Солнечная печка своими руками, солнечная батарея своими руками. Мастер-класс

Еще издавна было замечено нашими предками, что в жаркий знойный день солнце вокруг все так прогревает, что например на камнях не составит особого труда пожарить яичницу. Таким образом приручив Солнце, люди пошли дальше, и изобрели солнечную печь , которая стала гораздо эффективнее и функциональнее раскаленных камней. Солнечная печь уже давно применяется людьми для приготовления пищи в экваториальных странах с жарким климатом, и можно сказать, что если вы там путешествуете, такая печка может пригодиться.

Солнечные печи могут иметь самый различный вид. Они встречаются разные по размерам - небольшие печи в виде ящиков или коробок и печи размером со шкафы или большие агрегаты с дополнительной системой линз, которые концентрируют солнечные лучи.

Простая самодельная солнечная печка

Несмотря на разнообразие солнечных печей, действуют все они одинаково – готовят или разогревают еду. А способствует этому солнце. Самым же простым вариантом солнечной печи является обычная коробка. Такая коробка изнутри обклеивается фольгой, чтобы отражать солнечные лучи. В коробку помещается кастрюлька обязательно черного цвета, чтобы поглощать энергию, отраженную фольгой и прямых солнечных лучей. Солнечная печка накрывается стеклянной крышкой. Через нее лучи просачиваются в конструкцию, а при помощи изоляции там задерживаются. Края крышки коробки направляются таким образом, чтобы отражать как можно больше солнечных лучей на кастрюльку. Лучше печь по такому проекту делать из металла.

Для того, чтобы печь эффективно готовила пищу, стоит и посуду для этого выбирать в черных тонах. Иначе все тепло будет отталкиваться от светлых стенок посуды. В печи будет собираться больше тепла, если ее корпус покрывается изоляцией. Учитывая все правила можно сконструировать печи, которая будет нагреваться до девяноста градусов. А этого вполне довольно для готовки. Конечно, замысловатое блюдо на таком устройстве варить не стоит, а вот что-либо разморозить или разогреть можно запросто.

Конструкция самодельной солнечной печи

Еще одна конструкция солнечной печки, которую тоже легко изготовить из подножного хлама.

Вырезаем по схеме из любой коробки подходящего размера. Подойдет коробка из под микроволновки или маленького телевизора. Обклеиваем полученную конструкцию фольгой. Если в экстремальных условиях будут трудности с фольгой, используйте другие предметы отражающие солнечные лучи. Далее из подножного хлама делается подставка под кастрюльку или другую банку для еды. Банка или кастрюлька должна быть черного 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 солнечных печей может считаться их компактность. Установив на солнце такую печку, разогреть получиться сразу несколько посудин. А из всей энергии потребуется только солнечное тепло. Причем печка будет согреваться не обязательно под прямым солнечным потоком, иногда хватает и рассеянного света.

Недостаток солнечной печи в том, что разогреть пищу, когда скроется солнце, невозможно. А днем любое блюдо будет вариться долго - несколько часов. Если вы любитель жареных блюд, тогда солнечная печка не для вас. В наших широтах солнечная печь, конечно, далеко не каждый день будет работать. :-)

Солнечные печки могут иметь и более мощную систему нагрева. Это получается в том случае, когда применяются зеркала или другие приспособления, например линзы, концентрирующие солнечные лучи. Причем температура в таких печах настолько высока, что получатся даже пироги, а вода с легкостью закипает.

Солнечные печи дешевы и просты в изготовлении. Они состоят из просторной хорошо тепло изолированной коробки, выстеленной отражающим свет материалом (например, фольгой), накрытой стеклом и оборудованной внешним отражателем. Кастрюля черного цвета служит поглотителем, нагреваясь быстрее, чем обычная посуда из алюминия или нержавеющей стали. Солнечные печи можно использовать для обеззараживания воды, если доводить ее до кипения. Даже если не доводить, а открыть крышку кастрюли с водой, лучше если кастрюля внутри тоже будет черной. Солнечные лучи сами по себе способны убивать микроорганизмы, но качество такого обеззараживания хуже, чем кипячение.

