آشنایی با خشک کن های خورشیدی
امروز قصد داریم شما را با یکی دیگر از کاربردهای غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی آشنا کنیم. خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری طولانی مدت از آن‌ها، از زمان‌های قدیم انجام می‌گرفت. این روند در صنایع غذایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. آب می‌تواند مستقیماً در فعل و انفعالات شیمیایی مواد غذایی شرکت کند زیرا در مواد غذایی، به صورت ملکول‌های آزاد وجود دارد. به خاطر همین دلیل، گرفتن آب محصولات غذایی در ماندگاری آن‌ها مؤثر می‌باشد. یکی از بهترین و مقرون به صرفه‌ترین روش‌ها برای خشک کردن مواد غذایی استفاده از انرژی پاک و تجدیدپذیر خورشیدی است که در اینجا به آن خواهیم پرداخت، هرچند روش‌های خشک کردن دیگری مانند انجماد یا استفاده از مایکروویو نیز وجود دارند که از محدوده‌ی بحث ما خارج می‌باشند.
ما در ایران با این مسئله چندان روبرو نبوده‌ایم ولی برای مثال می‌توانم به مردم آفریقا اشاره کنم. در اکثر کشورهای آفریقایی، شغل کشاورزی رواج دارد. حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد مردم آن به کشاورزی مشغول هستند. با وجود این جمعیت شاغل زیاد، محصولات کشاورزی پاسخ‌گوی نیاز مردم این کشورها نیست. عدم وجود وسایل محافظت کننده و نگه‌دارنده از غذاها و محصولات، منجر به ضرر و زیان‌های قابل توجهی می‌شود.
خشک کردن محصولات به روش سنتی
نگهداری غذا با استفاده از نور خورشید رایج‌ترین روش برای نگهداری از غذا در آفریقا است. چیزی که به طور سنتی در آفریقا مرسوم است، برش مواد غذایی و نازک کردن آن‌ها و سپس پراکنده کردن آن‌ها روی یک سطح معمولی و در معرض نور خورشید است. این روش اصلاً مناسب نیست زیرا مواد غذایی در معرض گرد و غبار، هجوم حشرات، واکنش‌های آنزیمی و غیره قرار می‌گیرند و ارزش غذایی خود را از دست می‌دهند. به دلیل مشکلات اقتصادی مردم آفریقا، امکان استفاده از خشک‌کن‌های صنعتی نیز وجود ندارد. بنابراین برای نگهداری بهینه‌ی غذا، به روش‌های کارآمد و مقرون به صرفه نیاز است. بنابراین چاره‌ای نمی‌ماند جز استفاده از خشک‌کن‌های خورشیدی و توسعه‌ی آن‌ها به طوری که بر مشکلات مذکور غلبه کنند.
خشک‌کن‌های خورشیدی به طور کلی بر دو نوع می‌باشند. اکتیو و پسیو
خشک کننده‌های خورشیدی پسیو
خشک کننده‌های خورشیدی پسیو، سیستم‌های گردش طبیعی یا همرفت طبیعی نیز نامیده می‌شوند. آن‌ها معمولاً در سایزی ساخته می‌شوند که برای یک مزرعه مورد استفاده قرار گیرند. این خشک‌کن‌ها می‌توانند در دو نوع مستقیم ( مثلاً خشک‌کننده‌های چادری و جعبه‌ای) یا غیر مستقیم (مثلاً خشک کننده‌ی کابینتی) باشند. خشک‌کننده‌های خورشیدی با جریان طبیعی، برای عملکردشان کاملاً وابسته به انرژی خورشید می‌باشند. در این سیستم‌ها هوای گرم شده توسط خورشید در بین محصولات از طریق نیروهای رانشی یا فشار هوا جریان پیدا می‌کند. در اینجا به برخی از خشک‌کن‌های خورشیدی پسیو اشاره می‌کنیم:
خشک کننده‌های چادری
همان‌طور که در شکل مشخص شده، این خشک کن بسیار ساده است. پلاستیک سیاه باید در طرفی قرار گیرد که خورشید نمی‌تابد. محصولات باید روی قفسه‌ای بالاتر از سطح زمین قرار گیرند. این روش چندان کارآمد نیست و تفاوت چندانی با خشک کردن در فضای آزاد ندارد. تنها مزیت این روش، جلوگیری از نشستن گرد و غبار، باران و کثیفی بر روی محصول است. این خشک‌کن خورشیدی را می‌توان برای خشک کردن میوه‌ها، ماهی، قهوه به کار برد. یکی از بزرگ‌ترین عیب‌های این خشک کن‌ها، تخریب آن‌ها بر اثر بادهای شدید است.
