分析太阳能干燥技术及问题

0前言 　　新能源和可再生能源的开发和利用已经成为全球性的重大课题。太阳能是新能源和可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广的清洁能源，我国太阳能热利用经过多年的发展最为广泛、迅速的产业。目前，我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产和应用国，前几年以每年20％～35％的速度递增。 　　2014年太阳能集热系统保有量达到4.14亿m2（289520MWth），国家能源局给光热产业提出十三五期间我国光热产业的保有量最低要达到8 亿平方米的目标，这是光热产业首次被提到国家政策决策层面进行讨论。国家发改委日前发布相关通知指出，获得批准的太阳能工业热利用项目将可享受中央补贴，而作为太阳能工农业利用方式之一的太阳能干燥技术和应用必将得到大力推广，本文就太阳能干燥的原理、分类、优势、应用及存在的问题进行相关阐述，并给出了解决存在问题的几种方案。 　　1太阳能干燥 　　利用太阳能进行物品的干燥，是太阳能热利用的方式之一，太阳能干燥是指利用太阳辐射能、太阳能干燥装置进行干燥作业，可称为主动式太阳能干燥。具有干燥周期短、效率高、产品品质好等优点。太阳能干燥技术的应用范围有了进一步扩大，已从食品、农副产品，扩大到木材、中药材、工业产品等，太阳能干燥器主要是应用于工农业生产方面。 　　2太阳能干燥原理 　　太阳能干燥的过程，就其机理来说，它是利用太阳能的辐射能先转变成热能后再使物料中水分汽化，并扩散到空气中的过程，也就是一个“脱水”的传热传质过程。太阳能干燥是使被干燥物料直接吸收太阳能或通过太阳空气集热器所加热的空气，进行对流传热，间接地吸收太阳能，物料表面获得热能后，再传至物料内部，水分从物料的内部以液态或汽态方式扩散，透过物料层而达到表面，然后通过物料表面的气膜而扩散到热汽流中，通过这样的传热传质过程，使物料逐步脱水干燥。太阳能烟叶热烘干系统烤房如图1所示。 图1太阳能烟叶热烘干系统烤房 　　3太阳能干燥分类 　　太阳能干燥技术和装置按接受太阳能及能量输入方式主要分四种类型：温室型、集热器型、集热器———温室型和整体式。此外，根据热空气的流动方式，我们还可以把太阳能干燥装置分为自然循环式和强制循环式。 　　3.1温室型太阳能干燥器 　　温室型太阳能干燥器的结构与栽培农作物的温室相似，温室即为干燥室，待干物料置于温室内，直接吸收太阳辐射，温室内的空气被加热升温，物料脱去水分，达到干燥目的。温室型太阳能干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大的空气，缩短物料干燥周期，这种干燥器结构简单、造价低廉、在农村被广泛应用。 　　3.2集热器型太阳能干燥器 　　集热器型太阳能干燥器是太阳能空气集热器与干燥室组合而成的干燥装置，这种干燥器利用集热器把空气加热60℃～70℃，然后通入干燥室，物料在干燥室内实现对流热质交换过程，达到干燥目的。 　　3.3集热器———温室型太阳能干燥器 　　温室型太阳能干燥器结构简单、效率较高，缺点是干燥室温升较小，在干燥含水率高的物料时（如蔬菜、水果等），温室型干燥器所获得的能量不足以在较短的时间内使物料干燥至安全含水率以下。为增加能量以保证被干物料的干燥质量，在温室外增加一部分太阳能集热器，就组成了集热器———温室型太阳能干燥装置。 　　3.4整体式太阳能干燥器 　　整体式太阳能干燥器将太阳能空气集热器与干燥室两者合并成为一个整体。装有物料的料盘排列在干燥室内，物料直接吸收太阳辐射能，起吸热板的作用，空气则由于温室效应而被加热。干燥室内安装轴流风机，使空气在两列干燥室中不断循环，并上下穿透物料层，使物料表面增加与热空气接触的机会。 　　