Тепловая мощность солнечной печи

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.

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. Но их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.

Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м2, вполне можно 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 - но это тоже бывает очень важно. 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. Но всё-таки это значительно меньше полугода!

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.

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.

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° C в солнечный день в тропиках; это примерно на 120° C выше температуры окружающего воздуха. Так как вода, содержащаяся в продуктах питания, не нагревается выше 100° C, 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° C большую часть времени приготовления. Но температура кипения 100° C 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 отражателем

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 солнечных печей

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. Если вырубка лесов в Судане не замедлится, к 2005 году от них ничего не останется.

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.

Использовать потенциал солнечного тепла можно не только для выработки электроэнергии на крупных электростанциях или для отопления жилищно-хозяйственных комплексов, но и в обычной бытовой сфере жизнедеятельности человека, например, для приготовления пищи. Сама идея создания печки, работающей исключительно на одной солнечной энергии, настолько актуальна, что народные умельцы давно сумели осуществить ее на практике. Эта статья поможет сделать солнечную печку своими руками, не прилагая особых усилий, чтобы вы смогли обеспечить себя и своих друзей вкусным горячим обедом. Сами силы природы будут содействовать вам в этом. Понятно, что время приготовлении пищи в солнечной печке будет значительно больше, чем в обычной духовке или на электроплите. Тем не менее, такую конструкцию можно расположить рядом с барбекю или мангалом, тем самым придав новизну вашему участку.

Для изготовления солнечной печи используются не дорогие и общедоступные материалы:

Брусья;
- фанера 6-10 мм;
- кровельное железо 0,5мм (оцинковка);
- стекло 3-4 мм.;
- утеплитель (минеральная вата).
- зеркало.

Первым делом изготавливаем каркас солнечной печи из брусьев 40х40 и фанеры. Чем толще фанера, тем прочнее будет конструкция.

Изготавливаем рамку для стекла которая крепится к корпусу при помощи шарниров.

Из кровельного железа 0,5 мм. вырезаем внутреннюю часть печи (кожух). При этом, разрезаем лист согласно чертежу.

После того как, кожух готов, при помощи гвоздей прибиваем его внутри корпуса. После чего обрабатываем края наждачной бумагой, чтобы не было заусенцев.

Устанавливаем стекла в рамку на прозрачный силиконовый герметик и фиксируем штапиками.

Монтируем отражающую панель на шарниры.

Не забываем приделать ручки для переноса солнечной печи и для открытия стеклянной дверцы.

Тщательно утепляем минеральной ватой по бокам, между металлическим кожухом и корпусом, и дно печи. После чего дно зашиваем фанерой.

Выкрашиваем металлический кожух жаростойкой, черной матовой краской.

На отражающую панель приклеиваем зеркало (зеркальная плитка)

Солнечная печь готова к работе. Первое использование солнечной печи, необходимо производить без продуктов питания. Поскольку краска, в первые дни, может выделять неприятный запах.

Не забудьте обработать корпус печи краской, антисептиком, для предотвращения атмосферного воздействия.

Располагать печь необходимо под прямыми солнечными лучами. Если солнце находится низко, то для наибольшей эффективности используйте отражатель.

Для большей скорости приготовления используйте черную посуду, желательно из тонкого алюминия.

Второй способ изготовления. К сожалению, без фотографий.

Итак, для постройки солнечной печки нам понадобятся следующие материалы:

деревянный или металлический ящик
кусок темного картона, желательно черного цвета
несколько штук небольших, окрашенных в черный цвет камней
стекло по размерам ящика
четыре куска жести в качестве отражателей.

Начнем с сооружения основного каркаса. Его можно сварить из металлических уголков, а лучше всего сбить из брусков и досок. Размеры и форму ящика подбирайте на свой вкус, в зависимости от вида и количества приготовляемой пищи. Это не должна быть строго квадратная или прямоугольная печка. Можно придать конструкции любую форму, например шестиугольную, круглую и даже форму эллипса. Здесь, пожалуй, все зависит от вашей фантазии и желания сделать что-нибудь необычное и оригинальное.

