Zeitschrift EE

Zurück zu den Beiträgen

2001-01: Erneuerbare Energien in der Entwicklungszusammenarbeit

Solare Trocknung

Die Landwirtschaft ist der wichtigste Sektor der Wirtschaft Burkina Fasos. Er beschäftigt ungefähr 80 bis 90% der wirtschaftlich aktiven Bevölkerung. Trotz dieses hohen Anteils reicht die Produktion zur Deckung des Bedarfs an Lebensmitteln nicht aus. Als Grund dafür sind die beträchtlichen Nachernteverluste zu nennen, die auf fehlende angepasste Lagerung-, Transport- und Konservierungsmöglichkeiten zurückzuführen sind. Dies zwingt die Produzenten dazu ihre Produkte gleich nach der Ernte zu verkaufen. Die Folgen sind saisonale und regionale Preisunterschiede sowie Engpässe bei der Marktversorgung mit Grundnahrungsmitteln während der Trockenzeit. Durch Konservierung könnte dem entgegengewirkt werden.

Solare Lufttrocknung von Erntegütern in Burkina Faso

Von Ambros Osakwe und Herbert Weingartmann*

Das Staatsgebiet von Burkina Faso erstreckt sich zwischen 9° und 15° nördlicher Breite sowie 2° östlicher und 6° westlicher Länge. Nach der Vegetation und Klima lässt sich die Landschaft von Süden nach Norden in drei Hauptgebiete gliedern: Die Feuchtsavanne mit fünf Trockenmonaten (November bis März) und Jahresniederschlag von 1000 bis 1300 mm, die Trockensavanne mit sieben Trockenmonaten (Oktober bis Mai) und Jahresniederschlägen von 850 mm, sowie die Dornstrauchsavanne im Norden des Landes mit mehr als 260 Tagen Trockenzeit (September bis Juni) und einer jährlichen Niederschlagsmenge von 400 bis 500 mm. Die Temperaturen schwanken im Landesdurchschnitt zwischen 11°C im Jänner und 45°C im April (ÖFSE, 1994). Die Sonneneinstrahlung ist während des größten Teils des Jahres sehr hoch.
Die Trocknung der Erntgüter mit Hilfe der Sonne ist die verbreitetste Trocknungsmethode in Burkina Faso. Das Gut, das auf dem Boden oder Dach ausgebreitet ist, absorbiert die auftreffende Sonneneinstrahlung und erwärmt sich. Die verdampfende Feuchtigkeit wird von vorbeiströmender Luft abgeführt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es einfach und kostengünstig ist. Allerdings ist das getrocknete Produkt von schlechter Qualität, infolge Kontamination durch Staub, Insektenbefall und Infektion mit Mikroorganismen (Schimmelpilzen und Bakterien). Als weiterer Nachteil ist der hohe Arbeitsaufwand zu nennen. Das Gut muss bei Schlechtwetter und nachts zugedeckt und regelmäßig gewendet werden. Weiters müssen herumlaufende Haustiere ständig verjagt werden, um das Erntegut vor diesen zu schützen.
Im Jahre 1998 wurde im Rahmen des HOPE´87 EZA-Projektes sowie des Kooperationsprojektes von HOPE´87 und der AEE fünf Solartrocknungsanlagen für drei Frauengruppen und zwei landwirtschaftliche Ausbildungszentren installiert. Es handelt sich bei dem eingesetzten Trockner um den am Institut für Land-, Umwelt- und Energietechnik entwickelten energieautarken indirekten Solartrockner, der zwei Jahre zuvor im HOPE´87 EZA-Projekt in der Casamance (Südsenegal) erfolgreich eingesetzt wurde. Ziele des Projekts waren, wie im Senegal, eine Einkommensschaffung für Jugendliche (junge Frauen) durch den Einsatz von angepasster Technologie, die ganzjährige Versorgung der Bevölkerung mit hochwertigen getrockneten Früchten und Gemüse, und schließlich die Verminderung der Lagerverluste von Obst (Mangos, Papayas, Bananen) und Gemüse (Tomaten, Okra, Karotten, Zwiebel, usw.) durch die Verarbeitung zu Trockenprodukten.

