱器和l臺YG-KRK，14Ⅱ高溫?zé)岜煤娓蓹C，最高溫度可達85~C。按全年290天晴天，75天陰天來計算，太陽能配高溫?zé)岜酶稍锓磕赀\行費用與電加熱相比，可節(jié)約用電總量為30181kWh，約21126元，節(jié)約比高達94.56％。

3結(jié)束語

太陽能資源利用已由技術(shù)開拓期步入蓬勃發(fā)展時代，把豐富太陽能資源和農(nóng)產(chǎn)品加工進行有機結(jié)合，不僅節(jié)約化石能源，實現(xiàn)零排放，減少農(nóng)產(chǎn)品腐爛損失，而且提高農(nóng)產(chǎn)品加工制品的質(zhì)量。