Солнечные печи для приготовления пищи. Солнечная духовка своими руками. Альтернативная энергия солнца
Я уже писал статью о том как изготовить параболическую солнечную печь на основе спутниковой антенны. Подобная печь показала отличные характеристики и эффективность. Однако не у каждого есть ненужная спутниковая антенна, а покупать ее специально для изготовления солнечной печи весьма затратно. Поэтому в данной статье будет рассказано о изготовлении параболической солнечной печи на основе фольги и картона.
Материалы, которые использовал автор для создания данной модели солнечной печи:
1) гофрированный картон
2) канцелярский нож
3) клей
4) полированная фольга
5) болты м4 20 мм
6) широкие шайбы
7) ткань
8) проволока
Рассмотрим максимально подробно план создания параболической солнечной печи, а так же основные отличительные особенности данной модели.
И так, автор решил изготовить солнечную печь в форме спутниковой антенны, используя картон как основной материал.
Если быть точнее, то использовался гофрокартон от обычных картонных коробок. Поэтому для того, чтобы все элементы были достаточно ровные и прочные, автор скрепил при помощи клея два таких листа таким образом, чтобы волны гофрокартона каждого из листов были перпендикулярны друг другу.
Для упрощения изготовления солнечной печи, автор сделал несколько схем, по которым и шло строительство .
Автор решил создавать параболу из 12 частей одинаковых размеров. Согласно приведенным на схемах размерам, будущая солнечная печь будет площадью около 0.8 м. кв. Однако вы можете увеличить элементы в масштабе таким образом получив большую площадь поверхности параболической солнечной печи, что в свою очередь увеличит максимальную температуру, которую сможет создавать данная печь.
Для того, чтобы ускорить процесс вырезания элементов солнечной печи из листов картона, автор расчертил один элемент и сделал его шаблонным. Далее данный шаблонный сегмент просто прикладывался к картону и при помощи канцелярского ножа вырезались все остальные сегменты.
Чтобы защитить и укрепить элементы солнечной печи, автор сделал их окантовку. Для этого к каждому элементу по краям была приклеена полоска шириной 5 см из плотной бумаги. Так же элементы были соединены между собой при помощи приклеенной полоски ткани, которая будет выступать в роли шарнирного соединения. Такое соединение позволит складывать солнечную печь при необходимости для ее хранения либо перемещения.
Так как автор предпочел использовать смеху сложения печи "гармошка", то полоски ткани между сегментами крепились поочередно то с лицевой стороны то с тыльной. При этом автор оставлял зазор между каждым элементом шириной в 2-3 мм, таким образом края элементов не будут испытывать дополнительной нагрузки при складывании солнечной печи.
После того, как все элементы были соединены вместе, автор получил необходимую параболу. Следующим шагом на ее внутреннюю поверхность была приклеена фольга. Автор использовал именно полированную фольгу, так как она обладает достаточно большим отражающим эффектом. В магазинах продаются самоклеющиеся обои с зеркальной поверхностью, которые так же отлично подойдут для обклеивания внутренней поверхности солнечной печи.
Для фиксации элементов в форме параболы автор прикрутил несколько болтов к первому и двенадцатому сегменту солнечной печи. Автор использовал болты М4 20 мм и широкие шайбы для их надежной фиксации, так как они будут вкручиваться в картон.
В точке схождения элементов солнечно печи автор сделал круглую плоскость из фанеры. Эта плоскость выполняет роль заглушки, а так же фиксатора узкой части элементов солнечной печи. Для этого автор использовал проволоку, которая будет крепить элементы к данной заглушке.
Все это отлично показано на схематичных картинках снизу:
Как видно из данной схемы, проволока вставляется в отверстие в каждом сегменте через один, после чего все сегменты у основания обматываются веревкой и надежно фиксируются.
Для того, чтобы сделать подставку, на которую будет устанавливаться кастрюля, автор использовал деревянный брусок и металлическую решетку.
Таким образом можно легко регулировать угол наклона самой солнечной печи и расположение в ней кастрюли, которое прямиком зависит от положения солнца на уровне горизонта.
Так как солнечная печь преимущественно состоит из картона и фольги, то она довольно легкая, поэтому при установке ее необходимо фиксировать, чтобы ее не сдул ветер. Фиксация солнечной печи происходит при помощи растяжек, а для того, чтобы геометрия печи не страдала от данных растяжек, автор стягивает параболу веревкой.
Удивительно, но при ясной погоде скорость приготовления пищи, по заверениям автора, в два раза больше, чем при использовании газовой печки. Другими достоинствами данной печки является то, что она весьма дешева в изготовлении, так как не требует дорогих материалов. Благодаря складывающейся конструкции, эту солнечную печь очень легко транспортировать и хранить, к тому же она весьма легкая, так как основной ее составляющей является картон.
Солнечная печь – это автономная печь, работающая без использования горючего топлива и электроэнергии, а только за счет солнечной энергии, которая является экологичным бесплатным возобновляемым природным ресурсом большой емкости.
Описание:
Солнечная печь – это автономная печь, работающая без использования горючего топлива и электроэнергии , а только за счет солнечной энергии, которая является экологичным бесплатным возобновляемым природным ресурсом большой емкости.
