太陽(yáng)能干燥技術(shù)及問(wèn)題分析
發(fā)布時(shí)間：2015-05-26 點(diǎn)擊量：3222
新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為全球性的重大課題。太陽(yáng)能是新能源和可再生能源中最引人注目、開(kāi)發(fā)研究最多、應(yīng)用最廣的清潔能源，我國(guó)太陽(yáng)能熱利用經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展最為廣泛、迅速的產(chǎn)業(yè)。目前，我國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)和應(yīng)用國(guó)，前幾年以每年20％～35％的速度遞增。
2014年太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)保有量達(dá)到4.14億m2（289520MWth），國(guó)家能源局給光熱產(chǎn)業(yè)提出十三五期間我國(guó)光熱產(chǎn)業(yè)的保有量最低要達(dá)到8 億平方米的目標(biāo)，這是光熱產(chǎn)業(yè)首次被提到國(guó)家政策決策層面進(jìn)行討論。國(guó)家發(fā)改委日前發(fā)布相關(guān)通知指出，獲得批準(zhǔn)的太陽(yáng)能工業(yè)熱利用項(xiàng)目將可享受中央補(bǔ)貼，而作為太陽(yáng)能工農(nóng)業(yè)利用方式之一的太陽(yáng)能干燥技術(shù)和應(yīng)用必將得到大力推廣，本文就太陽(yáng)能干燥的原理、分類(lèi)、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用及存在的問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)闡述，并給出了解決存在問(wèn)題的幾種方案。
1太陽(yáng)能干燥
利用太陽(yáng)能進(jìn)行物品的干燥，是太陽(yáng)能熱利用的方式之一，太陽(yáng)能干燥是指利用太陽(yáng)輻射能、太陽(yáng)能干燥裝置進(jìn)行干燥作業(yè)，可稱(chēng)為主動(dòng)式太陽(yáng)能干燥。具有干燥周期短、效率高、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍有了進(jìn)一步擴(kuò)大，已從食品、農(nóng)副產(chǎn)品，擴(kuò)大到木材、中藥材、工業(yè)產(chǎn)品等，太陽(yáng)能干燥器主要是應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面。
2太陽(yáng)能干燥原理
太陽(yáng)能干燥的過(guò)程，就其機(jī)理來(lái)說(shuō)，它是利用太陽(yáng)能的輻射能先轉(zhuǎn)變成熱能后再使物料中水分汽化，并擴(kuò)散到空氣中的過(guò)程，也就是一個(gè)“脫水”的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。太陽(yáng)能干燥是使被干燥物料直接吸收太陽(yáng)能或通過(guò)太陽(yáng)空氣集熱器所加熱的空氣，進(jìn)行對(duì)流傳熱，間接地吸收太陽(yáng)能，物料表面獲得熱能后，再傳至物料內(nèi)部，水分從物料的內(nèi)部以液態(tài)或汽態(tài)方式擴(kuò)散，透過(guò)物料層而達(dá)到表面，然后通過(guò)物料表面的氣膜而擴(kuò)散到熱汽流中，通過(guò)這樣的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，使物料逐步脫水干燥。太陽(yáng)能煙葉熱烘干系統(tǒng)烤房如圖1所示。
3太陽(yáng)能干燥分類(lèi)
太陽(yáng)能干燥技術(shù)和裝置按接受太陽(yáng)能及能量輸入方式主要分四種類(lèi)型：溫室型、集熱器型、集熱器———溫室型和整體式。此外，根據(jù)熱空氣的流動(dòng)方式，我們還可以把太陽(yáng)能干燥裝置分為自然循環(huán)式和強(qiáng)制循環(huán)式。
3.1溫室型太陽(yáng)能干燥器
溫室型太陽(yáng)能干燥器的結(jié)構(gòu)與栽培農(nóng)作物的溫室相似，溫室即為干燥室，待干物料置于溫室內(nèi)，直接吸收太陽(yáng)輻射，溫室內(nèi)的空氣被加熱升溫，物料脫去水分，達(dá)到干燥目的。溫室型太陽(yáng)能干燥器一般都設(shè)有排風(fēng)裝置，排去含濕量大的空氣，縮短物料干燥周期，這種干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、在農(nóng)村被廣泛應(yīng)用。