Aufbau und Funktionsprinzip des Solartrockners

Die energieautarke Solartrocknungsanlage, schematisch dargestellt in Abbildung 1, besteht aus einem Photovoltaik-System, welche für das Gebläse, die Verpackungsmaschine und die Beleuchtung elektrischen Strom erzeugt, dem Luftkollektor, in dem die Luft erwärmt wird und zwei Trocknungskammern mit je sechs Trocknungshorden. Dies ergibt eine Gesamttrocknungsfläche von 12 m2.
Die aus der Umgebung einfallende direkte und diffuse Strahlung trifft auf einen schwarzlackierten porösen Absorber und wird dort in thermische Energie umgewandelt. Die Luft wird mit Hilfe eines zweistufigen Radialgebläses (DC-Motor) angesaugt und durchströmt anschließend den porösen Absorber, wo sie erwärmt wird. Die warme Luft tritt seitlich unten in die Trocknungskammer ein und durchströmt das Hordengut. Die feuchte Luft verlässt die Kammer durch die Austrittsöffnung an der Rückseite.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des energieautarken indirekten Solartrockners

Der Luftkollektor ist auf dem Dach des Trocknungshauses montiert, das 6 m lang und 4,5 m breit ist. Der Neigungswinkel des Daches beträgt 15° und ist nach Süden orientiert. Dieser Neigungswinkel entspricht etwa der geographischen Breite des Orts und ermöglicht die Maximierung des jährlichen Strahlungsempfangs durch den Kollektor.

Trocknung von verschiedenen Gemüse- und Obstsorten

Ein wesentlicher Vorteil der Anlagen besteht darin, dass verschiedene Gemüse- und Obstsorten damit getrocknet werden können. Während die Trockenfrüchte (vorwiegend Trockenmangos) für den Exportmarkt bestimmt sind, wird das Trockengemüse am Lokalmarkt verkauft. Bei fertiggetrockneten Auberginen bleibt durch den Schutz des Guts vor der direkten Sonneneinstrahlung die grüne Farbe weitgehend erhalten. Die Trocknungsdauer beträgt 1½ Tage gegenüber 4 bis 5 Tagen bei der traditionellen direkten Trocknung. Neben Auberginen werden eine Reihe von Gemüse (Tomaten, Zwiebeln, Zwiebelblätter, Kraut, Okra Karotten, sowie Hibiskusblüten, usw.) und Obst (Mangos, Bananen, Ananas, usw.) getrocknet. Abbildung 4 zeigt geschnittene Mangoscheiben auf der Trocknungshorde. Auch hier beträgt die Trocknungsdauer etwa 1½ Tage. Das Trockenprodukt ist von sehr guter Qualität und entspricht, laut Ergebnissen der Untersuchung durchgeführt an einer Lebensmitteluntersuchungsanstalt, dem österreichischen Lebensmittelkodex.

 

Abbildung 2: Mangoscheiben auf der Trocknungshorde

Diskussion der Messergebnisse

Während der Einschulungen unmittelbar nach der Montage wurden an den baugleichen Anlagen Messungen der wichtigsten Parameter durchgeführt. Folgende Größen wurden erfasst:

  • Temperaturen: Außenluft, Trocknungsluft, Abluft
  • absolute Luftfeuchte (aus Taupunktmessung) der Außenluft und der Abluft
  • Volumenstrom der Trocknungsluft
  • Betriebszustand des Gebläses (Spannungsmessung)

Die Messperioden betrugen jeweils 3 Tage je Anlage. Die Datenerfassung mit Ausnahme der Luftstrommessung erfolgte mittels Daten-Logger in einminütigen Intervallen. Damit können trotz der relativ kurzen Messperioden zuverlässige Messergebnisse erzielt werden. Die Volumenstrommessungen erfolgten mehrmals mit Hilfe eines Hitzdrahtanemometers im Abluftstrom.

