一、能源危機(jī)下的太陽能優(yōu)勢(shì)
煤炭和石油是一種不可再生的化石能源,由于大規(guī)模的利用,資源同趨枯竭,生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)重。過去100多年內(nèi),世界對(duì)傳統(tǒng)石化能源的消費(fèi)迅速增長,尤其是對(duì)石油的年消費(fèi)量從1900年到2000年間達(dá)到了從0到35億。
2009年“月10日國際能源署lEA預(yù)測(cè)分析2007年到2030年。全球一次能源需求量從120億t油當(dāng)量增長到168億噸油當(dāng)量——總體增幅達(dá)40%。太陽能與風(fēng)能、生物質(zhì)能并稱世界三大可再生潔凈能源。太陽能是一種數(shù)量巨大、用之不竭、沒有污染的自然能源。在今天面對(duì)能源緊缺、環(huán)境污染之際,世界各國重新認(rèn)識(shí)到太陽能是2l世紀(jì)最重要的新能源。太陽能作為一種環(huán)保能源,光熱產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出比,具有高可靠、長壽命、零排放的優(yōu)點(diǎn)。我國太陽能資源非常豐富,理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億t標(biāo)準(zhǔn)煤。我國地處北半球,南北距離和東西距離都在5000km以上。在我國廣闊的土地上,有著豐富的太陽能資源。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4kwh以上,西藏日輻射量達(dá)每平米7kwh。年日照時(shí)數(shù)大于2000h。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。太陽能是是我國西部得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)資源,非常適合太陽能應(yīng)用,應(yīng)利用先進(jìn)技術(shù),加快在這方面的研究開發(fā)力度,將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。
二、太陽能用于果蔬加工的意義
我國水果年產(chǎn)量已達(dá)1.5億t(含果用瓜),蔬菜產(chǎn)量5.5億t。蔬菜的面積和產(chǎn)量分別占到世界總量的41.7%和47.7%;果樹面積占世界的20.2%,產(chǎn)量占14.5%。預(yù)計(jì)到2010年,我國水果和蔬菜總產(chǎn)量將分別達(dá)到l億t和6億t。果蔬含水量高,保鮮期短,極易腐爛變質(zhì)。在發(fā)達(dá)國家,農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)后損失率只在1.7%~5.0%;但在我國,果蔬損失率達(dá)20%~30%,損失總價(jià)值近800億元,糧食平均損失也有14.8%。統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示,如果我國的果蔬損耗降低3%至5%,每年可減少果品損耗200萬t。如降低損耗15%,果蔬產(chǎn)值可增加120億元。農(nóng)產(chǎn)品加工可解決我國果蔬的銷售難題。果蔬干燥是特色果蔬加工的效方法之一,既可以解決果蔬儲(chǔ)藏問題,又可解決長距離運(yùn)輸問題。同時(shí),在我國部分果蔬資源豐富地區(qū)太陽能資源也很豐富,太陽能我低溫利用技術(shù)十分適用于干燥果蔬等農(nóng)副產(chǎn)品。因此,利用太陽能干燥果蔬具有巨大的開發(fā)潛力和發(fā)展前景。
三、國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國擁有豐富的果蔬資源,各種脫水果蔬銷往海外。近年來,我國的果蔬加工業(yè)取得了巨大的成就,果蔬加工業(yè)在我國農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中占據(jù)了重要地位。目前,我國的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)規(guī)模。脫水果蔬是利用先進(jìn)的加工技術(shù),使原料中的水分,快速減少至13%或更低。但是,國內(nèi)的脫水果蔬企業(yè)多屬中小型企業(yè),大部分都是利用煤炭、電力能源進(jìn)行生產(chǎn),耗費(fèi)能源,污染環(huán)境,生產(chǎn)成本高。利用太陽能烘干果蔬的研究在我國有很多,但都在科研試驗(yàn)水平,尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。太陽能干燥設(shè)備主要有三種類型:溫室型,集熱器型和溫室.集熱器型。
