Солнечная духовка своими руками. Солнечная печь своими руками

Я изготовил эту солнечную печь для школьного проекта, и вот мои результаты и информация о её строительстве поэтапно.

1. Что такое солнечная печь?

Солнечная духовка, в отличие от обычной, нагревается с помощью солнечной тепловой энергии. Солнечные духовки можно использовать для разогрева пищи, приготовления, или же пастеризации напитков. Есть несколько типов солнечных печей, например: обычные солнечные духовки, солнечные панели и параболические солнечные печи. Они были впервые изобретены в 1767 году и до сих пор используются в некоторых частях Африки, Индии и Китая. Далее я расскажу о построении такой печи своими руками, её преимуществах и недостатках.

2. Преимущества солнечной духовки

Солнечный духовой шкаф обладает видимыми преимуществами. Во-первых, они не поглощают электроэнергию. Это может сэкономить немного денег. Также солнечные печи можно использовать вне зависимости от места нахождения. Во-вторых, такие приборы не наносят ущерба окружающей среде, так как не требуют использования электроэнергии.

3. Ограничения и недостатки

Главный недостаток солнечной печи – это то, что температура нагревания будет зависеть от проектировки и количества солнечного света. Поэтому в пасмурный день её использовать не стоит – температура не достигнет необходимой отметки. Кроме того, погода влияет на её работу. В грозу или снег эффективность использования солнечной духовки будет значительно снижена. И наконец, самый неприятный факт – при неправильном построении солнечной печи, она может быстро сломаться, или хуже того, вызвать ожоги.

4. Процесс изготовления

Чтобы создать свою солнечную духовку, я предварительно прочитал инструкции в Интернете, чтобы не допустить ошибок.
Первое, что я сделал – это распылил чёрную краску для притяжения тепла внутри обычной коробки для притяжения тепла и солнечной энергии. Затем я взял ещё одну коробку, вырезал из неё четыре одинаковых квадрата и наклеил светоотражающую бумагу (можно использовать фольгу). Осталось приклеить эти панели к верху основной коробки.
Далее я установил солнечную печь с помощью металлического стола, и поместил в неё серебряную сковороду. Также опустил туда термометр, безопасный для печи. Я немного наклонил светоотражающие панели, чтобы в центре оказалась самая горячая точка.
Теперь пришла пора приготовить яичницу. Я разбил яйцо на сковороде и закрыл верхнюю часть печи, состоящую из четырёх панелей. Также следует плотно закрыть духовку пищевой плёнкой. Таким образом, тепло внутри коробки сохранится и позволит готовить пищу.

5. Материалы

Скотч.
Светоотражающие листы (фольга).
Несколько картонных коробок.
Металлический поддон или сковорода.
Металлический стол.
Баллончик с чёрной краской.
Пищевая плёнка.
Термометр.
Яйцо.
Ножницы.
Канцелярский нож.

7. Фотографии процесса изобретения

8. Фотографии процесса приготовления еды

9. Подведём итоги.

В 12:15 дня я начал приготовление яичницы. Я не обратил внимания на температуру на термометре, но на улице в тот момент было примерно 15 по Цельсию, было пасмурно.
Я поставил солнечную печь на солнце и убедился, что светоотражающие панели также были направлены туда.
В 15:31 температура в печи составляла 65° по Цельсию и не поднималась выше, поэтому яйцо прожарилось не полностью.
В заключение, не могу сказать, что результат этого проекта оказался успешным. Я постараюсь немного изменить конструкцию своей печи, например, можно заменить пищевую плёнку куском обычного стекла или органического (плексиглас). Поскольку пищевая плёнка могла отходить в некоторых местах. Кроме того, для своего эксперимента я выбрал не совсем удачный день – прямых солнечных лучей не было из-за облаков.
Надеюсь, статья смогла помочь, и если вам понадобится соорудить солнечную духовку, вы воспользуетесь моими советами!