4 太阳能干燥的应用 　　在我国，太阳能干燥技术是一个新发展起来的产业，具有非常广阔的应用领域和良好的市场前景。太阳能干燥在农副产品方面的应用较多，如蔬菜、水果、挂面、烟叶、木材、中草药材、人参、鹿茸等产品的干燥，在水产方面有鱼、虾类、贝类等。在轻工产品方面有蚕丝、橡胶、唐三彩瓷器、制鞋等产品的干燥，另外山西陈醋、东北发酵大酱等方面也都可以利用太阳能进行干燥，同时在这些方面已取得了积极的应用成果。天津大港油田团泊洼农场建立的650m2太阳能干燥装置如图2所示 图2天津大港油田团泊洼农场建立的650m2太阳能干燥装置 　　5太阳能干燥存在的问题 　　尽管太阳能是取之不尽用之不竭的，但是，太阳能属间歇性能源，能流密度低，日照较好的地方，地面上一平方米的面积所能接收的能量只有1 千瓦左右，要想满足使用要求，往往需要相当大的采光面积，从而使装置面积大、用料多、成本增加；同时，太阳能受天气的影响较大，给使用太阳能带来很多麻烦，对于太阳能干燥来说，势必造成初期投资较高、系统不稳定、干燥周期长等问题，要解决这些问题，可以从以下几个方面考虑。 　　5.1太阳能中低温储能 　　对于太阳能干燥应用领域，需要中低温储能，就是把太阳辐射能采集转换成中低温的热能后储存起来，在太阳能不足时再释放出来，以满足生产（或生活）中连续稳定的需求，对于太阳能干燥来说，储能装置也是非常需要的，这就需要研发或采用储能材料，最好是相变储能材料，利用一种物质的相变（多为固态和液态之间的转变）来达到储存或释放大量热能，这种储能物质要求具有储能容量高、循环性好、储存和释放能量速度快等特点，这样就可以将白天多余的太阳能以中低温品质的热能储存起来，延长系统使用太阳能的时间。 　　5.2太阳能为主的多能互补系统 　　太阳能的应用往往不能单纯靠太阳能单一能源完成，这就需要其他能源作为辅助能源进行补充，实现多能互补的系统。对于太阳能干燥技术来说，多能源互补是将太阳能、热泵、生物质能、燃气、光电等按实际需要进行任意组合，实现多种能源的优势互补和合理配置，有效推动节能环保、低碳、舒适的生活，全面满足太阳能干燥工程、供热采暖、空调制冷和生活热水等领域的需求。以多能源集成干燥系统中的子系统既可以单独工作，也可根据用户需求自由组合。太阳能与哪些辅助能源组成互补系统，要根据实际工程当地的气候特点、建筑分布情况、辅助能源的品质和数量来设计，多能源组合可以互相弥补不同能源间的缺陷。 　　5.3开发研制高效太阳能集热产品 　　由于太阳能干燥系统采光面积大、装置场地大、用料多等问题，这就需要运用真空技术、镀膜技术、热管技术以及聚光技术等研发和应用高效的太阳能集热器，例如热管式集热器以及复合内聚光集热器等新兴产品，突破传统的全玻璃真空太阳能集热器以及平板集热器所占面积大、工质温度低、转化效率低等问题，提高太阳辐射能到热能的转化率以及整个系统的效率，使得整个太阳能干燥系统结构简单、费用低场地面积小，更容易应用和推广。 　　6结语 　　我国是农业生产和出口的大国之一，农产品资源丰富，物种多样。我国农产品干燥是产品加工过程中的一个重要工艺过程，采用常规能源干燥农产品，需消耗大量能源，因投资大，导致农产品干燥成本增高，并造成不同程度的环境污染。采用太阳能干燥农副产品，能节约常规能源、避免环境污染、提高产品质量、改变落后的生产加工方式。因此我国应用太阳能干燥农副产品，发展前景广阔。 　　目前，国内太阳能干燥技术在农产品加工领域的应用还处于起步阶段，我们尚需对太阳能干燥系统、太阳能集热器加热系统的优化设计，太阳能与其他能源的结合方式，各种不同物料的太阳能干燥新工艺及其优化干燥工艺条件的自控系统等课题，展开深入研究，使太阳能干燥这项技术，更好地适应现代化生产干燥作业的需要。（北京大学包头创新研究院付加庭）