How to make a "Sunbrella" solar cooker/fr

Un parapluie en cas de pluie, un four solaire parabolique par temps ensoleillé... un Sunbrella !

L'énergie utilisée pour la cuisson conventionnelle provient de diverses sources : bois, gaz, pétrole, charbon, électricité, etc. Bien que la cuisson solaire semble constituer une catégorie à part, elle est en réalité à la base de toutes les autres. L' énergie solaire a permis la croissance des arbres ; des plantes et des animaux enfouis au fond des océans il y a cent millions d'années se sont décomposés en anaérobie pour produire du pétrole brut [1] …

La différence entre les techniques conventionnelles, comme le bois, le pétrole et le gaz, et l'énergie solaire pure réside dans le nombre d'étapes que l'énergie doit franchir (sans oublier les sous-produits de son utilisation). Avec le gaz, par exemple, le soleil brille, l'arbre pousse, l'animal se nourrit, le champignon se développe, le gaz brûle, puis la casserole chauffe. Avec l'énergie solaire pure, comme dans un four solaire, le soleil brille… et la casserole chauffe. Simple, direct et apparemment bien plus efficace pour la cuisson des aliments destinés à la consommation humaine.

Cuisinière solaire

Les cuiseurs solaires sont des concentrateurs solaires dont la précision et l'efficacité sont sacrifiées au profit de la simplicité de construction et de l'utilisation de matériaux courants. On utilise des géométries approximatives permettant néanmoins d'atteindre les températures d'ébullition de l'eau ou de cuisson du pain. Certains calculs relatifs à la conception des cuiseurs solaires à réflecteurs paraboliques sont disponibles sur la page « Calculs liés au soleil » .

Il existe toute une gamme de modèles de cuiseurs solaires, chacun présentant ses propres avantages, coûts et conditions optimales. Quelques exemples…

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  Cuisinière solaire : Il s'agit simplement d'une boîte découpée dont les côtés sont recouverts de papier aluminium. Exemple de projet : Machine mathématique pour paraboloïdes.
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  Cuisinière solaire à caisson : Le panneau de verre crée un effet de serre. Exemple de projet : Projet de recherche sur les cuisinières solaires à caisson
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  Cuisinière solaire en panier : une cuisinière solaire adaptée aux spécificités culturelles. Exemple de projet : Cuisinière solaire parabolique en panier d'osier.
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  Cuisinière solaire satellite : Sa forme parabolique concentre la lumière du soleil en un seul point. Exemple de projet : Cuisinière solaire pour fauteuil Papasan
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  Four solaire parabolique : assemblé par des enfants à l’aide de formules mathématiques. Exemple de projet : Comment fabriquer un four solaire pour enfants (Locally Delicious).
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  Cuisinière solaire en forme de parasol : Les parasols sont souvent coniques, mais peuvent avoir une forme très proche de la parabole. Exemple de projet : Comment fabriquer une cuisinière solaire de type « Sunbrella ».
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  Cuisinière solaire à pneus : Un assemblage de pneus noirs recyclés pour une isolation optimale et une économie substantielle.

Les réflecteurs paraboliques [2] concentrent la lumière du soleil en un point focal. Plus leur forme est précise, plus la concentration est forte. Lorsqu'un four solaire parabolique n'est pas correctement orienté, le point focal se disperse, créant une réflexion parabolique hors axe. Il est donc nécessaire d'ajuster fréquemment les fours solaires paraboliques pour maintenir la concentration. Cette concentration permet d'atteindre des températures très élevées, idéales pour des régions comme le comté de Humboldt où le soleil est peu intense ou peu direct [3] .

Les opportunités abondent

En tant qu'étudiant suivant le cours de Technologie appropriée à Cal Poly Humboldt au printemps 2009, avec accès à des ressources humaines incroyables ( Bart Orlando et Lonny Grafman), je ne pouvais imaginer un meilleur moment ni un meilleur endroit pour concevoir, construire, tester et apprécier en collaboration un cuiseur solaire parapluie.