III-я Всероссийская очная ученическая конференция “Эйдос. Образование», Санкт Петербург, 24-26 марта 2016г

I II Всероссийская очная ученическая конференция

«Эйдос. Образование»

Тип работы: исследовательская работа по естествознанию

Борголов Юра, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

Кондратьев Дима, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский

Степанов Паша, 7В класс, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e-mail:

Руководитель : Хунгуреева Людмила Григорьевна, учитель физики, МОУ Усть-Ордынская СОШ №1 имени В.Б. Борсоева, п. Усть-Ордынский, e - mail :

Web -адрес, по которому размещена работа:

Почему я выбрала эту тему:

В начале учебного года, слушая рассказ классного руководителя об отдыхе в Летнем палаточном эколого-туристическом лагере Зурбагане, мы узнали, что в лагере нет электричества. А когда наступил День Рождения одного из отдыхающих, то два дня всем народом пекли торт из хатамал (сушенные лепешки) с помощью солнечной энергии. Поэтому мы выбрали тему: можно ли быстрее испечь торт в экстремальных полевых условиях. Главная идея нашей темы – конструирование солнечной печи, исследование его возможностей. Наша печь предназначена для лагеря, не только для э кономии дров, но и для снижения нагрузки на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания.

Цель:

Исследование самостоятельно изготовленной солнечной печи

Задачи:

Изучить способы использования энергии Солнца

Построить две модели солнечных печей

Исследовать энергоэффективность данных моделей

Проблема

С
егодня, гелиоэнергетика набирает быстрые темпы. Солнце - общедоступный и практически неисчерпаемый источник энергии. В поисках материалов об использовании энергии солнца, мы узнали, что энергия, ежедневно поступающая с солнечными лучами, составляет более 18 трлн.кВт. Этого достаточно для всего человечества, но пока что нет эффективных технологий добычи этой энергии.

Методы

теоретический анализ и синтез;

конкретизация и аналогия

моделирование, классификация

обобщение, наблюдение

эксперимент

Объект исследования

Энергия Солнца, энергосбережение электрической энергии

Предмет исследования

Самостоятельно изготовленные солнечные печи двух типов.

План работы:

Собрали информацию по данному вопросу;

Изучили объекты исследования;

Выпустили буклет;

Провели презентацию буклета.

Провели исследования

Сделали вывод

Результаты исследования

Все гениальное просто: солнечная печь.

Как известно, поток тепла, что посылает нам солнце, весьма велик, даже в средней полосе летом он легко достигает одного киловатта на квадратный метр. Киловатт – это примерно, как конфорка электропечи. И грех пропадать без дела такому количеству энергии. Мы рассмотрели виды солнечных печей, изучили конструкцию каждого из них.

Существуют в настоящее время три типа конструкции солнечных печей:

Панельные к омбинированные

Буклет

Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Банка или кастрюлька должна быть чёрного цвета. Кастрюльку запихиваем в прозрачный целлофановый пакет, который герметично завязываем. Он будет сохранять тепло в кастрюле. Такая печь очень легка и может спокойно носиться с собой.

Несомненным плюсом этой печи является его компактность.

Коробочные

буклет

Представляют собой теплоизолированную коробку, чаще всего из обычного картона металла или дерева, верх которой покрыт прозрачным стеклом. К такой коробке для увеличения сбора тепла часто добавляют один или несколько зеркал-отражателей. Такие нагреватели используются в основном для относительно медленного приготовления больших объёмов пищи.

с зеркалом концентратом

буклет

Эти плиты представляют собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.

Из таблицы видно, что печи с зеркалом концентратом очень трудоёмкие. Поэтому мы решили смастерить панельную комбинированную и коробочную.

Комбинированная печь нам далась легко: по схеме из картона вырезали печь подходящего размера. Обклеили полученную конструкцию фольгой.

Для того чтобы смастерить коробочную печь своими руками нам понадобилось:

Лист фанеры толщиной 3мм.

Лист кровельного или оцинкованного железа толщиной 0,5мм

Брус 4х4

Доски толщиной 2см, суммарной длиной 4м.

Штапик фиксации стекла

Зеркало

Краска чёрного цвета

Два стекла 50х50 см

Ручки

Процесс изготовления печи

С помощью пап мы вырезали четыре стойки из бруса (2 задние равны 52,6см и 2 передние – 26,7см), на которых будет держаться печь с помощью шурупов или гвоздей. Из фанеры (1,5х1,5 м) вырезаем несущие стенки каркаса, нижняя часть (60,5х67,5см) и собрали вот такой каркас:

Следующий этап – изготовление рамы из 4 досок шириной 6 см и длиной 54,9 см, которые склеиваем между собой, а также внутри рамки крепим рейку. В дальнейшем туда вставляем два стекла для термоизоляции печи.