付立思等研制的熱能輔助性太陽能箱式干燥器屬于溫室型。采用燃煤熱風(fēng)爐提供輔助熱能(付立思,2005)。以香菇為對(duì)象做的驗(yàn)證試驗(yàn),前5h物料直接置于陽光下照曬,后期結(jié)合熱風(fēng)爐循環(huán)供熱,結(jié)果表明其干燥效果好。溫室型太陽能干燥機(jī)缺點(diǎn)在于對(duì)于光敏物料不適用。張璧光采用平板式集熱器型干燥器以太陽能與熱泵聯(lián)合干燥木材(張璧光,2007)。結(jié)果認(rèn)為這種方法是比較理想的組合干燥方式,太陽能與熱泵聯(lián)合干燥節(jié)能高效,其節(jié)能率可達(dá)70%左右。集熱器采用北京市太陽能研究所研制的PKl570系列,拼裝式平板空氣集熱器。高林朝研制的太陽墻陽墻集熱器干燥裝置,如圖1.1所示(高林朝,2006)。太陽能和輔助熱源蒸汽燃煤鍋爐互補(bǔ)供能,用于干燥紅棗。集熱裝置為加拿大康索公司研制的一種被稱為太陽強(qiáng)的無蓋板多孔吸熱體組成空氣集熱器。兩組多通道并聯(lián)。
馬洪江等研制的混聯(lián)式太陽能果蔬烘干機(jī),如圖1.2混聯(lián)式烘干機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖所示屬于平板集熱器型干燥機(jī)(馬洪江,2009)。在集熱器排列上采用獨(dú)有的并聯(lián)加串聯(lián)方式,有效地解決太陽能集熱溫升小的問題。溫升可達(dá)30℃以上。
沈衛(wèi)強(qiáng)研制的GTG.6型果品太陽能干燥器,結(jié)構(gòu)簡圖如圖1.3所示,此機(jī)型為溫室.集熱器型。強(qiáng)制式通風(fēng)可提供較高的風(fēng)速和較大的風(fēng)量(沈衛(wèi)強(qiáng),2009)??諝饧療崞鳎貙訛椴输搳A心板,吸熱結(jié)構(gòu)為V型吸熱板芯,上部加有透明蓋板。通過對(duì)杏等果品的干燥試驗(yàn),此干燥器干燥周期比晾架自然干燥一般縮短38.5%,優(yōu)等品率為95%,是普通干燥的3倍。但是由于太陽能干燥很容易受天氣影響,依賴性強(qiáng),不確定性大。
陳建平研制的智能化太陽能農(nóng)副產(chǎn)品干燥系統(tǒng),采用玻璃真空集熱管收集太陽能,并轉(zhuǎn)化為熱能傳遞到水中,干燥機(jī)為溫室.集熱器型(陳建平,2009)。采用2mm不銹鋼板構(gòu)造烘干箱,50mm保溫層(泡沫,保溫棉)同時(shí)水也可以保溫。蓋板使用玻璃——排水保溫透光。同時(shí)必要時(shí)可配備輔助加熱紅外電加熱管。利用這一干燥系統(tǒng)對(duì)霸王花進(jìn)行了干燥實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該干燥系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠且具有較好的農(nóng)副產(chǎn)品干燥效果。但是一次干燥量有限,且排濕速度較慢。
四、國外研究現(xiàn)狀
M.Condori等研制的一種隧道式太陽能溫室干燥器,主要結(jié)構(gòu)為兩部分,一時(shí)空氣集熱室,二是烘干室,如圖1.4所示,空氣集熱室中的空氣經(jīng)太陽輻射后升溫,再由風(fēng)機(jī)輸送到烘干室,通過對(duì)紅辣椒的干燥試驗(yàn)顯示,此方法比單室集熱烘干的生產(chǎn)效率提高了160%(M.Condorieta1.,2003)。
S.Janjai等用于干燥藥材和調(diào)料研制的屋頂集成干燥器,如圖1.5所示,防雨,防蟲,產(chǎn)品高品質(zhì)。集熱面積大,但占地面積大,安裝難度大,集熱板的連接困難(M.Condori et a1..2005)。
Hossain MA研制的一種隧道式太陽能干燥機(jī),如圖1.6所示(HossainM A,2007)。運(yùn)用此設(shè)備干燥辣椒比傳統(tǒng)干燥具有更高的干燥速度、色澤品質(zhì)和辣昧級(jí)別。此設(shè)備的創(chuàng)新之處于,以太陽能電池供應(yīng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了完全太陽能化,節(jié)能環(huán)保,但是對(duì)太陽的依賴性強(qiáng),且造價(jià)較高。V.Shanmugam研制的對(duì)流.除濕集成太陽能干燥機(jī),如圖1.7所示,集熱方式為平板集熱(V.Shanmugam,2006)。優(yōu)點(diǎn)在于太陽能供應(yīng)充足時(shí),采用傳統(tǒng)的太陽能熱風(fēng)干燥,而使用太陽能受限時(shí),則可以使用除濕層來吸收干燥室內(nèi)空氣的水分,加快干燥速度,提高烘干效率。
P.N.Sarsavadia研制的熱風(fēng)干燥機(jī),如圖1.8所示,集熱方式為平板集熱(P.N.Sarsavadia,2007)。其特點(diǎn)是將有余溫的尾氣循環(huán)利用,并且設(shè)置了電加熱輔助干燥,更加節(jié)能,對(duì)洋蔥片的試驗(yàn)表明,在不開啟電加熱的情況下,開啟尾氣循環(huán)進(jìn)行烘干時(shí)能夠節(jié)能70.7%以上。但此干燥機(jī)尚在研究階段,成本高且裝載空間小。
國外對(duì)太陽能干燥設(shè)備的研究,主要是對(duì)平板式集熱器干燥機(jī)進(jìn)行優(yōu)化,并且在對(duì)余熱利用和輔助干燥方式深入探索,以提高太陽能資源的利用率。由于余熱存在于濕度較大的排出氣體中,所以對(duì)尾氣的排濕循環(huán)利用是一項(xiàng)待解決的技術(shù)難點(diǎn)。
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