Для максимальной эффективности солнечная печь должна использоваться в местах с высокой освещенностью, с наибольшим количеством дней ясной погоды и теплой температурой окружающей среды. Чем меньше освещенность и холоднее температура окружающей среды, тем меньше КПД печи.
Общий принцип работы солнечных печей:
Конструкция солнечной печи может быть любой, но принцип их работы одинаковый.
Прямые и отраженные от зеркальной поверхности солнечные лучи направляются и концентрируются, повышая температуру в определенной области, в которую ставится посуда для приготовления пищи, окрашенная в темный цвет для лучшего нагрева.
Преимущества:
– автономность. Солнечная печь не зависит от подключения к сети электроснабжения, склада и топлива , так как для работы она использует только тепловую энергию от солнца,
– экологичность. Работа печи не наносит вред окружающей среде,
– мобильность. Возможность перенести печь в нужно место без особых усилий,
– пожаробезопасность. Исключено использование горючего топлива и электричества.
Применение:
Солнечная печь используется для:
– нагревания воды;
– приготовления пищи;
При меняющихся условиях окружающей среды, солнечную печь можно использовать совместно с другими видами печей для экономии топливных ресурсов.
Виды солнечных печей, которые наиболее распространены:
Коробчатый вид:
Солнечная печь представляет собой ящик, закрывающийся сверху стеклом, которое пропускает внутрь солнечные лучи, но не выпускает наружу тепловую энергию. По боковым сторонам конструкции для увеличения нагрева устанавливаются отражающие панели, которые при настроенном угле наклона направляют внутрь печи лучи солнца. В таком виде печей предусматривается, чтобы панели закрывались после использования для более удобной и безопасной транспортировки и хранения.
Для нагрева печь использует прямые и отраженные рассеянные солнечные лучи.
Параболический отражатель:
Солнечная печь представляет собой вогнутый зеркальный диск, в фокусе которого размещена площадки для емкости, где происходит приготовление пищи. Такой вид солнечных печей требует подстройки под солнце, что осуществляется ручным или автоматическим приводом, который позволяет направлять конструкцию по движению солнца и получать максимальную тепловую энергию.
Солнечная печь выполняется по разным технологиям, поэтому устройство её отличается друг от друга. Произведенные в промышленном варианте такие изделия отличаются высокой ценой. Много моделей можно сделать самому, приложив к этому минимум средств и максимум усилий. Прежде чем начать анализ самодельных моделей, рассмотрим одну промышленную печь для общего развития – GoSun.
В основе данного решения используется две технологии: вакуумная трубка принимает на себя концентрированную энергию из зеркальной подставки – концентратора. Таким образом температура внутри трубки достигает за несколько минут до 280°С, что дает варить, парить, жарить любые блюда. Существует ряд сайтов с рецептами адаптированными для такой печи. Этот метод приготовления ничем не уступает привычным существующим, лишь добавляет экологичности процессу.
Эксплуатация и виды
Эксплуатировать подобного рода устройства лучше летом в открытой незатенённой местности. На всех видах концентраторов такой энергии используется светоотражающие поверхности, поэтому следует беречь глаза от лучей, путём одевания солнцезащитных очков при работе с печью.
Первый вид из спутниковой антенны
Печь на основе старой спутниковой антенны. Чтобы котелок не загораживал солнце, следует выбирать офсетный тип антенны, принцип работы показан на рисунке ниже.
Зеркало антенны следует обклеить светоотражающей пленкой. На месте, где стоял спутниковый конвертер, следует оборудовать варочное место, куда устанавливается или подвешивается посуда для приготовления или разогрева пищи. Для обеспечения максимальной температуры следует, каждые пол часа, двигать антенну, тем самым сохраняя максимальный тепловой фокус на объекте подогрева. Второй вид – из линзы Френеля. С помощью нее получают дистиллированную или пресную воду. Применяют в тех районах, где есть недостаток пресной воды или на морском побережье. В эпицентре луча температура может достигать 1000°С, что является опасностью для получения термических ожогов. Поэтому пользоваться нужно с особой осторожностью.
Основа конструкции – линза Френеля. Раньше применяли при производстве телевизоров, можно достать её оттуда или просто приобрести. Именно в линзе будет состоять цена вопроса изготовления печи. Изготовление состоит в сооружение рамы под имеющуюся линзу как показано ниже на иллюстрации.
Третий вид из картона. Аналогичен первому рассмотренному, только антенна изготовляется из картона. Вырезается основа, сворачивается в параболическую тарелку. На внутреннюю чашку наклеивается отражающий слой алюминиевой фольги.
В качестве примера рассмотрим отражатель с фокусным расстоянием 130 мм и диаметром 800 мм. Размер при необходимости масштабируется. Потребуется лист размером: метр на метр. Он может быть цельным или составным из двух или четырёх кусков. Рисуем четыре концентрических окружности с радиусами, показанными в таблице. Делим их на 8 равномерно расположенных диаметров (на 22,5°). Каждый состоит из 16 одинаковых секторов.