Саму раму фиксируем на несущей раме, которая прикреплена на стойках.

П
осле того как, несущая рама закреплена, изготавливаем специальный короб по периметру, в которой будет находиться основная рама. Основная рама будет подвижной.

Затем ножницами по металлу вырезаем металлическую часть, где будет происходить нагрев. По бокам делаем надрезы, производим загиб, и лист вставляем внутрь будущей печки и закрепляем.

Вставка листа солнечной печи. Вырезаем стекло, которое крепиться к раме с помощью герметика. С помощью бруска, на котором будет крепиться петля, устанавливаем крышку, на которой будут зафиксированы зеркала с помощью клея. Затем крепим ручки.

После первой части исследования для эффективности металлическую часть покрасили в чёрный цвет.

На элективном курсе мы узнали, что принцип работы солнечной печи, как и солнечного коллектора основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают сквозь стекло, и нагревают чёрную поверхность внутренней части печи, таким образом происходит нагрев. Поскольку внутренняя часть герметична а стекло препятствует выходу тепла, то температура внутри печи повышается до тех пор пока излучение и приток энергии уравновешивают друг друга. Таким образом, температура в печи может достигать 120-150 градусов. Этого достаточно чтобы приготовить кашу, испечь торт, сварить яиц, сосиски. Но зимой и весной мы солнечную печь хотим использовать в роли водонагревателя.

2. Перед каждым участником проекта была поставлена индивидуальная цель, а именно: исследовать зависимость температуры в моделях по таянию льда в разных экспериментальных посудах. В течение месяца измеряли температуру в моделях солнечной печи. Наблюдали и фиксировали время таяния льда в экспериментальных посудах.

3. Провели среднеарифметические расчёты и оформили полученные результаты в виде таблицы и диаграммы. И на основе полученных результатов, предложили мероприятия направленные на эффективное использование солнечной тепловой энергии.

Цель исследования - где и в какой посуде можно быстрее вскипятить воду или испечь торт. Для этого мы кубики льда из холодильника положили в экспериментальные посуды и зафиксировали температуру, время их таяния:

Экспериментальная посуда

Время t , мин

на солнце

солнечная печь из картона

солнечная коробочная печь

Железная

4.32

5.40

3.10

Стеклянная

22.20

15.02

7.12

Керамическая

10.48

14.31

14.12

Деревянная

23.20

23.45

Температура, ° С

Вывод : энергоэффективной конструкцией является солнечная коробочная печь, так как из таблицы видно, что в ней температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде. Потому что металл хороший проводник тепла.

Продолжаем исследования в коробочной печи с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком:

Деревянная печь

с металлическим коробом и накрытая пластиком

Деревянная печь с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом

Деревянная печь с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытая пластиком

Железная

2.56

2.55

2.49

2.45

Стеклянная

3.16

3.12

3.11

Керамическая

4.12

4.10

4.17

4.15

Деревянная

6.23

7.00

6.56

Вывод : в коробочной деревянной печи с покрашенным в чёрный цвет металлическим коробом и накрытым пластиком температура выше. Быстрее растаял лёд в металлической посуде.

Солнечные печи несомненно дают экономию электрической энергии, а это значит, экономию бюджета семьи. Однако, мы думаем, чтобы успешно работать над проблемой энергосбережения, необходима не только материально-техническая база, интеллектуальные ресурсы, но и желание этим заниматься. А для этого необходимо информировать население, в частности, наших родителей, соседей, одноклассников о состоянии энергоресурсов у нас в посёлке, области, стране. Для этой цели мы выпустили агитационный буклет о солнечных печах.

Природа даёт нам неприхотливый способ добычи бесплатной солнечной энергии. Ведь все гениальное просто. Увы, мы им почти не пользуемся. Остаётся только надеяться, что в дальнейшем использование энергии солнца все-таки начнётся повсюду.

Ресурсы:

Перышкин А.В., физика 7 кл.:- М.: Дрофа, 2015 г.

Лукашик В.И., Иванова Е.В., сборник задач по физике для 7-9 кл, М.: «Просвещение», 2003

Главные выводы работы, ее назначение и применение.

