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淺談太陽能烘干技術


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和自轉。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、補充或設置儲能系統。




1太陽能資源利用

1.1國外太陽能資源利用現狀

目前太陽能的開發與利用已經成為日益關注的熱點,其中主要集中在太陽能熱利用與太陽能發電等領域。在太陽能熱利用方面,太陽能熱水器及熱水系統得到了較為普遍的應用,太陽能熱水器主要供應生活和洗浴熱水。在歐洲、澳大利亞等國,太陽能熱水系統主要是作為輔助能源與常規能源系統聯合運行,既能供應生活和洗浴熱水,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。

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

1.2國內太陽能資源利用現狀

首先,太陽能熱利用是一種可再生能源技術領域商業化程度最高、推廣應用最普遍、最現實、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、制冷、太陽能干燥、海水淡化和工業用熱等領域。其中太陽能熱水器在我國得到了快速發展和推廣應用,但產品質量總體水平不高,目前太陽能熱水器生產企業有3000多家,大量作坊式企業生產使得市場上近70%太陽能產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,我國太陽能發電領域起步較早,在國際市場和國內政策的拉動下,我國已成為世界三大光伏電池生產國之一,電池效率達到了21%。但我國太陽能發電技術存在3大問題:一是我國太陽能光伏產業的硅材料主要依靠進口,特別是多晶硅原料嚴重依賴進口;二是我國太陽能產業,尤其是光伏產業的核心技術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領域,企業專利申請多以實用新型與外觀設計為主,專利質量與創新水平不容樂觀;發明專利權人主要是科研機構與高校,作為技術創新主體的企業卻因為參與不夠或缺乏創新能力而未能成為發明專利的真正創新主體:三是我國絕大部分的光伏產品都出口到歐美及日本等國外市場,國內對太陽能光伏的應用也主要集中在農村電氣化和離網型太陽能光伏產品,真正并網型太陽能光伏市場目前還遠未形成。

2太陽能烘干技術

2.1太陽能烘干技術必要性

第一,我國是個農業大國,糧食產量已超5億噸,蔬菜產量已達7億多噸。我國約有80%的糧食、果蔬等農產品儲存在農村,貯藏與加工技術手段普遍落后,導致大量的農產品資源白白浪費,未能創造社會財富,也減少了農民收入。我國農產品的損失率大大高于世界平均水平,據統計,我國糧食生產后損失占糧食總產量的12%~15%,果蔬產后損失率20%~30%;而發達國家農產品產后損失率很低,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。因地制宜開創太陽能在農產品加工中的工業化應用,實現節能減排,保護生態環境的目標。據統計,脫水果蔬時除去1公斤的水,需要0.57公斤的標準煤(7000千卡/公斤標準煤):每消耗1噸標準煤,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太陽能烘干設備

(1)混聯式太陽能果蔬烘干機

此套設備由農業部規劃設計研究院研制,主要由進風筒、太陽能集熱器、導風筒、支撐架、離心式風機、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過太陽能集熱器后被加熱,經過導風筒后,由離心式風機送入干燥室,使得空氣與被烘干物料間產生溫差與相對濕度差,從而加速物料水分擴散蒸發,達到干制的目的。混聯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。

該技術裝備集隧道式和箱式干燥于一體,采用太陽能熱風控溫干燥原理。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、護綠促干等技術對干燥原料進行清洗、殺菌、護綠、促干等前處理;通過變頻調速風機將熱空氣送入干燥系統實現農產品干燥。具有節能減排,大大縮短干制周期,改善作業環境,無污染,提高產品質量,經濟、社會和生態環境效益顯著。

(2)“日光溫室+高效集熱器+濕差通風排濕”型太陽能果蔬烘干設備

此套設備是甘肅省農業科學院農產品貯藏加工研究所經多年集成創新研究成功,核心是利用日光溫室屋面+太空管集熱器及水循環換熱器,解決太陽能接收、轉化和蓄能問題;通過濕差通風排濕系統充分利用西部地區干燥空氣資源,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,輕質鋁合金支架,其余部分采用磚混結構,車間寬度5~6.5m為宜。集熱器選用太空管,太空管集熱面積與車間采光層面面積比例1:2~2.5較為經濟。物料架為不銹鋼網盤式結構,每組設三層,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換釋放給傳熱介質水,水吸熱后經車間大面積的片式散熱器將熱量釋放于車間,散熱后的水繼續進入室內蓄熱水箱持續散發余熱,然后經循環泵強制壓入太陽能集熱器繼續吸熱,周而復始完成太陽能的吸收、轉換、釋放全過程循環。車間控制系統由配備具有可編程邏輯控制器(PLC)的工控機、控制柜、室內外溫濕度傳感器、循環風機和MCGS組態全自動控制系統組成,可全天候同時控制、監測、記錄和處理脫水車間實時溫度、濕度等參數。

(3)太陽能與熱風爐混合干燥設備

此套設由寧夏大學研制,可用于干燥果蔬各種產品。熱源主要由1 OOm 2集熱板提供,熱風爐為輔助。物料從一側由小車送入,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)太陽能配高溫熱泵自控干燥房

此套設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高溫熱泵烘干機,最高溫度可達85~C。按全年290天晴天,75天陰天來計算,太陽能配高溫熱泵干燥房年運行費用與電加熱相比,可節約用電總量為30181kWh,約21126元,節約比高達94.56%。

3結束語

太陽能資源利用已由技術開拓期步入蓬勃發展時代,把豐富太陽能資源和農產品加工進行有機結合,不僅節約化石能源,實現零排放,減少農產品腐爛損失,而且提高農產品加工制品的質量。


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