На каждом симметрично отмечается дуга, длина которой показана ниже в таблице. Эти значения – полная длинна дуги, включая обе стороны деления. Каждая дуга проходит на очень малом угле (меньше 5°) она практически неотличима от соответствующего шнура.
Следует соединить, приблизительно вдоль радиального направления, конечные точки только что обозначенных дуг. Требуется отрезать площадь за пределами самой большой окружности. Клины, обозначенные соединениями на рисунке ниже, не будут собирать лучи. Они будут либо удалены, либо использованы в качестве полей для соединения соседних весел. Разрезать радиальные соединения спешить не надо, инструкция будет дана позже.
Вёсла согнуты над кругами, нарисованными ранее, для создания граней. Кружки показаны пунктирными линиями на рисунке выше. Сделать изгиб по дуге непросто, если листовой материал не очень тонкий и эластичный.
Сборка
Лист состоит из частей, соединённых по кругу. Лучший способ – дублировать его на одной части. Нужно прикрепить каждую часть рефлектора поверх дубликата.
После изгиба лопасти перекрываются так, чтобы одна находилась выше или ниже обоих соседей. Важно, чтобы весло имело два поля, по одному с каждой стороны. Лопатки с полями и без них чередуются по окружности: рисунок ниже. Вёсла с полями будут ниже весла без полей.
Так как лопасти являются плоскими, происходит переход между ними и перекрывающимися областями. Чтобы избежать помех в переходной зоне, предусмотрите некоторый зазор между смежными лопастями. Дополнительную ширину можно срезать лопастями с полями или без них, смотрите рисунок выше.
Отверстие диаметром около 5 мм просверлите на кончике каждого клина. Эти отверстия слишком малы, чтобы они были показаны на рисунке выше. Они облегчат резку.
Вёсла соединяйте вместе разными средствами: скобами, гвоздями, клеем, шитьем или иначе. Оптимальное решение зависит от листового материала и доступности по цене крепежа.
В редком случае, когда плоский лист очень толстый, лопасти могут упираться друг в друга. В этом случае нет никаких гарантий. Нужно предусмотреть некоторый зазор для клея. В дополнение: нанесённые в зазор клейкие ленты также можно наносить на внутреннюю и внешнюю поверхности, чтобы удерживать лопасти вместе. Ленты, нанесённые на поверхность нужны очень тонкие, чтобы не искажать отражающую поверхность.
Энергия солнечного света. Следует прикреплять одну лопасть за раз, по или против часовой стрелки. Сначала присоединив каждую лопасть из внешней секции. Аналогично продолжая движение внутрь. Перед началом работы над другим веслом требуется прикрепить все секции весла.
Отражательная плёнка применяется после того, как параболический отражатель примет форму. Алюминиевая фольга для обычного использования идеальна на кухне. Более толстая (более тяжелая) пленка будет более долговечной. Алюминиевая пластиковая пленка, используемая в пакетах для продуктов питания и напитков, или подарочная упаковка, приемлема, но немного менее эффективна и заметно менее прочная, чем алюминиевая фольга.
Обычно фольга приклеивается к отражателю. Клей нужно использовать на водной основе. Сюда относится клей из муки, риса или крахмала. Чтобы избежать появления морщин на пленке, пользуйтесь тонким, нетекучим клеем.
Легче склеивать фольгу на плоском листе, чем на параболическом блюде. Однако, если лист очень тонкий, процесс изгиба листа будет создавать морщины на покрытии. Поэтому лучше всего приклеивать ее после изготовления картонной тарелки. Листовой материал, который расширяется и значительно сокращается при влажности и температуре, также имеет тенденцию создавать морщины на пленке. Поэтому картон не является идеальным листовым материалом. Морщины снижают эффективность. Они также сокращают срок службы отражающего покрытия.
Сначала фольгу нужно нарезать на трапеции. Два одинаковых трапеции могут быть вырезаны из прямоугольника с очень небольшим количеством отходов (рисунок ниже). Сначала попробуйте использовать газету для определения оптимальной ширины, длины и наклона, так как это зависит от формы и размера вашей фольги. Короткие слоты могут быть разрезаны по краям трапеции, так что она может накладываться без морщин. Трапеции полностью покрывают все грани, за исключением того, что круг будет покрыт фольгой в конце.
На рисунках показано: а) вырезание двух трапециевидных частей из прямоугольной; б) сокращение коротких слотов вдоль краёв каждого клина
Тщательно покрываем поверхность весла клеем. Однако не стоит им злоупотреблять, если листовой материал (например, картон) может набухать во влажном состоянии. Для того, чтобы избежать появления пузырьков, сначала нужно прицепить небольшую часть фольги на весло. Держите большую часть пленки в воздухе, без клея. Медленно растягивая захваченную область, нажимаем на нее. Фольгу прикрепляется около ее центральной линии (вдоль ее длины). Будет очевидно, насколько она изгибается и перекрывается вблизи ее краев. Норма, если избыточный клей будет выходить на отражающую поверхность, он сотрется позже.
Когда отражающая поверхность покрыта отражателем, аккуратно следует протереть ее влажной чистой тканью. Вытирание удаляет излишки клея, выравнивает приклеенную пленку. Нужно дать клею высохнуть, это может занять несколько дней, если листовой материал проницаем для воды. Затем повторно требуется протереть влажной чистой тканью, чтобы удалить оставшийся клей и размазать.