Около 35% всей электроэнергии в мире используется для бытовых домашних нужд. Но нужно ли нам так много энергии? Возможно, ли использовать её более рационально? Мы призадумались, сколько энергии действительно нужно человеку для жизнеобеспечения, а сколько тратится впустую. Ведь за наш комфорт приходится платить гибелью лесов, затоплением городов! Использование энергии солнца имеет ряд неоценимых преимуществ:

1. Неограниченный процесс использования во времени.

В отличие от нефти, природного газа и угля, запасы, которых будут исчерпаны в

ближайшие десятилетия или столетия, солнце будет светить ещё миллиарды лет. 2.Возобновляемость. 3.Глобальная доступность.

Солнце светит на всем земном шаре

4..Солнечные печи обеспечивают экономию денежных средств.

5.Экологичность.

Экономия дров, газа и других энергоносителей позволят существенно снизить нагрузку на окружающую среду, связанную с выбросами вредных продуктов сгорания. Их экологическая чистота не вызывает сомнений.

Все эти достоинства должны стать причиной бурного роста солнечной энергетики во всем мире.

Рефлексия.

В ходе выполнения проекта мы посетили музей в г. Иркутске «Байкальская Экологическая Волна», центр народных художественных промыслов, искали материал в библиотеке, на сайтах в интернете. Было очень интересно узнавать все новое и новое по физике, искать ответы на свои вопросы, беседовать с увлекающимися людьми. И не было концам восторга, когда смастерили своими руками печи. А эксперименты с печами…Сначала мы не верили результатам, а когда смогли объяснить с точки зрения физики, то почувствовали успех. Мы думаем, что у нас очень хорошо получилось всё. Проблемы и трудности возникали, как без них, но они были преодолены.

Самооценка :

Мы начали работу над своим проектом в международный год света и световых технологий. Цели, которые мы поставили перед собой, постарались выполнить. С нетерпением ждём лета. Хотим провести серьёзные исследования с нашими моделями. И очень надеемся, что наши исследования принесут пользу не только нам, но всем кто заинтересовался нашей работой в ходе исследования, но и всем кто заинтересуется, познакомившись с нашим проектом. И темой нашего следующего проекта будет «Использование солнечных батарей».

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

July 10th, 2017

Подобных сооружений на самом деле в мире насчитывается несколько. Давайте мы начнем с Solar Furnace in France, т.е с Франции.

Солнечная Печь во Франции предназначена для выработки и концентрации высоких температур, необходимых для различных процессов.

Это осуществляется посредством улавливания солнечных лучей и концентрирования их энергии в одном месте. Сооружение покрыто изогнутыми зеркалами, их сияние настолько велико, что смотреть на них бывает невозможно, до боли в глазах. В 1970 году было воздвигнуто это сооружение, в качестве самого подходящего места были выбраны Восточные Пиренеи. И до сегодняшнего дня Печь остается крупнейшей во всем мире.

На массив зеркал возложены функции параболического отражателя, а высокий температурный режим в самом фокусе может доходить до 3500 градусов. Причем и регулировать температуру можно с помощью изменения углов наклона зеркал.

Солнечная Печь, используя такой природный ресурс как солнечный свет, считается незаменимым способом для получения высоких температур. А они, в свою очередь, используются для разнообразных процессов. Так, производство водорода требует температуры в 1400 градусов. Тестовые режимы материалов, проводящиеся в высокотемпературных условиях, предусматривают температуру 2500 градусов. Так тестируются космические аппараты и атомные реакторы.

Так что Солнечная Печь - не просто удивительное здание, но и жизненно необходимое и эффективное, при этом оно считается экологичным и относительно дешёвым способом получить высокие температуры.

Массив зеркал действует в качестве параболического отражателя. Свет фокусируется в одном центре. И температура там может достигать температур, при которых можно плавить сталь.

Но температуру можно регулировать, устанавливая зеркала под разными углами.

Например, температура около 1400 градусов используется для производства водорода. Температура 2500 градусов - для тестирования материалов в экстремальных условиях. Например, так проверяют атомные реакторы и космические аппараты. А вот температура до 3500 градусов применяется для изготовления наноматериалов.

Солнечная Печь - недорогой, эффективный и экологичный способ получения высоких температур.

На юго-западе Франции замечательно приживается виноград и вызревают всевозможные фрукты — жарко! Кроме прочего, солнце здесь светит чуть не 300 дней в году, а по количеству ясных дней эти места уступают, пожалуй, только Лазурному берегу. Если же охарактеризовать долину около Одейо с точки зрения физики, то мощность светового излучения здесь составляет 800 ватт на 1 квадратный метр. Восемь мощных лампочек накаливания. Немного? Достаточно, чтобы кусочек базальта растекся лужицей!