Ergebnisse Ouagadougou

Die Anlage der Frauengruppe in Ouagadougou wurde während der Messperiode noch ohne Gutbeladung betrieben. Daher sind auch die Abluftwerte nicht relevant. Als Beispiel seien die Ergebnisse des 13.11.1998 angeführt. In Abbildung 5 ist der gesamte Tagesgang der Temperaturen dargestellt. Mit dem Einschalten des Gebläses um ca. 12 Uhr auf Stufe 1 erhöhte sich die Trocknungslufttemperatur sprunghaft auf bis zu 70°C (Delta T = ca. 35 K). Das Umschalten auf Stufe 2 hat ein Absenken der Temperatur zur Folge. Der mittlere Luftstrom auf Stufe 1 betrug ca. 240 m3/h, auf Stufe 2 ca. 590 m3/h.

Abbildung 3: Tagesgang der Temperaturen. TA = Außentemperatur; T(Trockner) = Trocknungslufttemperatur; DeltaT = die Anwärmung der Luft durch den Luftkollektor; "St1" und "St2" bedeuten den Betriebszustand des zweistufigen Gebläses: 1=EIN, 0=AUS.

Abbildung 4: Tagesgang der absoluten Luftfeuchte, des Sättigungsdefizits der Außenluft (SDA) und der Trockenluft (SDTR) Ouga, 13.11.98

Abbildung 4 gibt den Tagesgang der absoluten Luftfeuchte (xA) am 13.11.1998, sowie des Sättigungsdefizites der Außenluft (SDA) und der Trocknungsluft (SDTR) wieder. Es ist sehr deutlich zu sehen, wie das SDTR mit der Trocknungslufttemperatur verläuft. Das Anwärmen der Luft führt bis zu einer Verdreifachung des Sättigungsdefizites. Das bedeutet auch, dass die Trocknungsfähigkeit der Luft in diesem Ausmaß gesteigert wird.
Am Rande sei noch auf ein interessantes Phänomen aufmerksam gemacht: An diesem Tag sank zwischen 9 und 13 Uhr die absolute Luftfeuchte plötzlich stark ab. Dies ist kein Messfehler, sondern die Folge der allmählich und sporadisch einsetzenden trockenen NO-Winde aus der Sahara, die - normalerweise erst im Dezember einsetzend - den Menschen wegen der austrocknenden Wirkung und wegen der Staubbelastung zu schaffen machen.

Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen

Die Funktion der in Bourkina Faso installierten Anlagen erwies sich als zufriedenstellend. Die Ausstattung mit einem zweistufigen Gebläse erweitert die Möglichkeiten der Anlage bezüglich Anpassungsfähigkeit und Effizienzsteigerung. Die getrockneten Produkte sind von guter Qualität. Dies ist auf die Verkürzung der Trocknungsdauer gegenüber der traditionellen direkten Trocknung zurückzuführen. Ein weiterer Grund für die gute Qualität liegt darin, dass das Trocknungsgut vor der direkten Sonnenstrahlung geschützt wird. Durch den Einsatz des Solartrockners konnte Einkommen für Kleinbauern und Verarbeitungsgruppen, meist Frauen und Jugendlichen, geschaffen werden.

Literatur
1. Osakue, A. (1994): Konservierung von Yam durch solartechnische Trocknung. - Dissertation, Universität für Bodenkultur, wien.
2. ÖFSE- Österreichische Forschungsstiftung für Entwicklungshilfe (1994) - Länderprofil Burkina Faso.
3. Weingartmann, H. (1988): Der Einsatz der Solarenergie in der Unterdachtrocknung von Welkheu. - Habilitationsschrift, Universität für Bodenkultur, Wien.

*) Dipl.-Ing. Dr. Ambros Osakwe ist Lektor am Institut für Land-,Umwelt- und Energietechnik der Universität für Bodenkultur, Wien.
Univ. Doz. Dr.
Herbert Weingartmann ist Professor am Institut für Land-,Umwelt- und Energietechnik der Universität für Bodenkultur [^]

Top of page