Готовое изделие устанавливаем на поворотную опору, над фокусом солнечной энергии изготавливаем конструкцию держатель для варочной посуды.
Экология потребления.Наука и техника:Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства.
Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.
Ящичные солнечные печи
Ящичные солнечные печи состоят из хорошо изолированной коробки, окрашенной внутри в черный цвет, в которую помещают черные кастрюли с едой. Коробка накрывается двухслойным "окном", которое пропускает солнечное излучение в ящик и удерживает тепло внутри. Вдобавок к нему крепится крышка с зеркалом на внутренней стороне, которая, будучи откинутой, усиливает падающее излучение, а в закрытом виде улучшает теплоизоляцию печи.
Основные преимущества ящичных солнечных печей:
- Используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение.
- В них можно нагревать одновременно несколько кастрюль.
- Они легки, портативны и просты в обращении.
- Им не нужно поворачиваться вслед за Солнцем.
- Умеренные температуры делают помешивание не обязательным.
- Еда остается теплой целый день.
- Их легко изготовить и отремонтировать, используя местные материалы.
- Они относительно недороги (по сравнению с другими типами солнечных печей).
Присущи им, конечно, и некоторые недостатки:
- С их помощью можно готовить только в дневное время.
- Из-за умеренной температуры на приготовление пищи требуется продолжительное время.
- Стеклянная крышка приводит к значительным потерям тепла.
- Такие печи "не умеют" жарить.
Благодаря своим преимуществам, солнечные печи-ящики являются наиболее распространенным видом солнечных печей. Они бывают разных видов: промышленного производства, кустарные и самодельные; формой могут напоминать плоский чемоданчик или широкий низкий ящик. Бывают и стационарные печи, сделанные из глины, с горизонтально расположенной крышкой (в тропических и субтропических районах) или наклонной (в умеренном климате). Для семьи из пяти человек рекомендуются стандартные модели с площадью апертуры (входной площади) около 0,25 м2. В продаже встречаются и более крупные варианты печей -- 1 м2 и более.
Так как тепло, поглощенное внутренней поверхностью коробки, должно передаваться кастрюлям, лучший материал для коробки - алюминий, обладающий высокой теплопроводностью. К тому же, алюминий не подвержен коррозии. Например, стальной ящик, даже с гальваническим покрытием, не может долго противостоять горячей и влажной среде внутри печи в процессе приготовления пищи. Листовая же медь слишком дорога.
Снаружи коробки нельзя прикреплять металлические детали, которые могут создать тепловые мостики. Теплоизоляционным материалом может служить стекло, синтетическая вата или какой-нибудь природный материал (шелуха арахиса, кокосовых орехов, риса, кукурузы и т. д.). Какой бы материал ни использовался, он должен оставаться сухим.
Крышка печи может состоять из одного или двух стекол с воздушной прослойкой. Расстояние между двумя слоями стекла обычно составляет 10-20 мм. Исследования показали, что использование прозрачного материала с ячеистой структурой, который делит внутреннее пространство на маленькие вертикальные ячейки, может существенно уменьшить теплопотери печи, таким образом увеличивая ее эффективность. Внутреннее стекло подвергается термическому воздействию, поэтому часто используется закаленное стекло; или же оба слоя могут состоять из обычного стекла толщиной около 3 мм.
Внешняя крышка солнечной печи является отражателем, который усиливает падающее излучение. Отражающей поверхностью может служить обычное стеклянное зеркало, пластмассовый лист с отражающим покрытием или небьющееся металлическое зеркало. В крайнем случае, можно использовать фольгу от сигаретных пачек.
Внешняя коробка солнечной печи может быть изготовлена из дерева, стеклопластика или металла. Стеклопластик легок, недорог и водостоек, но не очень долговечен в условиях непрерывного использования. Древесина прочнее, но тяжелее и более подвержена порче из-за влажности. Алюминиевые листы в сочетании с деревянными креплениями образуют наиболее качественную поверхность, устойчивую к механическим воздействиям, перепадам температуры и влажности. Армированная алюминием деревянная коробка наиболее прочная, но она стоит дороже и достаточно тяжелая, к тому же ее изготовление требует времени.
Производительность стандартной солнечной печи с площадью апертуры 0.25 м2 достигает около 4 кг пищи в день, т.е. достаточна для семьи из пяти человек.
Пиковая температура внутри солнечной печи может достигать более 150 оC в солнечный день в тропиках; это примерно на 120 оC выше температуры окружающего воздуха. Так как вода, содержащаяся в продуктах питания, не нагревается выше 100 оC, то температура внутри наполненной печи всегда будет соответственно ниже.
Температура в солнечной печи резко понижается, когда в нее помещают посуду с пищей. Важно и то, что температура остается значительно ниже 100 оC большую часть времени приготовления. Но температура кипения 100 оC не нужна для приготовления большинства овощей и каш.
Среднее время приготовления пищи в солнечной печи составляет 1-3 часа в хороших солнечных условиях и умеренной загрузки. Использование тонкостенных алюминиевых кастрюль значительно сокращает время приготовления по сравнению с посудой из нержавеющей стали. Кроме того, влияют и такие факторы:
- Время приготовления сокращается в условиях большой освещенности, и наоборот.