— Солнечная печь в Одейо обладает мощностью 1 мегаватт, и для этого необходимо почти 3 тысячи метров зеркальной поверхности, — рассказывает Серж Шовин, смотритель местного музея солнечной энергии. — Причем собрать свет с такой большой поверхности нужно в фокусную точку диаметром со столовую тарелку.

Напротив параболического зеркала установлены гелиостаты — специальные зеркальные плиты. Их 63 штуки со 180 секциями. У каждого гелиостата своя «точка ответственности» — сектор параболы, на который отражается собранный свет. Уже на вогнутом зеркале лучи солнца собираются в точку фокуса — ту самую печь. В зависимости от интенсивности излучения (читай — ясности неба, времени суток и поры года) температуры можно достичь самые разные. В теории — до 3800 градусов по Цельсию, в реальности выходило до 3600.

— Вместе с движением солнца по небу двигаются и гелиостаты, — начинает свою экскурсию Серж Шовин. — Сзади у каждого установлен двигатель, а все вместе они управляются централизованно. Необязательно устанавливать их в идеальную позицию — в зависимости от задач лаборатории градус в точке фокуса можно варьировать.

Солнечную печь в Одейо начали строить в начале 60-х, а в строй ввели уже в 70-х. Долгое время она оставалась единственной в своем роде на планете, однако в 1987-м копию возвели неподалеку от Ташкента. Серж Шовин улыбается: «Да-да, именно копию».

Советская печь, к слову, тоже остается действующей. На ней, правда, проводят не только опыты, но и выполняют некоторые практические задачи. Правда, расположение печи не позволяет достичь таких же высоких температур, как во Франции — в точке фокуса узбекским ученым удается получить менее 3000 градусов.

Параболическое зеркало состоит из 9000 пластинок — фацетов. Каждая из них отполирована, имеет алюминиевое напыление и чуть вогнута для лучшей фокусировки. После постройки здания печи все фацеты были установлены и откалиброваны вручную — на это ушло три года!

Серж Шовин ведет нас на площадку неподалеку от здания печи. Вместе с нами — группа туристов, прибывших в Одейо на автобусе — поток любителей научной экзотики не иссякает. Музейный смотритель собрался наглядно продемонстрировать скрытый потенциал солнечной энергии.

— Мадам и месье, ваше внимание! — Серж хоть и выглядит скорее как ученый, больше похож на актера. — Свет, излучаемый нашей звездой, позволяет мгновенно нагревать материалы, воспламенять и плавить их.

Сотрудник солнечной печи поднимает обычную ветку и размещает ее в большом чане с зеркальной внутренней поверхностью. У Сержа Шовина уходит несколько секунд на поиск точки фокусировки, и палка моментально вспыхивает. Чудеса!

Пока французские бабушки и дедушки ахают и охают, музейщик переходит к отдельно стоящему гелиостату и двигает его ровно так, чтобы отраженные лучи попали в уменьшенную копию параболического зеркала, установленного тут же. Это еще один наглядный эксперимент, показывающий возможности солнца.

— Мадам и месье, сейчас мы будем плавить металл!

Серж Шовин устанавливает в держатель кусочек железа, двигает тисками в поиске точки фокуса и, найдя ее, отходит на небольшое расстояние.

Солнце быстро делает свое дело.

Кусочек железа моментально нагревается, начинает дымить и даже искрить, поддаваясь жарким лучам. Буквально за 10—15 секунд в нем прожигается дырочка размером с монету в 10 евроцентов.

— Вуаля! — ликует Серж.

Пока мы возвращаемся в здание музея, а французские туристы рассаживаются в кинозале для просмотра научного фильма о работе солнечной печи и лаборатории, смотритель рассказывает нам любопытные вещи.

— Чаще всего люди спрашивают, зачем все это нужно, — разводит руками Серж Шовин. — С точки зрения науки возможности солнечной энергии изучены, применены где это возможно в быту. Но существуют задачи, которые по своему масштабу и сложности исполнения требуют установок, подобных этой. Например, как нам смоделировать воздействие солнца на обшивку космического корабля? Или нагрев спускаемой капсулы, возвращающейся с орбиты на Землю?