3.2集熱器型太陽(yáng)能干燥器
集熱器型太陽(yáng)能干燥器是太陽(yáng)能空氣集熱器與干燥室組合而成的干燥裝置，這種干燥器利用集熱器把空氣加熱60℃～70℃，然后通入干燥室，物料在干燥室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)流熱質(zhì)交換過(guò)程，達(dá)到干燥目的。
3.3集熱器———溫室型太陽(yáng)能干燥器
溫室型太陽(yáng)能干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率較高，缺點(diǎn)是干燥室溫升較小，在干燥含水率高的物料時(shí)（如蔬菜、水果等），溫室型干燥器所獲得的能量不足以在較短的時(shí)間內(nèi)使物料干燥至安全含水率以下。為增加能量以保證被干物料的干燥質(zhì)量，在溫室外增加一部分太陽(yáng)能集熱器，就組成了集熱器———溫室型太陽(yáng)能干燥裝置。
3.4整體式太陽(yáng)能干燥器
整體式太陽(yáng)能干燥器將太陽(yáng)能空氣集熱器與干燥室兩者合并成為一個(gè)整體。裝有物料的料盤(pán)排列在干燥室內(nèi)，物料直接吸收太陽(yáng)輻射能，起吸熱板的作用，空氣則由于溫室效應(yīng)而被加熱。干燥室內(nèi)安裝軸流風(fēng)機(jī)，使空氣在兩列干燥室中不斷循環(huán)，并上下穿透物料層，使物料表面增加與熱空氣接觸的機(jī)會(huì)。
4 太陽(yáng)能干燥的應(yīng)用
在我國(guó)，太陽(yáng)能干燥技術(shù)是一個(gè)新發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)業(yè)，具有非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的市場(chǎng)前景。太陽(yáng)能干燥在農(nóng)副產(chǎn)品方面的應(yīng)用較多，如蔬菜、水果、掛面、煙葉、木材、中草藥材、人參、鹿茸等產(chǎn)品的干燥，在水產(chǎn)方面有魚(yú)、蝦類(lèi)、貝類(lèi)等。在輕工產(chǎn)品方面有蠶絲、橡膠、唐三彩瓷器、制鞋等產(chǎn)品的干燥，另外山西陳醋、東北發(fā)酵大醬等方面也都可以利用太陽(yáng)能進(jìn)行干燥，同時(shí)在這些方面已取得了積極的應(yīng)用成果。天津大港油田團(tuán)泊洼農(nóng)場(chǎng)建立的650m2太陽(yáng)能干燥裝置如圖2所示
5太陽(yáng)能干燥存在的問(wèn)題
盡管太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的，但是，太陽(yáng)能屬間歇性能源，能流密度低，日照較好的地方，地面上一平方米的面積所能接收的能量只有1 千瓦左右，要想滿足使用要求，往往需要相當(dāng)大的采光面積，從而使裝置面積大、用料多、成本增加；同時(shí)，太陽(yáng)能受天氣的影響較大，給使用太陽(yáng)能帶來(lái)很多麻煩，對(duì)于太陽(yáng)能干燥來(lái)說(shuō)，勢(shì)必造成初期投資較高、系統(tǒng)不穩(wěn)定、干燥周期長(zhǎng)等問(wèn)題，要解決這些問(wèn)題，可以從以下幾個(gè)方面考慮。
5.1太陽(yáng)能中低溫儲(chǔ)能
對(duì)于太陽(yáng)能干燥應(yīng)用領(lǐng)域，需要中低溫儲(chǔ)能，就是把太陽(yáng)輻射能采集轉(zhuǎn)換成中低溫的熱能后儲(chǔ)存起來(lái)，在太陽(yáng)能不足時(shí)再釋放出來(lái)，以滿足生產(chǎn)（或生活）中連續(xù)穩(wěn)定的需求，對(duì)于太陽(yáng)能干燥來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能裝置也是非常需要的，這就需要研發(fā)或采用儲(chǔ)能材料，最好是相變儲(chǔ)能材料，利用一種物質(zhì)的相變（多為固態(tài)和液態(tài)之間的轉(zhuǎn)變）來(lái)達(dá)到儲(chǔ)存或釋放大量熱能，這種儲(chǔ)能物質(zhì)要求具有儲(chǔ)能容量高、循環(huán)性好、儲(chǔ)存和釋放能量速度快等特點(diǎn)，這樣就可以將白天多余的太陽(yáng)能以中低溫品質(zhì)的熱能儲(chǔ)存起來(lái)，延長(zhǎng)系統(tǒng)使用太陽(yáng)能的時(shí)間。
5.2太陽(yáng)能為主的多能互補(bǔ)系統(tǒng)