Когда ящик сделан, необходимо застелить дно и внутренние стенки черным картоном или плотной бумагой. Цвет обшивки обязательно должен быть черным, так как он более эффективно поглощает солнечные лучи. Крепить бумагу к ящику необходимо гвоздиками с большой шляпкой или саморезами с шайбой.

Теперь вырежьте по размеру коробки отражатели из жести, обработайте все стороны наждачной бумагой или надфилем, чтобы удалить заусеницы, и прикрепите четыре отражателя к верхней части коробки. Это можно сделать с помощью металлических или пластмассовых уголков, или же просто прикрутить жесть шурупами и выгнуть ее под необходимым углом к Солнцу. Правильней будет установить отражатели на оконные петли, которые можно купить на рынке или в любом строительном магазине. С помощью петель вы сможете без проблем регулировать отражатели в зависимости от положения Солнца на небе.

Жестяные отражатели концентрируют и перенаправляют солнечные лучи в деревянную коробку, обеспечивая этим качественное и быстрое приготовление пищи.

Последний шаг в изготовлении солнечной печки - резка и установка стекла, которое будет выполнять основную функцию: поглощать солнечный свет, который будет преобразовываться в тепловую энергию для подогрева пищи. Кроме того, стекло является крышкой для вашей солнечной печки.

Теперь осталось только найти на своем участке или в другом месте несколько темных камней средних размеров и уложить их на дно ящика. Если вам попадаются слишком светлые камни, попробуйте перекрасить их в черный цвет и дать им полностью высохнуть. Для чего нужны камни? Они будут своего рода накопителем солнечного тепла. С их помощью можно регулировать температуру в печке, убирая или, наоборот, подкладывая новые камни. Раскаленные камни позволят заняться приготовлением ужина даже в то время, когда Солнце не будет таким ярким и теплым.

Если вы хотите точно знать, какая температура внутри вашей «солнечной духовки», не поленитесь установить небольшой пищевой термометр, который можно приобрести в любом продуктовом супермаркете.

Время нагрева солнечной печки составляет около 20-30 минут, в зависимости от времени суток и величины солнечной активности.

Вот и все, ваша печка готова. Наслаждайтесь только чистой и полезной едой!

Простейшая конструкция солнечных печей, изготовленных из картонных коробок

А теперь мастер класс, как сделать саму солнечную батарею.

Итак, что же такое солнечная батарея , панель (СБ)? По существу, это контейнер, содержащий массив солнечных элементов. Солнечные элементы, это те штуки, которые на самом деле делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо достаточно много. Также, солнечные элементы ОЧЕНЬ хрупкие. Поэтому их и объединяют в СБ. Батарея содержит достаточное количество элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения. Звучит не слишком сложно. Я уверен, что смогу сделать это сам.

Я начал свой проект, как обычно, с поиска в сети информации по самодельным СБ и был шокирован как же ее мало. Тот факт, что мало кто сделал свои собственные солнечные батареи, заставлял меня думать, что это должно быть очень сложно. Задумка была отложена в долгий ящик, но я никогда не переставал думать о ней.

Спустя какое-то время, я пришел к следующим умозаключениям:
- главное препятствие в постройке СБ это приобретение солнечных элементов за разумную цену
- новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги
- дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на eBay и других местах гораздо дешевле
- солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи

Когда до меня дошло, что я могу использовать дефектные элементы, чтобы сделать свою СБ, я взялся за работу. Начал с покупки элементов на eBay .

Купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3х6 дюйма. Чтобы сделать СБ, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов. Каждый элемент генерирует порядка 0,5В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12В. (Да, такое высокое напряжение действительно необходимо для эффективной зарядки 12В аккумуляторов). Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить.

Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений. Воск - это головная боль при его удалении. Если у вас есть возможность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке. Заметьте, что мои элементы уже имеют припаянные проводники. Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2-3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.