Ce projet offre des opportunités de croissance exceptionnelles à tous les niveaux, ce qui me permet de…

• Créez des liens et des amitiés avec les membres de la communauté
• Travailler en collaboration avec des enseignants et des élèves exceptionnels
• Approfondir mes connaissances sur les moyens d'utiliser l'énergie solaire
• Je souhaite rafraîchir mes connaissances en mathématiques et apprendre à les appliquer à l'ingénierie.
• Recycler les matériaux pour une autre génération
• S'appuyer sur les ressources d'information du collectif technologique approprié
• Intégrer la responsabilité sociale, économique et écologique dans un projet de bricolage
• Créer une page web wiki
• Inspirez les autres à faire de même et reconnaissez la multitude d'opportunités qui s'offrent à eux.

Ce projet a été rendu possible grâce à l'incomparable Bart Orlando . Visionnaire en technologies appropriées, Bart transforme notamment des objets du quotidien en cuiseurs solaires. Il accompagne et forme des étudiants de la région de Humboldt à la conception et à la création de technologies innovantes, comme le cuiseur solaire à panier parabolique pour les cultures non industrialisées et le cuiseur solaire à chaise papasan pour les cultures industrialisées. Pédagogue dans l'âme, il anime des ateliers et des démonstrations pédagogiques partout où il va, des événements aux écoles, en passant par les marchés de producteurs et les coopératives. Sa mission : réduire l'impact négatif sur la santé et l'environnement de la cuisson au bois et des méthodes de cuisson traditionnelles, et rendre la cuisson solaire accessible à tous… qui cuisinent. ☺ Merci Bart pour ton dévouement, tes conseils et ton amitié. D'autres exemples de projets de technologies appropriées imaginés par Bart sont disponibles en ligne sur Projects With Bart [4] .

Ce projet s'inspire d'une autre toile Sunbrella réalisée en 2000. Merci à tous ceux qui documentent leur travail en ligne !

Un parapluie est un outil parfaitement adapté dans le comté de Humboldt, tout comme un four solaire utilisant une ressource propre et renouvelable. Nous avons donc décidé de combiner les deux pour créer un appareil incroyable : un parapluie sous la pluie, un four solaire au soleil… un Sunbrella !

Critères

Les principes directeurs qui ont guidé la conception de Sunbrella, et qui ont également servi à évaluer notre réussite, constituent nos critères. On peut aussi les considérer comme des objectifs…

• Efficace - Permet de cuire les aliments et de faire bouillir l'eau
• Sûr - Stable pendant la cuisson
• Portable - Se replie facilement pour un transport et un rangement optimaux.
• Fonctionnel - Résiste à une utilisation sous la pluie sans dommage
• Durable - Résiste à des utilisations répétées comme appareil de cuisson
• Simple – Facile à comprendre, à utiliser et à construire
• Économique - Utilise des matériaux réutilisés/recyclés et génère peu de déchets
• Attrayant - Suscite l'intérêt et la réflexion et est esthétiquement plaisant

' Cadre

La structure est comme le squelette : elle maintient la forme parabolique du four. Puisque notre structure est un parapluie, nous avons cherché longtemps un modèle aux dimensions, à la forme et au manche parfaits.

• Taille – Plus le diamètre d'un four parabolique est grand, plus les rayons du soleil sont réfléchis vers le foyer. Nous avons calculé qu'un parasol d'un diamètre de 125 à 150 cm serait idéal, car nous souhaitons pouvoir nourrir et protéger quelques personnes de la pluie tout en pouvant transporter facilement le Sunbrella.
• Forme – La plupart des parapluies ne sont pas parfaitement paraboliques, mais plutôt caténaires ou coniques . Le nombre de panneaux qui composent un parapluie détermine la régularité de sa forme 3D ; plus il y en a, mieux c’est pour obtenir un paraboloïde. Nous avons opté pour un parapluie composé d’au moins 12 panneaux.
• Manche – Ce sont les extrémités du manche qui importent vraiment : la poignée et l’embout. Une poignée droite nous a semblé la plus compacte et offrait davantage de possibilités pour les ustensiles de cuisine. L’embout joue un rôle crucial dans la fixation du tissu Sunbrella ; nous souhaitions donc qu’il soit long et robuste.

