Войти
Хот-доги готовятся на солнечной воронке A солнечная плита - это устройство, которое использует энергию прямого солнечного света для нагрева, приготовления или пастеризации напитков и других пищевых продуктов. Многие солнечные плиты, которые используются в настоящее время, являются относительно недорогими, низкотехнологичными устройствами, хотя некоторые из них столь же мощны или дороги, как традиционные печи, а современные, крупномасштабные солнечные плиты могут готовить для сотен людей. Поскольку они не используют топливо и ничего не стоят в эксплуатации, многие некоммерческие организации продвигают их использование по всему миру, чтобы помочь снизить затраты на топливо и загрязнение воздуха, а также помочь замедлить обезлесение и опустынивание.
Первое академическое описание принципов работы солнечной плиты было сделано швейцарским геологом, метеорологом, физиком, альпинистом и исследователем Альп Гораций-Бенедикт де Соссюр в 1767. Принцип приготовления пищи на солнце был в значительной степени разработан во Французском Иностранном Легионе в 1870-х годах.
1) Концентрация солнечного света: зеркальная поверхность с высокое зеркальное отражение используется для концентрации солнечного света в небольшой зоне для приготовления пищи. В зависимости от геометрии поверхности солнечный свет может быть сконцентрирован на несколько порядков, создавая температуры, достаточно высокие для плавления соли и металла. Для большинства домашних хозяйств, использующих солнечную энергию, такие высокие температуры на самом деле не требуются. Продукты для приготовления на солнечных батареях обычно рассчитаны на достижение температуры от 65 ° C (150 ° F) (температура выпечки) до 400 ° C (750 ° F) (температура жарки / запекания) в солнечный день.
2) Преобразование световой энергии в тепловую: солнечные плиты концентрируют солнечный свет на приемнике, таком как кастрюля. Взаимодействие между световой энергией и материалом приемника преобразует свет в тепло, и это называется проводимостью. Это преобразование максимизируется за счет использования материалов, которые проводят и сохраняют тепло. Кастрюли и сковороды, используемые на солнечных батареях, должны быть матово-черного цвета для максимального впитывания.
3) Улавливание тепловой энергии: важно уменьшить конвекцию, изолировав воздух внутри плиты от воздуха снаружи плиты. Простое закрытие кастрюли стеклянной крышкой увеличивает поглощение света от верхней части кастрюли и обеспечивает парниковый эффект, который улучшает удержание тепла и сводит к минимуму конвекционные потери. Это «остекление» пропускает входящий видимый солнечный свет, но непрозрачно для выхода инфракрасного теплового излучения. В условиях ограниченных ресурсов высокотемпературный пластиковый пакет может выполнять аналогичную функцию, задерживая воздух внутри и позволяя достичь температуры в холодные и ветреные дни, аналогичные тем, которые возможны в жаркие дни. Ниже приведены основы науки для плит на солнечных батареях и плит на солнечных батареях. Другой вид солнечной плиты - параболическая солнечная плита. Обычно они требуют более частой переориентации на солнце, но готовятся быстрее при более высоких температурах и могут жарить продукты. В варочных камерах с вакуумными трубками используется стеклянная трубка с высокой изоляцией и двойными стенками, для которой не требуются большие отражатели
Солнечная печь в эксплуатации Различные типы солнечных плит (более 300 модели солнечных плит) используют несколько разные методы приготовления, но большинство следуют одним и тем же основным принципам.
Еда готовится как в духовке или на плите. Однако, поскольку пища готовится быстрее, когда она находится на более мелких кусочках, пища, помещенная в солнечную плиту, обычно разрезается на более мелкие кусочки, чем могла бы быть в противном случае. Например, картофель обычно нарезают небольшими кусочками, а не жарят целиком. Для очень простого приготовления, такого как плавление масла или сыра, крышка может не понадобиться, и пищу можно поместить на открытый противень или в миску. Если нужно приготовить несколько продуктов по отдельности, их помещают в разные емкости.
Емкость с едой помещается внутри солнечной плиты, которая может быть поднята на кирпичной, каменной, металлической подставке или другом радиаторе, а также на солнечной батарее. плита находится под прямыми солнечными лучами. Продукты, которые готовятся быстро, могут быть добавлены в солнечную плиту позже. Рис для полуденного приема пищи можно начинать рано утром, а в середине утра добавлять в солнечную плиту овощи, сыр или суп. В зависимости от размера солнечной плиты и количества и количества приготовленных продуктов семья может использовать одну или несколько солнечных плит.