В специальной тугоплавкой емкости, установленной в точке фокуса солнечной печи, можно воссоздать такие, без преувеличения, неземные условия. Подсчитано, например, что элемент обшивки должен выдерживать температуру в 2500 градусов по Цельсию — и опытным путем это можно проверить здесь, в Одейо.

Смотритель ведет нас по музею, где установлены различные экспонаты — участники многочисленных экспериментов, проведенных в печи. Наше внимание привлекает тормозной карбоновый диск…

— О, эта штука от колеса болида Формулы-1, — кивает Серж. — Ее нагрев в некоторых условиях сопоставим с тем, что мы можем воспроизвести в лаборатории.

Как уже говорилось выше, температурой в точке фокуса можно управлять при помощи гелиостатов. В зависимости от проводимых опытов она варьируется от 1400 до 3500 градусов. Нижний предел необходим для производства водорода в лаборатории, диапазон от 2200 до 3000 — для тестирования различных материалов в условиях экстремального нагрева. Наконец, выше 3000 — область работы с наноматериалами, керамикой и созданием новых материалов.

— Печь в Одейо не выполняет практических задач, — продолжает Серж Шовин. — В отличие от узбекских коллег, мы не зависим от собственной хозяйственной деятельности и занимаемся исключительно наукой. Среди наших заказчиков не только ученые, но и самые разные ведомства, например оборонное.

Мы как раз останавливаемся у керамической капсулы, которая оказывается корпусом корабля-беспилотника.

— Военное министерство построило солнечную печь меньшего диаметра для собственных практических нужд здесь же, в долине у Одейо, — говорит Серж. — Ее можно увидеть с некоторых участков горной дороги. Но за научными экспериментами они все равно обращаются к нам.

Смотритель объясняет, в чем преимущество солнечной энергии перед любой другой в ходе выполнения научных задач.

— Во-первых, солнце светит бесплатно, — загибает он пальцы. — Во-вторых, горный воздух способствует проведению опытов в «чистом» виде — без примесей. В-третьих, солнечный свет позволяет нагревать материалы значительно быстрее, чем любые другие установки, — для некоторых экспериментов это крайне важно.

Любопытно, что печь может работать практически круглый год. По словам Сержа Шовина, оптимальным месяцем для проведения экспериментов является апрель.

— Но если нужно, кусочек металла для туристов солнце расплавит хоть в январе, — улыбается смотритель. — Главное, чтобы небо было ясным и безоблачным.

Одним из неоспоримых преимуществ самого существования этой уникальной лаборатории является полная ее открытость для туристов. Ежегодно сюда приезжает до 80 тысяч человек, и это делает для популяризации науки среди взрослых и детей намного больше, чем школа или университет.

Фон-Ромё-Одейо — типичный пасторальный французский городок. Его главное отличие от тысяч таких же — сосуществование таинства бытовой жизни и науки. На фоне 54-метровой зеркальной параболы — горные молочные коровы. И постоянное жаркое солнце.

Теперь перейдем у другому сооружению.

В сорока пяти километрах от Ташкента, в Паркентском районе, в предгорьях Тянь-Шаня на высоте 1050 метров над уровнем моря находится уникальное сооружение — так называемая Большая Солнечная Печь (БСП) мощностью в тысячу киловатт. Она расположена на территории Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Республики Узбекистан. Таких печей в мире всего две, вторая находится во Франции.

БСП была запущена в эксплуатацию еще при Союзе в 1987 году, — рассказывает ученый секретарь Института материаловедения НПО «Физика-Солнце» кандидат технических наук Мирзасултан Маматкасымов. — Для сохранения этого уникального объекта из госбюджета выделяются достаточные средства. Две лаборатории института расположены у нас, четыре — в Ташкенте, где находится основная научная база, на которой осуществляется изучение химических и физических свойств новых материалов. У нас же производится процесс их синтеза. Мы экспериментируем с этими материалами, наблюдая за процессом плавки при различных температурах.

БСП представляет собой сложный оптико-механический комплекс с автоматическими системами управления. Комплекс состоит из гелиостатного поля, расположенного на склоне горы и направляющего солнечные лучи в параболоидный концентратор, который представляет собой гигантское вогнутое зеркало. В фокусе этого зеркала создается высочайшая температура — 3000 градусов по Цельсию!