Также я купил пару наборов элементов без заливки воском у другого продавца. Эти элементы пришли упакованные в пластиковую коробку. Они болтались в коробке и немного обкололись по бокам и углам. Незначительные сколы не имеют особого значения. Они не смогут снизить мощность элемента настолько, чтобы об этом надо было беспокоиться. Купленных мной элементов должно хватить на сборку двух СБ. Я знаю, что возможно сломаю парочку при сборке, поэтому купил чуть больше.

Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем мои 3х6 дюймов. Просто помните:
- Элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера. Поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов.
- Большие по размеру элементы могут генерировать бОльший ток, а меньшие по размеру, соответственно - меньший ток.
- Общая мощность вашей батареи определяется как ее напряжение умноженное на генерируемый ток.

Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность. Также стоит отметить, что использование в одной батарее элементов разных размеров - плохая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького элемента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.

Солнечные элементы, на которых я остановил выбор, имеют размер 3х6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 ампера. Я планирую соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 вольт. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 ватт на ярком солнце. Звучит не сильно впечатляюще, но все же это лучше чем ничего. При чем, это 60Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты. Просто когда я иду спать, мои энергетические потребности сводятся к нулю. Короче, 60 Вт это вполне достаточно, особенно учитывая, что у меня есть ветрогенератор, который тоже производит энергию, когда дует ветер.

После того как вы купите свои солнечные элементы спрячьте их в безопасное место, где они не разобьются, не попадут детям для игр и не будут съедены вашей собакой до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Элементы очень хрупкие. Грубое обращение превратит ваши дорогие солнечные элементы в маленькие синенькие блестящие и ни для чего непригодные осколочки.

Итак, солнечная батарея это просто неглубокий ящик. Я начал с постройки такого ящика. Я сделал его неглубоким, чтобы борта не затеняли солнечные элементы, когда солнце светит под углом. Сделан он из фанеры толщиной 3/8 дюйма с бортиками из реек толщиной 3/4 дюйма. Бортики приклеены и привинчены на место. Батарея будет содержать 36 элементов размером 3х6 дюймов. Я решил разделить их на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.

Вот небольшой набросок, показывающий размеры моей СБ. Все размеры в дюймах (простите меня, поклонники метрической системы). Бортики толщиной 3/4 дюйма идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части. В общем, я решил сделать так. Но в принципе, размеры и общий дизайн не критичны. Можете свободно все варьировать в своем эскизе. Размеры же тут я приводу для тех людей, которые постоянно ноют, чтобы я включил их в свои эскизы. Я всегда поощряю народ экспериментировать и изобретать что-то свое, нежели слепо следовать инструкциям, написанным мной (или кем-то еще). Возможно, у вас получится лучше.

Вид одной из половин моей будущей батареи. В этой половине будет размещена первая группа из 18 элементов. Обратите внимание на небольшие отверстия в бортиках. Это будет нижняя часть батареи (на фото верх находится внизу). Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи СБ и служащие для удаления влаги. Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попадут внутрь. Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке.

Далее я вырезал два подходящих по размеру куска ДВП. Они будут служить подложками, на которых будут собираться солнечные элементы. Они должны свободно помещаться между бортиками. Не обязательно использовать именно перфорированные листы ДВП, просто у меня оказались такие под рукой. Пойдет любой тонкий, жесткий и не проводящий ток материал.

Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом. Эти два куска оргстекла были вырезаны, чтобы закрывать всю батарею полностью. У меня не было одного достаточно большого куска. Стекло тоже можно использовать, но стекло бьется. Град, камни и летящий мусор могут разбить стекло, а от оргстекла просто отскочат. Как видите, начинает вырисовываться картинка, как солнечная батарея будет выглядеть в итоге.

Упс! На фото два листа оргстекла соединенные на центральной перегородке. Я сверлил отверстия вокруг кромки, чтобы посадить оргстекло на шурупы. Будьте осторожны, сверля отверстия возле кромки оргстекла. Будете сильно давить - сломается, что у меня и произошло. В итоге, я просто приклеил отломавшийся кусок и просверлил недалеко новое отверстие.