Солнечная печь повернута к солнцу и оставлена до тех пор, пока еда не будет приготовлена. В отличие от приготовления пищи на плите или над огнем, для чего может потребоваться более часа постоянного наблюдения, пищу в солнечной печи обычно не перемешивают и не переворачивают, потому что в этом нет необходимости, и потому что открытие солнечной печи позволяет скопившемуся теплу течь. сбежать и тем самым замедлить процесс приготовления. При желании солнечную печь можно проверять каждые 1-2 часа, чтобы повернуть духовку более точно на солнце и убедиться, что тени от близлежащих зданий или растений не блокируют солнечный свет. Если пищу нужно оставить без присмотра в течение многих часов в течение дня, тогда солнечную печь часто поворачивают лицом к точке, где будет солнце, когда оно находится выше всего в небе, а не к ее текущему положению.
Время приготовления зависит в первую очередь от используемого оборудования, количества солнечного света в данный момент и количества пищи, которую необходимо приготовить. Температура воздуха, ветер и широта также влияют на производительность. Еда готовится быстрее за два часа до и после местного солнечного полудня, чем рано утром или поздно вечером. Приготовление большого количества продуктов и продуктов большими кусками требует больше времени. В результате для времени приготовления можно привести только общие цифры. С небольшой плитой на солнечных батареях можно растопить масло за 15 минут, испечь печенье за 2 часа и приготовить рис для четырех человек за 4 часа. Благодаря высокопроизводительной параболической солнечной плите вы сможете приготовить стейк за считанные минуты. Однако, в зависимости от местных условий и типа солнечной плиты, эти проекты могут занять вдвое или вдвое больше.
Трудно сжечь пищу в солнечной плите. Пища, приготовленная даже на час дольше, чем необходимо, обычно неотличима от минимально приготовленной пищи. Исключением из этого правила являются некоторые зеленые овощи, которые быстро меняют цвет от идеально приготовленного ярко-зеленого до оливково-серого, сохраняя при этом желаемую текстуру.
Для большинства продуктов, таких как рис, обычный человек не сможет определить, как они были приготовлены, глядя на конечный продукт. Однако есть некоторые отличия: хлеб и пирожные подрумяниваются сверху, а не снизу. По сравнению с приготовлением на огне пища не имеет запаха дыма.
Панельная солнечная плита HotPot Ящичная плита имеет прозрачную стеклянную или пластиковую крышку, и она может иметь дополнительные отражатели для концентрации солнечного света в ящике. Верхнюю часть обычно можно снять, чтобы поместить внутрь темные горшки с едой. Один или несколько отражателей из блестящего металла или материала с фольгой могут быть расположены так, чтобы отражать дополнительный свет внутрь камеры печи. Емкости для приготовления пищи и внутреннее дно плиты должны быть темного или черного цвета. Внутренние стены должны быть отражающими, чтобы уменьшить потери тепла на излучение и отражать свет в сторону горшков и темного дна, которое контактирует с горшками. Коробка должна иметь изолированные стороны. Теплоизоляция солнечной печи должна выдерживать температуру до 150 ° C (300 ° F) без плавления или выделения газа. Мятая газета, шерсть, тряпки, сухая трава, листы картона и т. Д. Можно использовать для утепления стенок плиты. Металлические кастрюли и / или дно поддонов можно затемнить плоской черной аэрозольной краской (которая нетоксична при нагревании), черной темперной краской или копотью от огня. Солнечная плита обычно достигает температуры 150 ° C (300 ° F). Она не такая горячая, как стандартная духовка, но все же достаточно горячая, чтобы готовить пищу в течение более длительного периода времени.
Солнечная печь, сделанная из картона, газет и светоотражающей ленты. Панельные солнечные плиты - это недорогие солнечные плиты, в которых используются отражающие панели, направляющие солнечный свет на кухонный горшок, заключенный в прозрачный пластиковый пакет.
Научные эксперименты с солнечной духовкой регулярно проводятся в качестве проектов в средних школах и колледжах, например, «Сброс солнечной печи» в Университете Аризоны. Эти проекты доказывают, что можно как достичь высоких температур, так и прогнозировать высокие температуры с помощью математических моделей.
Параболические солнечные плиты концентрируют солнечный свет в одной точке. Когда эта точка сосредоточена на дне кастрюли, она может быстро нагреть кастрюлю до очень высоких температур, которые часто могут быть сопоставимы с температурами, достигаемыми в газовых или угольных грилях. Эти типы солнечных плит широко используются в нескольких регионах мира, в первую очередь в Китае и Индии, где в настоящее время сотни тысяч семей используют параболические солнечные плиты для приготовления пищи и нагрева воды. Некоторые проекты параболических солнечных печей в Китае сокращают выбросы углекислого газа на 1–4 тонны в год и получают углеродные кредиты в рамках Механизма чистого развития (CDM) и Золотого стандарта.