- Высокая температура окружающего воздуха сокращает время приготовления, и наоборот.
- Небольшой объем пищи за одно приготовление снижает время готовки - и наоборот.
Зеркальные печи (с отражтелем)
Простейшая зеркальная печь представляет собой параболический рефлектор и подставку для кастрюли, расположенную в фокусе печи. Если печь выставлена на Солнце, то солнечный свет отражается от всех рефлекторов в центральную точку (фокус), нагревая кастрюлю. Рефлектор может представлять собой параболоид, изготовленный, например, из листовой стали или отражающей фольги. Отражающая поверхность обычно изготовлена из полированного алюминия, зеркального металла или пластика, но может состоять также из множества маленьких плоских зеркал, прикрепленных к внутренней поверхности параболоида. В зависимости от нужного фокусного расстояния, рефлектор может иметь форму глубокой миски, в которую полностью погружается кастрюля с едой (короткое фокусное расстояние, посуда защищена от ветра) или мелкой тарелки, если кастрюля устанавливается в фокусной точке на определенном расстоянии от рефлектора.
Все печи-отражатели используют только прямое солнечное излучение, и поэтому должны постоянно поворачиваться за Солнцем. Это усложняет их эксплуатацию, так как ставит пользователя в зависимость от погоды и регулирующего устройства.
Преимущества зеркальных печей:
- Способность достигать высоких температур и, соответственно, быстрое приготовление пищи.
- Относительно недорогие модели.
- Некоторые из них могут служить также для выпечки.
Перечисленным достоинствам сопутствуют и некоторые недостатки:
- В зависимости от фокусного расстояния, печь должна поворачиваться за Солнцем примерно каждые 15 минут.
- Используется только прямое излучение, а рассеянный солнечный свет теряется.
- Даже при небольшой облачности возможны большие потери тепла.
- Обращение с такой печью требует определенного навыка и понимания принципов ее действия.
- Отраженное рефлектором излучение очень ярко, слепит глаза, и может привести к получению ожога при контакте с фокальным пятном.
- Приготовление пищи ограничивается дневными часами.
- Повару приходится работать на жарком солнце (за исключением печей с фиксированной фокусировкой).
- Эффективность печи в большой степени зависит от изменяющейся силы и направления ветра.
- Блюдо, приготовленное днем, к вечеру остывает.
Сложность обращения с этими печами в сочетании с тем фактом, что повар вынужден стоять на Солнце, является главной причиной их невысокой популярности. Но в Китае, где приготовление еды традиционно требует высокой температуры и мощности, они широко распространены.
Тепловая мощность
Тепловая мощность солнечной печи определяется количеством солнечной радиации, рабочей поглощающей поверхностью печи (обычно между 0,25 м2 и 2 м2) и ее термическим КПД (обычно 20-50%). В таблице сравниваются типичные значения площади, эффективности и мощности для ящичной печи и печи-отражателя.
Стандартные значения площади, эффективности и производительности ящичной печи и печи-отражателя
Как правило, печи-рефлекторы имеют гораздо большую рабочую поверхность, чем ящичные. Следовательно, они намного мощнее, на них можно кипятить больше воды, готовить больше еды, или обрабатывать сопоставимые количества за меньший промежуток времени. С другой стороны, их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.
В тропических и субтропических странах можно рассчитывать на ясную погоду и нормальную ежедневную освещенность почти круглый год. Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м2, вполне реально рассчитывать на тепловую мощность в 50-350 Вт, в зависимости от типа и размера плиты. Количество излучения утром и в дневные часы, естественно, ниже и не может полностью компенсироваться системой слежения за Солнцем.
Для сравнения: сжигание 1 кг сухой древесины производит приблизительно 5000 Вт, помноженные на термический КПД плиты (15 % для примитивного очага и 25-30 % для улучшенной кухонной плиты, используемой в развивающихся странах). Тепловая мощность, фактически достигающая посуды, составляет, таким образом, 750-1500 Вт.
Количество солнечной радиации резко снижается при облачности и в сезон дождей. В условиях нехватки прямого излучения солнечная печь непригодна ни для чего, кроме хранения готовой еды в теплом виде. Слабым местом солнечных печей (независимо от их типа) является то, что в облачные и дождливые дни (2-4 месяца в год для большинства развивающихся стран) пищу приходится готовить при помощи обычных средств: на дровах, газовой или керосиновой горелке.
Солнечное излучение и печи
Главной предпосылкой успешного использования солнечной печи является адекватная освещенность с небольшим числом облачных дней в течение года. Продолжительность и интенсивность солнечного излучения должны позволять использование солнечной печи в течение длительных периодов. В то время как в Центральной Европе приготовление пищи с использованием солнечной энергии возможно в солнечный летний день, для солнечной печи желательно минимальное количество солнечной энергии 1500 кВт·ч/м2 в год (что соответствует средней ежедневной инсоляции 4 кВт·ч/м2). Но среднегодовые показатели могут иногда вводить в заблуждение. Существенное условие для пригодности солнечной печи - это стабильная летняя погода, то есть регулярные, предсказуемые периоды безоблачных дней.