خشک‌کن خورشیدی چادری
خشک کننده‌های جعبه‌ای
این خشک‌کن‌های خورشیدی به طور وسیعی برای خشک کردن محصولات در مقیاس کوچک به کار می‌روند. این خشک‌کن‌ها شامل یک جعبه‌ی چوبی و یک درب شیشه‌ای شفاف می‌باشند. درون این جعبه مشکی‌رنگ است و مواد غذایی بر روی یک سینی بالاتر از سطح خشک‌کن قرار می‌گیرند. هوا از طریق حفره‌های جلو وارد و از طریق منافذ عقب، خارج می‌شود. این خشک‌کن‌ها بسیار سریع‌تر از خشک‌کن‌های قبل مواد غذایی را خشک می‌کنند. بسته به شرایط محیط، دمای داخلی این خشک کن‌ها حتی تا ۸۰ درجه‌ی سانتی‌گراد نیز می‌رسد.
خشک‌کننده‌های الاکلنگی
این خشک کننده به خاطر حالت الاکلنگی خود، قابلیت تغییر زاویه متناسب با تابش خورشید را دارد. مواد غذایی بر روی یک سری سینی قرار می‌گیرند که سینی‌ها نیز در یک قاب با مثلاً سایز ۱۰۰×۵۰ سانتی‌متر قرار می‌گیرند.
در ساخت خشک‌کننده‌های الاکلنگی سنتی از مواد مختلفی استفاده می‌شد ولی خشک‌کننده‌های الاکلنگی امروزی کمی فرق می‌کنند؛ مثلاً کف آن‌ها از جنس ورقه‌های آهن گالوانیزه‌ی موج دار است که توسط تخته‌های چوبی تقویت شده‌اند. عایق بندی گرمایی خوب می‌تواند توسط به‌کارگیری ورقه‌های عایق از جنس فیبرهای شبه چوب مخصوص، لایه‌های مختلف پلی استایرن، مقواهای راه راه و غیره فراهم شود. عایق‌های مذکور در قسمت خارجی کف خشک‌کن قرار می‌گیرند.
از آنجا که روی سینی‌ها توسط شیشه‌ی شفاف پوشیده شده است، چیزی شبیه به اثر گلخانه‌ای در این خشک‌کن‌ها رخ می‌دهد. زاویه‌ی سینی‌ها نسبت به سطح افقی باید حدود ۳۰ درجه باشد. اندازه‌ی ورودی و خروجی این خشک‌کن دارای یک نسبت مشخص با یکدیگر می‌باشند. مثلاً اگر خروجی هوا ۲۸×۵۰ سانتی‌متر باشد، ورودی باید ۱۵×۵۰ سانتی‌متر باشد. یعنی خروجی هوا باید بزرگ‌تر باشد که این مسائل، علل خاص خود را دارند که در اینجا به آن‌ها نمی‌پردازیم.
خشک‌کننده‌های کابینتی
با مشاهده‌ی شکل‌های زیر با ساختار خشک‌کننده‌های خورشیدی کابینتی آشنا خواهید شد:
(برای بزرگ‌نمایی عکس‌ها بر روی آن‌ها کلیک کنید)
مزیت‌های این‌گونه خشک‌کن‌های خورشیدی عبارتند از:
- اتاق خشک‌کننده‌ی ساده
- بارگیری و تخلیه‌ی ساده
- محصولات غذایی برای خشک شدن نیاز به قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید ندارند، در نتیجه رنگ، خاصیت و ارزش غذایی آن‌ها کاهش چندانی پیدا نخواهد کرد.