Чайник на солнечных батареях в Тибете В некоторых параболических солнечных плитах используются самые современные материалы и конструкция, которые обеспечивают КПД солнечной энергии>90%. Другие достаточно велики, чтобы кормить тысячи людей каждый день, например, солнечная чаша в Ауровиле в Индии, которая дает 2 приема пищи в день для 1000 человек.
Если рефлектор осесимметричен и имеет форму поперечного сечения. section представляет собой параболу , она имеет свойство направлять параллельные лучи света (например, солнечного света) в точку focus. Если ось симметрии направлена на солнце, любой объект, расположенный в фокусе, получает сильно концентрированный солнечный свет и, следовательно, становится очень горячим. Это основа для использования такого рода отражателя для приготовления пищи на солнце.
Параболоидные солнечные плиты с сегментированной конструкцией. Параболоиды - это составные кривые, которые сложнее создать с помощью простого оборудования, чем одиночные кривые. Хотя параболоидные солнечные плиты могут готовить так же хорошо, как и обычные печи, или даже лучше, их сложно собрать вручную. Часто эти отражатели изготавливаются из множества небольших сегментов, которые представляют собой отдельные кривые, которые вместе аппроксимируют составные кривые.
Хотя параболоиды трудно изготовить из плоских листов твердого материала, их можно сделать довольно просто, вращая емкости с открытым верхом, в которых содержатся жидкости. Верхняя поверхность жидкости, которая вращается с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси, естественно принимает форму параболоида. Центробежная сила заставляет материал перемещаться наружу от оси вращения до тех пор, пока на поверхности не образуется достаточно глубокая депрессия, чтобы сила уравновешивалась выравнивающим действием силы тяжести. Оказывается, депрессия - точный параболоид. (См. телескоп с жидкостным зеркалом.) Если материал затвердевает во время вращения, параболоидальная форма сохраняется после остановки вращения и может использоваться для изготовления отражателя. Этот метод вращения иногда используется для изготовления параболоидальных зеркал для астрономических телескопов, а также для солнечных плит. Устройства для создания таких параболоидов известны как вращающиеся печи.
Параболоидальные отражатели генерируют высокие температуры и быстро готовятся, но требуют частой регулировки и контроля для безопасной работы. Их существует несколько сотен тысяч, в основном в Китае. Они особенно полезны для индивидуального домашнего приготовления и приготовления пищи в крупных учреждениях.
Плита Шеффлера. Этот отражатель имеет площадь 16 м (170 кв. Футов) и концентрирует 3 кВт тепла В плите Шеффлера (названной в честь своего изобретателя Вольфганга Шеффлера ) используется большой идеально параболоидальный отражатель, который вращается. вокруг оси, параллельной оси Земли, с помощью механического механизма, вращающегося со скоростью 15 градусов в час, чтобы компенсировать вращение Земли. Ось проходит через центр масс рефлектора, что позволяет легко поворачивать рефлектор. Емкость для приготовления пищи расположена в фокусе, который находится на оси вращения, поэтому зеркало концентрирует на ней солнечный свет в течение всего дня. Зеркало необходимо иногда наклонять вокруг перпендикулярной оси, чтобы компенсировать сезонные колебания в склонении солнца. Эта перпендикулярная ось не проходит через кухонный сосуд. Следовательно, если бы отражатель был жестким параболоидом, его фокус не оставался бы неподвижным на посуде для приготовления пищи при наклоне отражателя. Чтобы фокус оставался неподвижным, форма отражателя должна изменяться. Он остается параболоидальным, но его фокусное расстояние и другие параметры меняются при наклоне. Таким образом, отражатель Шеффлера является гибким, и его можно согнуть, чтобы изменить его форму. Он часто состоит из большого количества небольших плоских секций, таких как стеклянные зеркала, соединенных гибким пластиком. Каркас, поддерживающий отражатель, включает механизм, который можно использовать для его наклона, а также соответствующего изгиба. Зеркало никогда не бывает точно параболоидальным, но оно всегда достаточно близко для приготовления пищи.
Иногда вращающийся отражатель располагается на открытом воздухе, и отраженный солнечный свет проходит через отверстие в стене на внутреннюю кухню, часто в большую коммунальную кухню. один, где производится приготовление пищи.
Наклонная проекция параболического отражателя со сбалансированной фокусировкой Параболоидальные отражатели, центры масс которых совпадают с их точками фокусировки. Их можно легко повернуть, чтобы следовать за движением солнца в небе, вращаясь вокруг любой оси, проходящей через фокус. Можно использовать две перпендикулярные оси, пересекающиеся в фокусе, чтобы параболоид мог следовать как за дневным движением Солнца, так и за его сезонным движением. Кастрюля остается неподвижной в фокусе. Если параболоидальный отражатель осесимметричен и изготовлен из материала одинаковой толщины, его центр масс совпадает с его фокусом, если глубина отражателя, измеренная вдоль его оси симметрии от вершины до плоскости обода, составляет 1,8478 раз. его фокусное расстояние. Радиус обода рефлектора в 2,7187 раза больше фокусного расстояния. Угловой радиус обода, если смотреть из фокуса, составляет 72,68 градуса.