После этого, я окрасил все деревянные части солнечной батареи несколькими слоями краски, чтобы защитить их от влаги и воздействия окружающей среды. Ящик я покрасил внутри и снаружи. При выборе типа краски и ее цвета был использован научный подход. Я взболтал всю краску из остатков, имеющихся у меня в гараже, и выбрал ту банку, в которой краски хватит, чтобы сделать всю работу.

Подложки тоже были окрашены в несколько слоев с обеих сторон. Убедитесь, что вы хорошо все прокрасили, иначе дерево может покоробиться от влаги. А это может повредить солнечные элементы, которые будут приклеены к подложкам.

Теперь, когда у меня есть основа для СБ, самое время подготовить солнечные элементы.

Как я говорил раньше, удаление воска с солнечных элементов - это настоящая головная боль. После нескольких проб и ошибок я все-таки нашел неплохой способ. Но я по-прежнему рекомендую покупать элементы у того, кто не заливает их воском.

Первый шаг, это «купание» в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты. Я также рекомендую погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев. Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники - могут порваться. Я обнаружил это, когда пробовал разделить свои элементы. Хорошо, что я купил их с запасом.

Тут показана финальная версия «установки» которую я использовал. Моя подруга спросила, что это я готовлю. Вообразите ее удивление, когда я ответил: «Солнечные элементы». Первая «горячая ванна» для растапливания воска находится на заднем плане справа. На переднем плане слева - горячая мыльная вода, а справа - чистая горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в дальней кастрюле растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде. Выкладываем элементы для просушки на полотенце. Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т.к. воск затвердеет и засорит сток. Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно.

Несколько разделенных и очищенных солнечных элементов сушатся на полотенце. После разделения и удаления защитного воска из-за своей хрупкости они стали удивительно сложными в обращении и хранении. Я рекомендую оставить их в воске до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Это позволит вам не разбить их до того, как вы сможете их использовать. Поэтому постройте сначала основу для батареи. У меня же пришло уже время установить их.

Я начал с отрисовки сетки на каждой основе, для упрощения процесса установки каждого элемента. Потом я выложил элементы по этой сетке обратной стороной вверх, так их можно спаять вместе. Все 18 элементов для каждой половины батареи должны быть соединены последовательно, после чего обе половины также должны быть соединены последовательно для получения требуемого напряжения.

Спаивать элементы между собой поначалу сложно, но я быстро приловчился. Начинайте только с двух элементов. Разместите соединительные проводники одного из них так, чтобы они пересекали точки пайки на обратной стороне другого. Также нужно убедиться, что расстояние между элементами соответствует разметке.

Я использовал маломощный паяльник и прутковый припой с сердцевиной из канифоли. Также перед пайкой я смазывал флюсом точки пайки на элементах при помощи специального карандаша. Не давите на паяльник! Элементы тонкие и хрупкие, нажмете сильно - сломаете. Я был неаккуратен пару раз - пришлось выбросить несколько элементов.

Повторять пайку пришлось до тех пор, пока не получилась цепочка из 6-ти элементов. Соединительные шины от сломанных элементов я припаял к обратной стороне последнего элемента цепочки. Таких цепочек я сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи.

Три цепочки элементов должны быть соединены последовательно. Поэтому среднюю цепочку поворачиваем на 180 градусов по отношению к двум другим. Ориентация цепочек получилась правильной (элементы все еще лежат обратной стороной вверх на подложке). Следующий шаг - приклеивание элементов на место.

Приклеивание элементов потребует некоторой сноровки. Наносим небольшую каплю силиконового герметика в центре каждого из шести элементов одной цепочки. После этого переворачиваем цепочку лицевой стороной вверх и размещаем элементы по разметке, которую нанесли раньше. Легонько прижмите элементы, надавливая по центру, чтобы приклеить их к основе. Сложности возникают в основном при переворачивании гибкой цепочки элементов. Вторая пара рук тут не повредит.

