太阳能干燥(solar drying)是指利用太阳辐射能和太阳能干燥装置所进行的干燥作业。应用太阳能干燥食品原料已发展了较长的时间，针对不同的食品原料，国内外已开发出相应的太阳能干燥设备。太阳能干燥设备(系统)是以太阳能利用为主的干燥设备，一般由集热器和干燥室组成，还有其他如风机、泵、辅助加热设备等的辅助设备。根据干燥系统内气流的流动方式，可以把干燥系统分为自然对流型和强迫对流型；根据集热器结构形式，可将干燥系统分为温室型、集热器型、集热器一温室型。本文从干燥系统内气流流动方式，分别介绍近年来国内外该领域的研究成果，包括各种干燥装置的结构、特性、用途和干燥效果，根据对自然对流式和强迫对流式干燥设备的原理和优缺点的分析，着重探讨了国内外关于这两个不同方式的干燥设备的最近的研究进展。
1 太阳能干燥设备的类型
1．1 自然对流型
自然对流型太阳能干燥系统中无附加风机，气流靠温差作用流动。根据结构的不同，主要有箱式、棚式、温室式、盘架式和烟囱式几种。
自然对流型干燥系统的干燥室与作物温室的结构相似，太阳能透过玻璃进入干燥室后，辐射能转换为热能，此过程要求不断排湿，干燥室内的被干燥物可直接接受太阳光，其转换效率取决于物料表面及干燥室材料的吸收特性，热利用率相对较高。该系统结构简单，造价较低，建造容易，操作简单，干燥成本低，因而在国内外有较广泛的应用。
此外，比较新型的聚光型太阳能干燥系统也属于自然对流型，该干燥器类似于普通的聚光集热器，由聚光镜、集热吸收管、跟踪系统等组成，充分体现了空气自然对流原理，可提供的干燥温度约为80-120％，属于中温干燥，具有干燥速度快、提高杀虫率等优点，缺点是结构复杂、造价高。这种类型的干燥装置一般用于价位较高的物料，国外有用于浓缩棕榈汁，也有用于谷物种子和棉花种子的干燥。
1．2强迫对流型
自然对流型干燥系统在很多情况下不能满足干燥要求，一些改进型的干燥系统，气流需通过附加的动力实现气流流动，就是强迫型太阳能十燥系统。
根据强迫对流型太阳能干燥系统结构类型，可以分为集热器型、温室一集热器型。
集热器型太阳能干燥器系统由空气集热器和干燥室组成，外界空气通过空气集热器加热，然后通过风机将热空气送进干燥窒，强迫李气对流，不但解决自然对流干燥系统的风量问题，还加速传热传质过程，提高了干燥效率。由于集热器与干燥拳分开，可以避免阳光直接晒到物料，该种干燥器还适用于某些对外观有特殊要求的原料。需要再提一下的是，在这类干燥装置中设一个辅助加热设备就可以实现对物料进行连续干燥操作。
将温室和空气集热器结合起来就组成温室一集热器型太阳能干燥装置。由于干燥室体积大，所以采用强迫对流的流动方式，干燥原料一方面从温室直接吸收太阳能，另一方面接受来自空气集热器的热风的加热，因兼有二者的优点，干燥温度比集热器型有所提高。有资料表明，当温室透光面积和集热器面积之比为1：1时，温度可提高5～10℃。这种类型的太阳能干燥装置，由于温度较高，总热压差相对较大，空气流量?般有保证，但对于人部分的需要大风量进行干燥的物料则仍需用风机进行强迫循环。
各种丁燥器类型对比见表1。
2国内外太阳能干燥设备研究进展
2．1 自然对流型干燥设备
国内关于人阳能自然对流干燥的进一步研究较少，国外则有较多创新性进展。A.Madhlopa等是直接利用太阳能直接干燥物料，在照射太阳能的基础上，在地底用煤或者其他燃料加热空气，再通过自然对流，将热空气送进干燥室，提高热空气温度，也可以取得较好的效果，相对于单独只用煤干燥或只是直接用太阳光于燥都有明显的优势。优点是无论白天或晚上都可以进行下燥，设备简单，成本低；缺点是耗能相对于集热器太阳能的要大一些。
Prasad等的研究和Madhlopa等相似，也是利用太阳光直接照射，底下用生物燃料，如煤燃烧以加热空气，利用气流温差，自然对流进入干燥室干燥产品，相对来说，该没备的设计比较巧妙，充分利用了空气中的热能，也可以在气候条件不是很稳定的地区使用。