Après plusieurs semaines de recherche dans la région de Humboldt, nous avons finalement acheté un parapluie sur eBay : un modèle blanc de 152 cm de diamètre, à 16 panneaux, avec une poignée droite et une pointe de 6,35 cm qui prolonge la tige (ce qui le rend très solide). Environ une semaine avant la fin de nos recherches, nous avons trouvé le parapluie idéal, presque identique à celui-ci, mais en mieux : il est multicolore, sa tige et ses baleines sont argentées (au lieu de noires) et son point focal est plus haut. Vous trouverez des photos des deux parapluies sur cette page.

Comme vous vous en doutez, les réflecteurs réfléchissent les rayons du soleil. De nombreux matériaux sont disponibles sur le marché, offrant différents degrés de réflectivité, de durabilité, de prix, etc. Un excellent tableau comparatif de réflecteurs a été réalisé par un autre étudiant du cours Engr 305 en 2008. Idéalement, un tissu à tissage serré, comme le lamé liquide, serait cousu de façon permanente sur les panneaux pour faciliter l'installation. Ce matériau n'étant pas facilement disponible (mais existant*), nous avons opté pour la création de réflecteurs individuels à glisser sur les panneaux lors de leur utilisation comme four et à ranger ensuite. Notre choix s'est porté sur le mylar et l'acétate de cellulose.

• Mylar – Film en polyester présentant une réflectivité de 98 %. Il offre une couleur uniforme, une stabilité dimensionnelle, une haute résistance à la chaleur et est indéchirable. [5]
• L’acétate de cellulose ( AC) ressemble au plastique, se découpe facilement et est flexible. Fabriqué à partir de pâte de bois, il est compostable et incinérable. Il présente une faible rétention thermique, est hypoallergénique et résistant aux moisissures. [6]

Construction

La fabrication des réflecteurs a été longue et fastidieuse. Nous avons dû procéder par essais et erreurs pour trouver la taille idéale ; ce n'était pas aussi simple qu'il n'y paraît. Nous avons constaté que les panneaux du parasol ne pouvaient pas être entièrement recouverts de réflecteurs triangulaires isocèles à cause de leur courbure, qui créait un espace entre les réflecteurs au centre lorsqu'ils étaient courbés pour épouser la forme. Nous avons donc décidé d'élargir les angles du triangle et de laisser l'un des côtés, au niveau de l'angle le plus aigu, dépasser sur le panneau adjacent.

1. Mesurez la largeur d'un panneau individuel (plus quelques autres pour obtenir une moyenne) au niveau du plan du bord et au point médian, la longueur radiale totale, la longueur radiale entre le plan du bord et le point médian, et la longueur radiale entre le plan du bord et la longueur souhaitée des réflecteurs (nous avons laissé 4 pouces à partir du sommet du parapluie).
2. Sur un grand morceau de carton, tracez une ligne (près d'un bord) de la largeur du plan du bord. À partir du milieu de cette ligne, tracez une perpendiculaire de longueur radiale totale, en marquant sur cette perpendiculaire le point où se situe le milieu et la longueur souhaitée du réflecteur.
3. Au point médian, tracez une ligne centrée (son intersection se situe en son milieu) parallèle à la ligne du plan du bord, d'une longueur égale à la largeur du point médian.
4. À l'aide d'une règle (ou de toute autre règle longue), reliez une extrémité de la ligne du plan de jante à une extrémité de la ligne médiane du même côté de la ligne radiale complète. Tracez ensuite cette ligne depuis le plan de jante jusqu'à son point d'intersection avec la ligne radiale complète. (Si elle ne la croise pas, ce n'est pas grave.) Répétez l'opération pour les autres extrémités.
5. Tracez une ligne parallèle au plan du bord au point, sur la longueur radiale, où se situe la longueur souhaitée du réflecteur. Vous obtenez ainsi un trapèze dont la hauteur correspond à la longueur souhaitée du réflecteur et la base à la longueur du plan du bord.
6. Déposez une feuille d'acétate de cellulose en alignant un côté et un coin avec le plan du bord et l'une de ses extrémités (respectivement). Fixez fermement la feuille afin de pouvoir découper le trapèze à l'aide d'un cutter.
7. Glissez le trapèze dans un panneau. Vérifiez l'alignement et corrigez-le si nécessaire. Dans notre parapluie, un côté s'aligne parfaitement, tandis que l'autre déborde légèrement dans la section adjacente, près du centre. C'est un avantage, car cela permet de bien maintenir cette extrémité sur le panneau suivant.
8. Continuez jusqu'à ce que tous les panneaux soient remplis.
9. Pour le mylar, créez un pochoir identique aux morceaux d'acétate de cellulose découpés, sauf qu'il faut réduire d'environ un centimètre l'un des longs côtés et le bord du plan de jointure afin que l'acétate de cellulose déborde.
10. Fixez le mylar sur l'acétate de cellulose à environ 1 centimètre du bord du plan de la jante.