Параболические впадины используются для концентрации солнечного света в целях получения солнечной энергии. Были построены некоторые солнечные плиты, которые используют их таким же образом. Как правило, желоб выровнен по горизонтали фокуса с востока на запад. По этой линии располагаются продукты для приготовления. Желоб заострен так, что его ось симметрии в полдень направлена на солнце. Это требует, чтобы желоб наклонялся вверх и вниз в зависимости от сезона. В дни равноденствий не нужно перемещать желоб в течение дня, чтобы отслеживать солнце. В другое время года около полудня бывает несколько часов, когда отслеживание не требуется. Обычно плита используется только в этот период, поэтому автоматическое отслеживание солнца в ней не предусмотрено. Эта простота делает конструкцию привлекательной по сравнению с использованием параболоида. Кроме того, желобный отражатель, являющийся одинарной кривой , проще сконструировать. Однако он страдает более низкой эффективностью.
Можно использовать два параболических желоба, изогнутые в перпендикулярных направлениях, чтобы направить солнечный свет в точечный фокус, как это делает параболоидальный отражатель. Поступающий свет попадает в один из желобов, который направляет его в линию фокусировки. Второй желоб улавливает сходящийся свет и фокусирует его в точку.
По сравнению с одним параболоидом использование двух частичных желобов имеет важные преимущества. Каждый желоб представляет собой одиночный изгиб, который можно сделать, просто согнув плоский лист металла. Кроме того, свет, который достигает целевой кастрюли, направлен примерно вниз, что снижает опасность повреждения глаз окружающим. С другой стороны, есть недостатки. Требуется больше материала для зеркала, что увеличивает стоимость, а свет отражается двумя поверхностями вместо одной, что неизбежно увеличивает количество потерь.
Два желоба удерживаются в фиксированной ориентации относительно друг друга, будучи прикрепленными к раме. Вся конструкция рамы и желобов должна быть перемещена, чтобы отслеживать движение солнца по небу. Существуют коммерческие плиты, в которых используется этот метод. На практике (например, в автомобильных фарах) вогнутые зеркала имеют параболическую форму
The Solar Bowl в Ауровиле, Индия Сферические отражатели работают так же, как параболоидальные отражатели, так что ось симметрии направлена к солнцу, так что свет концентрируется в фокусе. Однако фокус сферического отражателя не будет точечным фокусом, поскольку он страдает от явления, известного как сферическая аберрация. Некоторые концентрирующие антенны (например, спутниковые антенны), которые не требуют точной фокусировки, выбирают сферическую кривизну над параболоидом. Если радиус обода сферического отражателя мал по сравнению с радиусом кривизны его поверхности (радиус сферы, частью которой является отражатель), отражатель приближается к параболоидальному с фокусным расстоянием, равным половине радиуса.
Солнечные вакуумные трубчатые плиты Вакуумные трубчатые солнечные плиты представляют собой, по сути, вакуумную герметизацию между двумя слоями стекла. Вакуум позволяет трубке действовать как "супер" теплица и как изолятор. Центральная трубка для варки сделана из боросиликатного стекла, устойчивого к тепловым ударам, и имеет вакуум под поверхностью для изоляции внутри. Внутренняя часть трубки облицована нитрилом из меди, нержавеющей стали и алюминия, чтобы лучше поглощать и отводить тепло от солнечных лучей.
Учащиеся проводят эксперимент, используя солнечную плиту, построенную из зонтика. Картон, алюминиевая фольга и полиэтиленовые пакеты поскольку более 10 000 солнечных плит были переданы в дар лагерю беженцев Иридими и лагерям беженцев Тулум в Чаде совместными усилиями Jewish World Watch, голландского фонда и Solar Cookers International. Беженцы сами конструируют плиты, используя пожертвованные материалы и местные закупки гуммиарабика. Это также значительно сократило количество времени, которое женщины тратят каждый день, ухаживая за открытым огнем, в результате чего они становятся более здоровыми и у них появляется больше времени для выращивания овощей для своих семей и изготовления поделок на экспорт. К 2007 году Jewish World Watch обучило 4500 женщин и предоставило беженцам 10 000 солнечных плит. Проект также сократил количество походов за пищей на 70 процентов, тем самым уменьшив количество атак.
 | Викискладе есть материалы, связанные с солнечными плитами. |