Madhlopa和Prasad等的干燥设备都是属于自然对流的形式，同时也是固定式的，对于太阳能的充分利用有一定的局限性。相对而言，Singh等人涉及的干燥设备虽然也属于自然对流的形式，但不同的是，它足便携式的，可以根据不同季节气候不同调整设备的角度和方向，同时拆除方便。该设备由一系列的金属管直接接合，在集热器后方直接放置物料盘，在两侧和底部采用保温材料，空气从底部进出，经加热后膨胀上升，从顶部出来，带走汽化水分，从而达到干燥目的，当气候不佳时，可拆除设备收藏。该设备的优点足成本低，制作简单，使用方便，耗能小；缺点足对太阳能的利用率低，干燥时间较长，干燥温度也小高，适合一些低温食品干燥。
2．2强迫对流型干燥设备
2．2．1 国内研究进展
沈阳农业大学信息与电气工程学院朴在林做的太阳能及热能智能互补型农副产品干燥装置是在原有小型农户柴炉干燥装置的基础研制发的，该装置利用了太阳能干燥产品，在干燥温度达不到要求的情况下，通过外置的辅助干燥没备(热风炉)对产品进行辅助加热。该设备的优点是结构简单，经济实用。实验结果表明，以阳光板作为盖板的太阳能干燥器具有较高的热转换效率，适合当前条件下农户对农副产品干燥加工的需求，见图l。
国内比较大型的强迫对流干燥设备也比较多，如建在广东省的用于腊肠、腊肉干燥的太阳能温室一集热型干燥器。其采光面积达620m2，是世界上为数不多的大型太阳能干燥器之一。该干燥器也采用热风作为辅助加热能源，以满足连续运行的需要，成品日产量达4000kg，其节能效果为节电21％，节煤20％--40％。广州皇上皇肉食制品厂的大型太阳能干燥器也属于此类型。
太阳能热泵干燥设备系统，按照太阳能和热泵系统的连接方式，太阳能热泵系统分为串连系统、并联系统和混合连接系统，其中串连系统又可分为传统串连式系统和直接膨胀式系统。
太阳能热泵系统在性能上弥补了传统的太阳能系统和热泵系统各自的缺点，使得整个系统的cop有较大的提高，而系统性能的提高使得运行费用减少，从而降低了系统总投资。随着研究的进展和技术的成熟，太阳能热泵系统可以应用于各个领域，在食品干燥领域也有很大发展窄间，可创造更大的效益。
人工干燥的能耗在工业能耗具有举足轻重的地位，自然干燥又难以克服产品卫生和品质等问题，阻碍了干燥行业(特别是农产品干燥行业)的发展。单一的太阳能干燥器因无需消耗常规能源，而且特别适合于干燥温度较低(70℃以下)、水分挥发较慢、加工时间长的物料，如凉果、红枣等，在实际应用中已初步显示其优越性；而采用太阳能并使用辅助加热的智能型太阳能干燥器一。具有能耗低(相对人工干燥)，集热器制造方式简单，价格低廉，产品质量优且稳定的优点，克服了单一太阳能r燥温度、周期不稳定的不足，具有良好的发展前景，甚至可能成为农产品干燥加工的主要设备。
2．2．2 国外研究进展
在强迫对流方式太阳能干燥设备的设计上，国外的研究方向比较详细，做的工作比较多，所做的设备一般是针对具体的农产品如辣椒、木薯、谷类、葡萄等进行研究，找出最适干燥条件，如果我们能够综合起来考虑，把各自的优点结合起来，设计出一个可以针对大部分，或者说同种类型的农产品都适用的设备，这将有重大的意义。
Bennamoun等人研究的是温室型太阳能干燥设备．采用强迫对流方式进行干燥，人为地利用风机将在集热器中加热后的热空气引入干燥室干燥产品。
集热器的表面积和加热后热空气温度直接影响到干燥的效果，随着这两个因素影响的增大，干燥所需的时间减少；而干燥产品的整体质量和分布面积相比之下就不是很重要，如果在设备中加入一个电加热器，将可以使设备在不理想的气候条件下也可以运行。该设备属于间歇操作，在3m2和一个加热器在500C温度下，平均每天可以处理250kg产品。
Supranto等人的研究也属于强迫对流干燥，所做的改进之处只是把集热器用一个多孔介质隔开，从而分为两个通道，让空气得以充分加热。
通过该设备证明了用太阳能对植物油的干燥是可行的，也是非常有利的，有非常好的应用前景。，而通过相关的实验和计算也证明双管道的集热器可以使温度得到比较大的提高，可以提高25～300C，而使集热器的热效率有了很大的提高。