- سیستم‌های خشک‌کننده‌ی حرارتی می‌توانند در این خشک‌کن‌ها به کار روند (که در این صورت تبدیل به خشک‌کن اکتیو می‌شوند)
و معایب این خشک‌کن‌ها عبارتند از:
- محصولات به طور یکنواخت خشک نمی‌شوند. (تمایل به خشک کردن در سینی‌های پایین خیلی بیشتر است)
- بازده پایین، وقتی که از سیستم‌های حرارتی استفاده می‌شود.
- گرمای بیش از حد داخل اتاقک و عدم توانایی حذف کامل بخارهای آب. (دمای این خشک‌کن‌ها بین ۷۰ تا ۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌باشد در حالی که برای خشک کردن برنج به دمای ۴۵ درجه و برای خشک کردن لوبیا به دمای ۳۵ درجه نیاز است.)
خشک کننده‌های خورشیدی اکتیو کابینتی
خشک‌کننده‌های خورشیدی اکتیو، خشک‌کننده‌های همرفت اجباری یا هیبرید خورشیدی نیز نامیده می‌شوند. جریان بهینه‌ی هوا می‌تواند جهت خشک کردن محصولات به کار رود در حالی که دما و میزان رطوبت – صرفه نظر از شرایط آب و هوا – در محدوده‌ی وسیعی قابل کنترل می‌باشد. علاوه بر این، توده‌ی هوا کمتر محصور است و جریان هوا بهتر قابل کنترل می‌باشد. بنابراین، قابلیت اطمینان این خشک‌کننده‌ها در مقایسه با خشک‌کننده‌های پسیو، بسیار بیشتر است.
استفاده از خشک کننده‌های خورشیدی با همرفت اجباری می‌تواند روند خشک کردن را تا میزان سه برابر سریع‌تر انجام دهد و همچنین مساحت کلکتور مورد نیاز را تا میزان ۵۰% کاهش دهند. بنابراین می‌توان گفت کارایی این خشک کننده‌ها تقریباً شش برابر خشک کننده‌های قبل است. فن‌های این سیستم‌های خشک‌کننده می‌توانند توان مورد نیاز خود را از شبکه‌ی برق بگیرند یا اگر برق در دسترس نباشد، پنل‌های فتوولتائیک که به زودی در اکوگیک با آن‌ها آشنا خواهید شد قادر خواهند بود تا برق مورد نیاز فن‌ها را تأمین کنند. البته باید به این نکته اشاره کرد که تمامی سیستم‌های خشک کننده‌ی خورشیدی پسیو می‌توانند تبدیل به خشک‌کننده‌ی اکتیو شوند.
خشک‌کن‌های خورشیدی کابینتی با تهویه
به گفته‌ی دانشگاه زیمبابوه اگر برق مورد نیاز فن‌ها از طریق شبکه‌ی برق تأمین شود، نسبت به پنل‌های فتوولتائیک مقرون به صرفه‌تر خواهد بود (!). اگر انرژی مورد نیاز فن سیستم خشک‌کننده از طریق شبکه‌ی برق تأمین شود، می‌توان از یک کنترلر برای تنظیم سرعت فن استفاده کرد که این موجب تنظیم دمای مناسب داخل خشک‌کن می‌شود.
در مواردی که از سیستم‌هایی با توان فتوولتائیک استفاده می‌شود، فن مستقیماً به ماژول خورشیدی متصل می‌شود و با یک انباشتگر و کنترل کننده‌ی بار، کار خود را انجام می‌دهد. افزایش تابش خورشید، منجر به افزایش انرژی الکتریکی تولید شده و سرعت فن می‌شود.