Не наносите слишком много клея и не приклеивайте элементы нигде кроме центра. Элементы и подложка, на которой они смонтированы, будут расширяться, сжиматься, гнуться и деформироваться при изменении температуры и влажности. Если вы приклеите элемент по всей площади, он со временем сломается. Приклеивание только в центре дает элементам возможность свободно деформироваться отдельно от основы. Элементы и основа могут деформироваться по-разному и элементы не сломаются.

Вот полностью собранная половина батареи. Я использовал медную оплетку от кабеля для соединения первой и второй цепочки элементов.

Можно использовать специальные шины или даже обычные провода. Просто у меня под рукой была медная оплетка от кабеля. Такое же соединение делаем с обратной стороны между второй и третьей цепочкой элементов. Каплей герметика я прикрепил провод к основанию, чтобы он не «гулял» и не гнулся.

Тест первой половины солнечной батареи на солнце. При слабом солнце в дымке эта половина генерирует 9,31В. Ура! Работает! Теперь мне нужно сделать еще одну такую же половину батареи.

После того как обе основы с элементами будут готовы, я смогу установить их на место в подготовленную коробку и соединить.

Каждая из половин помещается на свое место. Я использовал 4 небольших шурупа для крепления основы с элементами внутри батареи.

Провод для соединения половин батареи я пропустил через одно из вентиляционных отверстий в центральном бортике. Тут тоже пара капель герметика поможет закрепить провод на одном месте и предотвратить его болтание внутри батареи.

Каждая солнечная панель в системе должна быть снабжена блокирующим диодом, соединенным последовательно с батареей. Диод нужен для предотвращения разряда аккумуляторов через батарею ночью и в пасмурную погоду. Я использовал диод Шоттки на 3,3А. Диоды Шоттки имеют гораздо более низкое падение напряжения, чем обычные диоды. Соответственно, будут меньше потери мощности на диоде. Я купил набор из 25 диодов марки 31DQ03 на eBay всего за пару баксов. У меня останется еще много диодов для моих будущих СБ.

Сначала я планировал присоединить диод снаружи батареи. Но после того как посмотрел технические характеристики диодов, решил поместить их внутри батареи. У этих диодов падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Внутри моей батареи будет высокая температура, диод будет работать более эффективно. Используем еще немного силиконового герметика чтобы закрепить диод.

Я просверлил отверстие в днище батареи ближе к верху, чтобы вывести провода наружу. Провода завязаны на узел, чтобы предотвратить их вытягивание из батареи, и закреплены все тем же герметиком.

Важно дать герметику высохнуть до того, как мы будем крепить оргстекло на место. Советую, опираясь на предыдущий опыт. Испарения из силикона могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла и элементов, если вы не дадите силикону высохнуть на открытом воздухе.

И еще немного герметика для герметизации выходного отверстия.

На выходной провод я прикрутил двухконтактный разъем. Розетка этого разъема будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторов, который я использую для своего ветрогенератора. Таким образом, солнечная батарея сможет работать с ним параллельно.

Вот как выглядит законченная СБ с прикрученным экраном из оргстекла. Оргстекло пока еще не герметизировано. Я сначала не производил герметизацию стыков. Провел сначала небольшое тестирование. По результатам тестов мне потребовался доступ к внутренностям батареи, там обнаружилась проблема. У меня на одном из элементов отошел контакт. Может быть, это произошло из-за перепада температур или из-за неаккуратного обращения с батареей. Кто знает? Я разобрал батарею и заменил этот поврежденный элемент. С тех пор проблем не было. В будущем, возможно, я герметизирую стыки под оргстеклом при помощи герметика или закрою их алюминиевой рамкой.

Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18,88В без нагрузки. Это в точности как я и рассчитывал.

А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце). Амперметр показывает 3,05А - ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов. Солнечная батарея прекрасно работает!