Karim等人在前面的平板集热器的基础上，对集热器的表面积进行研究，对v型、平板加散热片和平板型三种集热器的单双空气通道的情况下分别进行比较，实验结果表明，单空气通道平板集热器的热效率最低，v型作为结构最稳定的集热器，热效率也是最高。同时，可以使用更薄的金属，有利于节省材料，降低成本。具体的结果是：v型集热气的热效率高于平板集热器．双层空气通道的集热器效率远高于单层集热器，如平板集热器的双空气通道热效率远比单宅气通道的高，而V型集热器的双层空气通道的优势就不是很明显，见图2。
一般来说，随着空气流量的增加，干燥效率增加，在空气流量达到O.056kg/m2·s时效率达到最高，而一般在流量达到0.035kg/m2·s时就可以达到最佳的干燥效果。由于v型集热器的效率最高，并且结构稳定，是应用过程中的最佳选择。
前面所提到的设备在设计时都没有涉及到废热空气的回收，而是直接将废热空气排人大气，虽然没有什么污染，但是这对于热量的利用而言，是一种很大浪费。Sarsavadia等人就针对这个问题设计了一个太阳能干燥设备，该设备也通过采用强迫对流方式，在平板集热器上加上不规则吸热片，然后通过辅助设备(空气加热器、电加热器和风机)，使大部分的热空气重新从底部进入干燥器，有效的利用了热量，效率有明显的提高。同时，在晚问或者气候不好的情况下，可以使用辅助加热设备，使干燥不问断进行，可以实现连续操作，有很大的现实意义。该设备充分体现了热量的合理利用，不过也有缺点，就是当空气达到饱和湿度时，也应该及时将热空气排出，操作相对复杂，设备费用也相对较高。
该设备虽然涉及到了废热空气的回收，但是对于储能问题没有涉及，如果可以通过白天将一部分多余的太阳能储存起来，而能在晚间使用的话，可以减少辅助加热设备所消耗的能量，从而提高效率，得到更高的利益。Shanmugam等就在储能这个方面做了相关的研究，他们做了一种干燥储能材料(60％膨润土、10％CaCl2、20％的蛭石、10％的粘合剂)，该材料利用CaCl2的吸湿性，彭润土的多孔蓬松性以及蛭石的吸热储能性，白天干燥材料与干燥室隔开，利用太阳光直接照射该材料将能量储存其中，在晚间通过密闭该干燥室，使干燥材料与干燥窜相连，利用风扇使空气不断回流，利用储能材料中的热能干燥产品，利用CaCl2的吸湿性将窄气中的水分吸收，第2d白天又将干燥材料与干燥室隔开，利用太阳能干燥储能材料，同时存储能量。反复进行，可以循环使用，从而使热量得到最大的程度的利用。
同时，Shanmugam等还通过实验表明，如果在干燥室上立一面镜子，通过反射光等作用，干燥设备热效率得到更大的提高。该设备体现了热能的合理利用，但是有个缺点就是，干燥储能材料的存储有限，如果碰到长时间阴雨天气，就不能体现出它的优点，建议添加一个辅助加热设备即可解决问题。
此外，关于热量的充分利用，还有就是太阳能和热泵的综合使用。但是目前热泵的应用大部分还是用于木材干燥，用于食品还不是很多，同时也因为设备费用相对较高，虽然能量利用率也很高，但是面对普及还有很大的难度。
3建议和展望
3．1 太阳能干燥属于一种节能干燥技术，但其本身受气候条件的制约，如果能够与其他形式的能源相结合使用会有更佳的效果，如煤或者其他燃料、热泵，而储存太阳能备用是最佳的选择，因而建议在太阳能资源比较丰富的地区使用。
3．2相比较而言，利用自然对流方式的太阳能利用温度较低，而强迫对流干燥的温度较高，总的来说适用于中低温食品的干燥，如大部分水果、蜜饯、谷类等的干燥。
3．3 国内对于太阳能的研究相对于国外来说较少，但是与国外的研究趋势足一样的，都是向节能方向发展，如和其他形式的辅助设备一起使用，延长干燥设备的使用时间，还有就是智能化方面的研究。
3．4如果我们能够针对各种类型的干燥设备的优点，研究出一种能够适合大部分食品的干燥设备，可在节能的基础上，实现最大的经济效益。
总体而言，国内太阳能干燥在食品领域的应用还处于起步阶段，有许多需要完善的地方，实用性、自动化和工业化是主要的发展方向。日前需要研制适用于太阳能干燥装置的重点和难点在于干燥过程中热能的充分利用。现在大部分的干燥装置很多都没有时废热空气进行同收利用，造成热量的大量浪费，我们应该朝这个方向研究。此外，还有干燥过程中温度、湿度、风速等条件的监控，以及电动风门、电动阀、风机等也可以直接与计算机连接，直接控制，以适应现代化干燥作业的需要。太阳能干燥器的经济效益足明显的，应该说在中国市场的潜力是巨大的。