Ресурсы солнечной энергии в разных странах существенно отличаются даже в пределах тропического пояса в странах третьего мира. К примеру, солнечное излучение в большинстве регионов Индии считается очень хорошим с точки зрения использования солнечной энергии. Среднее количество солнечной энергии составляет от 5 до 7 кВт·ч/м2 в день в зависимости от региона. На большей части территории страны освещенность достигает минимума в течение сезона дождей и почти так же мала в течение декабря и января.
Климат и солнечный потенциал Кении благоприятны для использования солнечных печей. Кения расположена близко к экватору и поэтому имеет тропический климат. В столице страны Найроби количество солнечной энергии составляет от 3,5 кВт·ч/м2 в день в июле до 6,5 кВт·ч/м2 в день в феврале, а в других областях остается практически неизменной (6,0 - 6,5 кВт·ч/м2 в день в провинции Лодвар). Солнечная радиация в Найроби позволяет готовить пищу с помощью солнечной энергии девять месяцев в году (кроме июня-августа). С другой стороны, в облачные или туманные дни приходится полагаться на традиционные виды топлива. Однако, в провинции Лодвар солнечными печами можно пользоваться круглый год.
Солнечные печи для развивающихся стран
Цель использования солнечных печей, несомненно, заключается в экономии энергии в условиях двойного энергетического кризиса: кризис бедных слоев населения, заключающийся в возрастающей нехватке дров, и кризис национальной энергетики - возрастающее давление на ее платежный баланс.
По сравнению с другими странами, развивающиеся страны потребляют очень мало энергии. К примеру, норма потребления энергии на душу населения в Индии в 1982 году - 7325 ГДж - была одной из наименьших в мире. Но уровень потребления энергии этой страны растет почти в два раза быстрее, чем ее валовой национальный продукт. То же самое происходит и в других развивающихся странах.
Большинство жителей развивающихся стран получает основную часть потребляемой ими энергии из некоммерческих источников: из традиционных местных ресурсов энергии, за счет своего физического труда. Они просто не могут позволить себе купить нужное количество коммерчески производимой энергии.
Логическое следствие этого - относительная нехватка топлива для бедных слоев населения, чей уровень жизни в результате еще далее ухудшается. Солнечные печи - это шаг на пути к улучшению условий их жизни.
Из всего "бедного большинства" жителей стран третьего мира, солнечные печи должны в первую очередь использоваться сельским населением.
Сколько нужно энергии для приготовления пищи
Ежедневная потребность в топливе зависит от того, какая пища готовится и от ее количества. Житель развивающейся страны сжигает, в среднем, 1 тонну дров в год. Типичной индийской семье нужны 3-7 кг дров в день; в более прохладных регионах ежедневное количество дров для одной семьи составляет почти 20 кг зимой и 14 кг летом. На юге Мали среднестатистическая семья (состоящая из 15 человек) сжигает около 15 кг дров в день. Исследование, проведенное в лагере афганских беженцев в Пакистане, показало, что ежедневная потребность в дровах там составляет до 19 кг на семью. Более половины дров в типичном домашнем хозяйстве уходит на выпечку хлеба, остальные - на приготовление другой пищи. Зимой, естественно, дров требуется больше.
Несмотря на то, что количество энергии, необходимое для приготовления пищи, является разным, солнечные печи дают значительную экономию энергии. Первоочередная задача солнечных печей - снижение потребности в дровах, которые до сих пор являются важнейшим топливом для приготовления пищи. Проблема заключается в том, что древесина недорога по сравнению с керосином, баллонным газом и электричеством. Возрастающая неконтролируемая вырубка деревьев для собственных нужд и на продажу является основной причиной исчезновения лесов, расширения пустынь, эрозии почвы, снижения уровня подземных вод, и оказывает долгосрочное неблагоприятное воздействие на экологический баланс. Скудные остатки лесов в Пакистане и безудержная вырубка лесов в Кении служат доказательством того, что страхи по этому поводу не преувеличены.
В целом, солнечные печи вряд ли могут внести большой вклад в национальную энергетику. Однако они могут весьма существенно улучшить условия жизни бедняков, помочь им преодолеть личный энергетический кризис.
Солнечные печи бывают разных форм и размеров. Приведем несколько примеров: духовой шкаф, печь-концентратор, рефлектор, солнечный пароварочный аппарат и т.д. При всем разнообразии моделей, все печи улавливают тепло и удерживают его в теплоизолированной камере. В большинстве моделей солнечный свет непосредственно воздействует на пищу.
Учёные уже давно нашли способ использовать солнечную энергию для подпитки различных устройств или даже жилых объектов. На прилавках магазинов встречается много различного оборудования, работающего на солнечных батареях. Но не все обязательно приобретать за деньги, поскольку некоторые агрегаты можно собрать дома из подручных материалов. Речь идёт о солнечной печи.
Солнечные печи уже давно можно приобрести в магазинах или через интернет. Они оснащены множеством полезных приспособлений, облегчающих работу с оборудованием.