Солнечная батарея в работе. Я перемещаю ее пару раз в день для сохранения ориентации на солнце, но это не такая уж и большая сложность. Возможно, когда-нибудь я построю автоматическую систему слежения за солнцем.

Уже наступило лето и совсем скоро яркое солнце будет жарить вовсю! Самое время вспомнить науку и использовать солнечную энергию себе на благо. Одно из таких применений - это солнечная кухня.

Многие развивающиеся страны, уже не одну сотню лет варят каши без огня: первая известная солнечная печь была сделана швейцарцем по имени Хорас де Соссьюр еще в 1767 году (около 250 лет назад)! [на картинке не она]

То есть м ожно приготовить пищу не сжигая топливо и без электрической энергии, а используя только солнечное излучение.

Для этого нужно сконцентрировать лучи солнца, т.е. собрать их все вместе в одну точку, усилив тем самым их действие во много раз. Эту задачу выполняют так называемые оптические концентраторы, которые представляют из себя вогнутую зеркальную поверхность.

В этой статье мы расскажем о двух конструкциях солнечной печки из легкодоступных материалов, а именно из картона и алюминиевой пищевой фольги.

В основном, в мире, при использовании подобных конструкций, основной упор делается на приготовлении пищи, либо обеззараживания воды без использования огня. Сейчас солнечные кухни используются от жарких пустынь Африки до лесов Канады. В Республике Беларусь такие кухни могут реально работать примерно 5-6 месяцев в году (пока ярко светит солнце).

Модель 1. Солнечная кухня «Параболическая тарелка»

Эта конструкция представляет 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.

Особенность таких кухонь является большая температура нагрева "цели". Т.е. её удобно использовать, когда нужно быстро, как на обычной плите, приготовить относительно небольшое количество пищи.

Недостатками такой конструкции являются: необходимость следить за солнцем (приходится поворачивать зеркало примерно раз в полчаса), и возможность получения ожогов глаз и рук при неосторожном обращении.

Несмотря на кажущуюся сложность изготовления отражателя, он также весьма прост и может быть изготовлен из картона и фольги. Пример и последовательность сборки одного из вариантов, показаны на рисунках ниже.

Рисунок 1. Общий вид параболического зеркала печки.

Рисунок 2. Раскройка одного из лепестков. Всего 12 шт.

1) Лепестки из картона вначале соединяют по длинной стороне.
2) Затем соединяют внутреннюю часть полученной тарелки-концентратора в кольцо и обклеивают фольгой изнутри.

3) Стягивают проволокой или веревкой основание.

4) Вот, что получается в результате (вид снаружи и изнутри).

Для этого проделываем 4 отверстия в нижней части нашей печки. В эти отверстия насквозь вставляем палочки 35 см в длину.

Затем наклеиваем сверху вставленных палочек кусочки картона для дополнительной жесткости. Также неплохо бы закрутить на концах палочек резинку или проволоку, чтобы палочки не выскочили.

Затем прикручиваем еще две палочки изнутри поперек при помощи проволоки. Получилась подставка для кастрюли.

Наша солнечная кухня готова! Можно приступать к тестированию.

Модель 2. Панельная модель солнечной кухни

Вот такую солнечную печку продают в магазине за 86 $.

Мы же расскажем как сделать такую печку самому затратив не более 2 $.

Панельная схема солнечной печи является наиболее простой по конструкции, и представляет собой зеркало-концентратор, состоящее из нескольких плоских зеркал-панелей и кастрюли, которая теплоизолирована от окружающего воздуха обычным полиэтиленовым пакетом.

Ниже дана выкройка одной из реальных отработанных конструкций подобных печей. Напомню, в качестве зеркала используется обычный картон с наклеенной на одну его сторону алюминиевой фольгой.

Выкройка зеркала для панельной солнечной печи.

Особенностью данной конструкции, является возможность её складывания в компактный блок размерами, примерно, 33х33 см.

Схема складывания.

А вот как печка выглядит в готовом виде.

Бонус: Подробная видео-инструкция создания солнечной печи

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.

Ящичные солнечные 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.

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.

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.