خشک‌کننده‌های خورشیدی با گرمای پشتیبان
یکی از معایب قابل توجه خشک‌کن‌های خورشیدی این است که به طور نرمال، از هیچ گونه پشتیبانی برای تأمین گرمای مورد نیاز خود در مواقعی که نور خورشید نمی‌تابد استفاده نمی‌کنند. برای تولید کنندگان تجاری، این عامل، توانایی آن‌ها را در تولید محصولات بسیار محدود می‌کند. این مسئله زمان خشک کردن را نیز بسیار افزایش می‌دهد زیرا این عمل فقط در مواقع تابش نور خورشید رخ می‌دهد. این نه تنها تولید را محدود می‌کند بلکه منجر به پایین آمدن کیفیت محصول نیز می‌شود. برای تولید کنندگان تجاری در حفظ بازارهای فروش خود، توانایی تولید محصول به طور مداوم و همچنین اطمینان پذیری بسیار مهم است.
زیست توده، معمولاً سوخت چوب، رایج‌ترین منبع انرژی در مناطق روستایی کشورهای در حال توسعه است که سوزاندن چوب نیز مشکلات و مسائل مربوط به خود را دارد. با این اوصاف، آن‌ها نیاز به دستگاه‌های احتراق مقرون به صرفه دارند که مکمل مناسبی برای تکنولوژی‌های خورشیدی باشد.
خشک‌کن‌های گلخانه‌ای
ایده‌ی خشک‌کن خورشیدی گلخانه‌ای، با جایگزین کردن کلکتور خورشیدی با سیستم گلخانه‌ای تحقق می‌یابد. سقف و دیوار این خشک کننده می‌تواند از مواد شفاف مانند شیشه، فایبر گلاس، نوعی پلاستیک تثبیت شده UV و یا کاغذ‌های پلی کربنات ساخته شود. مواد شفاف در یک قاب فولادی و بر روی ستون‌های فولادی با پیچ، مهره و لاستیک ثابت می‌شوند تا از نفوذ رطوبت هوای شرجی یا آب باران به درون اتاقک جلوگیری کند. برای ارتقاع میزان جذب تابش خورشیدی، یک سطح سیاه باید در ساختار آن تعبیه شود. تهویه‌های ورودی و خروجی هوا نیز در مکان مناسبی قرار داده می‌شوند تا توزیع یکنواخت هوا را تضمین کنند.
طراحی مناسب خشک کنهای گلخانه‌ای این امکان را به ما می‌دهد که در قیاس با خشک کنهای کابینتی یک کنترل بهتر بر روی عمل خشک کردن داشته باشیم ضمن اینکه آن‌ها برای ایجاد تعادل در خشک کردن مناسب‌تر می‌باشند.
خشک‌کن خورشیدی گلخانه‌ای با همرفت طبیعی
این خشک‌کن با تابش مستقیم نور خورشید به محصولات کار می‌کند. این محصولات و یک پرده‌ی مشکی جاذب که به طور عمودی آویزان شده، انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و گرم می‌شوند. هوای اطراف نیز با گردش، گرم می‌شود. هوای گرم بوسیله دودکش بالا آمده و از آن خارج می‌شود و به طور همزمان، هوای تازه و تجدید شده از انتهای دیگر خشک‌کن وارد می‌شود.
یک طرح ساده از خشک کنهای طبیعی خورشیدی گلخانه‌ای معمولی تشکیل شده از اتاقک شفاف شبه استوانه‌ای همراه با یک دودکش استوانه‌ای که گازها از آن خارج می‌شوند. هوا، از طریق سمتی پایینی اتاقک وارد می‌شود. دودکش (که برای ارتفاع‌های مختلف طراحی می‌شود) دارای ارتفاع حداکثر ۳ متر از بالای اتاقک و قطر ۱.۶۴ متر است.
یک نوع خشک‌کن خورشیدی گلخانه‌ای دیگر با تهویه‌ی اجباری نیز وجود دارد که در شکل زیر می‌توانید مشاهده کنید.
با تشکر از آقای رسول فاطمی که قسمت‌های پایانی این متن را ترجمه کردند.