Солнечная печь лёгкая, ее можно сложить как чемодан за несколько минут и также быстро разложить в рабочее положение – это идеальный инструмент для путешествий.
Печи, изготавливаемые в промышленных масштабах, сочетают в себе все положительные свойства солнечных параболоцилиндрических концентраторов, а также вакуумных трубок. Благодаря этому, температура нагрева достигает 300 градусов по Цельсию.
Для контроля температуры, в оборудование также встраивается термометр – это составная часть блока управления.
Также в печь монтируется термостат с определённой установкой рабочей температуры, а также система поворота зеркал.
В современное устройство устанавливают таймер, который по истечении определённого времени, начнёт закрывать зеркала, находящиеся внутри солнечной печи. Когда наступит установленное время, таймер также подаст звуковой сигнал, оповещающий о готовности блюда.
Электронная часть оборудования подпитывается от энергии солнца через батарею, установленную в корпус.
В собранном виде чемодан имеет следующие размеры:
- длину в 75 см;
- высоту в 40 см;
- толщину – 11 см.
Вес довольно небольшой и комфортный для переноски на большое расстояние – всего 4 кг.
При помощи печи можно готовить овощи, грибы, мясо или даже испечь пирожки. Основным достоинством является экологичность и экономия на электроэнергии. Оборудование совершенно не загрязняет окружающую среду.
Разновидности солнечных печей
Современные устройства выпускаются в трех основных разновидностях:
- Коробочные.
- С зеркалом концентратором.
- Комбинированные.
Коробочная печь
Оборудование представляет собой теплоизоляционную коробку, покрытую зеркальным материалом или пластиком. Чтобы увеличить сбор тепла, внутрь добавляют несколько зеркал, которые служат в качестве отражателей.
Подобный вид оборудования используется для медленного приготовления пищи. Поскольку при самостоятельном изготовлении коробка может быть любых размеров, то на ней можно приготовить большие объемы продуктов. Магазинные образцы не отличаются большими размерами.
Печь с концентратором
Устройство – вогнутое зеркало, собирающее в своём фокусе солнечные лучи и перенаправляющее его на установленную пользователем точку. При самостоятельном изготовлении нет никакой необходимости соблюдать идеально геометрию зеркала, поскольку в фокусе будет располагаться большая по площади кастрюля или иная ёмкость с едой.
Особенностью сооружения является достижение большой температуры нагрева. Оборудование удобно использовать, когда нужно разогреть небольшое количество еды.
Но у печи есть и конструкционный недостаток: необходимо постоянно следить за лучами солнца и время от времени поворачивать зеркало, перенаправления луч в необходимом направлении. Если не умело обращаться с печью, то можно ожечь руки и глаза. Но соблюдая технику безопасности, этой неприятности получится избежать.
Комбинированная
Комбинированный тип представляет собой совокупность двух предыдущих вариантов. Кастрюля с едой, которую нужно подогреть, помещается в коробку, которая с одной стороны обрамляется вогнутой пластиной с зеркальной поверхностью. Печь быстро складывается и собирается в рабочее положение.
Пошаговая инструкция изготовления солнечной печи своими руками
Собрать солнечную печь своими руками не составит большого труда. Можно использовать разные методы, основываясь на чертежах, которые очень простые и интуитивно понятные.
У пользователей могут возникнуть вопросы по размерам печей. Желательно основываться на следующих советах:
- Если необходимо изготовить печь для дачи, или загородного дома, то задуматься необходимого о более основательной и неподвижной конструкции.
- Если устройство понадобится для пешего похода, тогда конструкция должна быть разборной и максимально легкой – для удобства транспортировки.
- Если перемещение печи планируется на машине, то конструкцию можно сделать более сложной, но она все равно должна быть разборной.
Наиболее простой вариант солнечной печи – использование обычного зонтика. Для изготовления нет необходимости использовать чертежи, поскольку устройство максимально постое и понятное.
На раскрытый зонт с внутренней стороны приклеивается зеркальная пленка или алюминиевая фольга. Ручку нужно отсоединить, чтобы не мешалась при помещении в центр посуды для разогрева. Это все необходимые работы. Печь полностью готова к использованию.
Теперь в земли необходимо воткнуть подставку, где будет крепиться котелок и чайник, а около предметов поместить импровизированное зеркало и сфокусировать солнечный луч на емкости с едой.
Некоторые мастера используют разбитое зеркало и внутреннюю часть зонтика покрывают своеобразной мозаикой. Но конструкция в таком случае получается тяжелой, и не разборной.
Коробочная
При сборке коробочной конструкции нужно учитывать несколько основных факторов:
- Стенки, располагающиеся с внутренней стороны ящика, покрываются фольгой, и должны иметь очень хорошее отражение.
- Кастрюля, помещающаяся внутри, должна поглощать солнечные лучи, а потому желательно покрасить ее в чёрный цвет или закоптить.
- Термоизоляция должна быть на высоком уровне. Стенки ящика должны плотно прилегать друг другу, чтобы тепло не ушло наружу. Для осуществления качественной термоизоляции, применяют обычный картон или другие естественные материалы, которые не будут выделять вредных веществ при нагреве. После сборки, температура внутри печи может достигнуть 170 градусов по Цельсию. Но при этом возгорания коробки опасаться не стоит, поскольку этой температуры будет недостаточно.