Гелиостатное поле состоит из шестидесяти двух гелиостатов, расположенных в шахматном порядке. Они обеспечивают зеркальную поверхность концентратора световым потоком в режиме непрерывного слежения за Солнцем в течение всего дня. Каждый гелиостат размером семь с половиной на шесть с половиной метров состоит из 195 плоских зеркальных элементов, называемых «фацетами». Отражающая площадь гелиостатного поля равна 3022 квадратных метров.

Концентратор, на который гелиостаты направляют солнечные лучи, представляет собой циклопическое сооружение высотой сорок пять метров и шириной пятьдесят четыре метра.

Следует отметить, что преимущество солнечных печей, по сравнению с печами других типов, состоит в мгновенном достижении высокой температуры, позволяющей получать чистые материалы без примесей (благодаря также чистоте горного воздуха). Используются они для нефтегазовой, текстильной и ряда других промышленностей.

Зеркала имеют определенный срок эксплуатации и рано или поздно выходят из строя. В наших цехах мы изготавливаем новые зеркала, которые устанавливаем взамен старых. Их только в концентраторе 10700, а в гелиостатах 12090 штук. Процесс изготовления зеркал происходит в вакуумных установках, где на поверхность отработанных зеркал напыляется алюминий.

Фергана.Ру: - Как вы решаете проблему поиска специалистов, ведь после развала Союза происходил их отток за рубеж?

Мирзасултан Маматкасымов: - В момент запуска установки в 1987 году здесь работали специалисты из России, Украины, которые обучали наших. Благодаря нашему опыту теперь мы имеем возможность готовить специалистов в этой области самостоятельно. Молодежь приходит к нам с физического факультета Национального университета Узбекистана. Сам я после окончания университета работаю здесь с 1991 года.

Фергана.Ру: - Когда взираешь на это грандиозное сооружение, на ажурные металлические конструкции, как бы парящие в воздухе и при этом поддерживающие «броню» концентратора, в памяти всплывают кадры научно-фантастических фильмов…

Мирзасултан Маматкасымов: - Ну, на моем веку снимать научную фантастику, используя эти уникальные «декорации», здесь пока никто не пытался. Правда, приезжали звезды узбекской эстрады, чтобы снимать свои клипы.

Мирзасултан Маматкасымов: - Сегодня мы будем плавить брикеты, спрессованные из порошкообразного оксида алюминия, температура плавления которого составляет 2500 градусов по Цельсию. В процессе плавки материал стекает с наклонной плоскости и капает в специальный поддон, где образуются гранулы. Их отправляют в керамический цех, расположенный неподалеку от БСП, где измельчают и применяют для изготовления различных керамических изделий, начиная от мелких нитеводителей для текстильной промышленности и заканчивая полыми керамическими шарами, внешне напоминающими бильярдные. Шары используются в нефтегазовой промышленности в качестве поплавков. При этом с поверхности нефтепродуктов, хранящихся в больших емкостях на нефтебазах, испарение уменьшается на 15-20 процентов. За последние годы мы изготовили около шестисот тысяч таких поплавков.

Для электротехнической промышленности мы изготавливаем изоляторы и другие изделия. Они отличаются повышенной износостойкостью и прочностью. Кроме оксида алюминия мы также используем более тугоплавкий материал — оксид циркония с температурой плавления 2700 градусов по Цельсию.

Контроль за процессом плавки осуществляется так называемой «системой технического зрения», которая оснащена двумя специальными телекамерами. Одна из них непосредственно передает изображение на отдельный монитор, другая — на компьютер. Система позволяет как наблюдать за процессом плавки, так и проводить различные измерения.

Следует добавить, что БСП используют и как универсальный астрофизический инструмент, открывающий возможности проведения исследований звездного неба в ночное время.

Кроме вышеперечисленных работ в институте большое внимание уделяется изготовлению медицинского оборудования на базе функциональной керамики (стерилизаторы), абразивных инструментов, сушилок и многого другого. Такое оборудование успешно внедрено в медицинские учреждения нашей республики, а также в аналогичные учреждения Малайзии, Германии, Грузии и России.

Параллельно в институте были разработаны солнечные установки малой мощности. Так, например, учеными института созданы солнечные печи мощностью полтора киловатт, которые были установлены на территории Таббинского института металлургии (Египет) и в Международном металлургическом центре в Хайдарабаде (Индия).

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.