太陽(yáng)能的應(yīng)用往往不能單純靠太陽(yáng)能單一能源完成，這就需要其他能源作為輔助能源進(jìn)行補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)的系統(tǒng)。對(duì)于太陽(yáng)能干燥技術(shù)來(lái)說(shuō)，多能源互補(bǔ)是將太陽(yáng)能、熱泵、生物質(zhì)能、燃?xì)狻⒐怆姷劝磳?shí)際需要進(jìn)行任意組合，實(shí)現(xiàn)多種能源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和合理配置，有效推動(dòng)節(jié)能環(huán)保、低碳、舒適的生活，全面滿足太陽(yáng)能干燥工程、供熱采暖、空調(diào)制冷和生活熱水等領(lǐng)域的需求。以多能源集成干燥系統(tǒng)中的子系統(tǒng)既可以單獨(dú)工作，也可根據(jù)用戶需求自由組合。太陽(yáng)能與哪些輔助能源組成互補(bǔ)系統(tǒng)，要根據(jù)實(shí)際工程當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)、建筑分布情況、輔助能源的品質(zhì)和數(shù)量來(lái)設(shè)計(jì)，多能源組合可以互相彌補(bǔ)不同能源間的缺陷。
5.3開(kāi)發(fā)研制高效太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品
由于太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)采光面積大、裝置場(chǎng)地大、用料多等問(wèn)題，這就需要運(yùn)用真空技術(shù)、鍍膜技術(shù)、熱管技術(shù)以及聚光技術(shù)等研發(fā)和應(yīng)用高效的太陽(yáng)能集熱器，例如熱管式集熱器以及復(fù)合內(nèi)聚光集熱器等新興產(chǎn)品，突破傳統(tǒng)的全玻璃真空太陽(yáng)能集熱器以及平板集熱器所占面積大、工質(zhì)溫度低、轉(zhuǎn)化效率低等問(wèn)題，提高太陽(yáng)輻射能到熱能的轉(zhuǎn)化率以及整個(gè)系統(tǒng)的效率，使得整個(gè)太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低場(chǎng)地面積小，更容易應(yīng)用和推廣。
6結(jié)語(yǔ)
我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和出口的大國(guó)之一，農(nóng)產(chǎn)品資源豐富，物種多樣。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品干燥是產(chǎn)品加工過(guò)程中的一個(gè)重要工藝過(guò)程，采用常規(guī)能源干燥農(nóng)產(chǎn)品，需消耗大量能源，因投資大，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品干燥成本增高，并造成不同程度的環(huán)境污染。采用太陽(yáng)能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，能節(jié)約常規(guī)能源、避免環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改變落后的生產(chǎn)加工方式。因此我國(guó)應(yīng)用太陽(yáng)能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，發(fā)展前景廣闊。
目前，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能干燥技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，我們尚需對(duì)太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)、太陽(yáng)能集熱器加熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能與其他能源的結(jié)合方式，各種不同物料的太陽(yáng)能干燥新工藝及其優(yōu)化干燥工藝條件的自控系統(tǒng)等課題，展開(kāi)深入研究，使太陽(yáng)能干燥這項(xiàng)技術(shù)，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)干燥作業(yè)的需要。
來(lái)源：中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)資訊網(wǎng)