Если подойти к сооружению конструкции со всей ответственностью, то прослужит печь до 10 лет или дольше.
Неразборный агрегат:
- Из досок сбивается надежный ящик.
- Внутрь по всей площади укладывается бумага черного цвета (уплотненной). Это нужно, чтобы энергия солнца максимально поглощалось устройством.
- Основываясь на размерах полученной коробки, вырезаются отражатели из жести. Края перед монтажом следует закруглить и обработать наждачной бумагой, чтобы не порезаться.
- Отражатели фиксируются сверху короба. Используются обычные петли или шурупы – на усмотрение мастера. После листы выгибаются под нужным углом, чтобы аккумулировать солнечные лучи на определенный объект внутри агрегата.
- Крышка должна быть из стекла. Таким образов, ультрафиолетовые лучи преобразуются в тепловую энергию, необходимую для разогрева еды.
- Под печью желательно соорудить небольшой помост из кирпичей. Они будут накапливать полученное тепло.
- Если есть желание следить за температурой, к ящику следует прикрепить термометр.
Такой вид солнечной печи идеально подойдет для дачных условий. Взять с собой в путешествие ее не получится из-за относительно большого веса, габаритов и неразъёмности.
Зеркальная с отражателем
Чтобы сделать зеркальную печь с отражателем, можно использовать вариант с зонтиком, который был представлен выше, или собрать конструкцию по чертежу.
- Потребуется раскроить лепестки из картона в количестве 12 штук.
- После все детали соединяются по длинной стороне.
- Далее происходит скрепление внутренней части полученной “тарелки”.
- Все детали стягиваются проволокой или хорошей веревкой у основания.
- Тарелку покрывают фольгой, которая хорошо отражает солнечные лучи.
Комбинированная печь
Комбинированный тип наиболее прост в изготовлении, и представляет собой концентратор, который изготавливается из нескольких плоских зеркал. Также понадобится кастрюля с хорошей термоизоляцией.
Чтобы изолировать внутренний объект, используют обычные полиэтиленовые пакеты.
В качестве зеркала можно использовать плотный картон, к которому приклеена алюминиевая фольга.
Конструкция примечательна тем, что ее можно складывать и переносить. Примерные размеры – 33 на 33 см. Но по желанию можно собрать и большие размеры.
Процесс сборки:
- Для начала следует подготовить основу для корпуса. Желательно использовать лист фанеры. В центр помещается и надежно крепится алюминиевый или стальной стержень. Длина – полметра. На стержне предварительно делается резьба, чтобы на нее поместить в дальнейшем подставку.
- Делаются пазы, в которые помещаются ребра жесткости из фанеры.
- Стенки собираются из той же фанеры. Потребуется четыре прямоугольных листа. С одной стороны их следует вырезать выгнутой дугой, а с дугой проделать пазы для скрепления с ребрами.
- Соединяемые части качественно покрываются клеем и соединяются. Для дополнительной фиксации желательно использовать скрепки. После высыхания короба, следует потрясти заготовки, слабо потянуть за стенки, чтобы удостовериться в надежности. Если конструкция прошла испытания, можно переходить к следующему этапу. Но в случае, если какая-то часть болтается, то ее потребуется поставить на место, залить клеем еще раз.
После создания короба, можно переходить к зеркалу.
- Нужен треугольный плотный картон с гладкой текстурой.
- Все детали из картона накладываются внахлест и на верхнюю часть прикрепленных ребер.
- После фиксации, картон покрывается слоем клея. После накладывается алюминиевая фольга.
- На стержень помещается подставка в точке, равной половине радиуса зеркальной поверхности.
Солнечная печь своими руками выполненная готова к эксплуатации. Вместо дерева для короба также используют алюминий. Он хорошо проводит тепло и не подвержен коррозии.
Инструкции ответят на вопрос о том, как сделать солнечную печь в домашних условиях.
Преимущества и недостатки
Солнечные печи, собранные своими руками, разнообразны по размерам, но идентичны по строению, а потому не возникает трудностей со сборкой. С помощью печей можно с легкостью аккумулировать тепло для разогрева пищи. Принцип действия основан на впитывании энергии солнечных лучей и перенаправлении их на необходимый объект.
Солнечные печи обладают следующими преимуществами:
- Дешевизна. Для работы не нужно покупать топливо и использовать дополнительные источники энергии. Для работы потребуются только солнечные лучи.
- Пища приготавливается максимально безопасно – не стоит опасаться возгорания, как при разведении костра.
- За печью легко ухаживать и просто эксплуатировать – нужно только направить солнечный луч на нужный объект через зеркальную поверхность.
- Мобильность. Печь быстро собирается и разбирается. Поэтому не возникает проблем с транспортировкой.
- Экологичность.
- Пища нагревается равномерно, и нет риска подгорания. Еду не нужно перемешивать.
Эти качества и обеспечили солнечным печам большую популярность среди путешественников. На печи просто готовить еду. Для приготовления пищи только нужно направить луч солнца на нужный объект.
Сравнительная характеристика тепловой мощности печи и время приготовления пищи