Le support sert de base au four solaire. Il est essentiel qu'il soit facilement réglable afin que le four puisse suivre la course du soleil sans perturber la cuisson. Bien entendu, le support doit également être suffisamment robuste et stable pour supporter la bâche Sunbrella chargée d'aliments.

Nous avons réfléchi à plusieurs conceptions différentes pour le support, dont deux que nous avons réellement essayées :

• Piquet – Ce système prolonge la pointe du parasol. Un long piquet est vissé sur un tube de cuivre suffisamment flexible pour être ajusté manuellement, mais assez rigide pour maintenir sa forme tout en supportant la toile Sunbrella. Le piquet est solidement enfoncé dans le sol, puis la pointe du parasol est fixée à l'extrémité du tube. Un système de support, comme des tendeurs élastiques fixés de chaque côté, est nécessaire pour empêcher le piquet de tourner librement dans la terre.
• Trépied – Les trépieds sont parfaits pour un support de four solaire car ils sont stables et faciles à régler et à fixer dans toutes les directions. Nous avons conçu une interface permettant de fixer le parasol au trépied à l'aide d'une plaque d'aluminium, de tubes, de supports et de tuyaux en caoutchouc. Cette interface se visse à l'emplacement habituel d'un appareil photo et maintient fermement la toile Sunbrella. Pour la fabrication de cette interface, nous avons eu la chance de connaître quelqu'un qui avait accès à une machine à travailler le fer capable de découper et de percer la plaque d'aluminium sans effort. Un grand merci à John Davis de Solar Racks à Arcata !

Ce sont les ustensiles de cuisine qui permettent de préparer les aliments : une casserole, son fond et, idéalement, un pare-vent (sans oublier un mixeur et un gant de cuisine). Généralement, les fours solaires paraboliques ne possèdent pas d'axe central traversant le foyer. Cela représente un défi, mais favorise aussi la créativité.

• Récipient – ​​Il peut s'agir d'un récipient très varié, comme une casserole, un plat ou un bocal. Quel qu'il soit, il doit être noir, car le noir absorbe tout le spectre lumineux. Pour choisir la taille du récipient, il est important de tenir compte de la taille du point focal (c'est-à-dire de sa netteté) et de son emplacement. Comme la zone focale de notre parapluie (qui n'était pas vraiment un point focal) se situait au-dessus des poutres, nous devions placer le récipient le plus bas possible. Nous avons opté pour un moule à bundt cake, un moule en forme de beignet avec un cône creux au centre. Ce moule se glisse parfaitement sur la poignée et le long de la tige, et se pose délicatement sur les poutres. Comme le fond du récipient chauffe beaucoup, nous avons décidé d'utiliser deux moules à bundt cake, l'un dans l'autre avec un petit espace entre eux, afin d'éviter que les aliments ne brûlent et de permettre la convection.
• Socle - Le socle est la surface sur laquelle repose ou est suspendue la casserole. Il doit pouvoir supporter la température élevée de la casserole et le poids maximal qu'elle peut supporter lorsqu'elle est pleine. Pour la casserole Sunbrella, les nervures servent de socle, mais comme elles sont noires, il a fallu les protéger de la chaleur. Nous les avons donc recouvertes de papier aluminium, placé un moule à tarte en métal sous les nervures et inséré un bloc de bois en forme de beignet, également recouvert de papier aluminium, sous la casserole.
• Pare-brise - Une sorte de pare-brise transparent qui laisse un petit espace entre lui et le pot permet à ce dernier d'absorber les rayons du soleil tout en empêchant le vent de le refroidir par convection.

Comme le parasol n'est pas forcément un Sunbrella, un rangement pratique pour les réflecteurs et autres accessoires serait appréciable. Nous avons opté pour un morceau de tuyau en PVC muni de deux embouts. Nous avons découpé un coin de mousse pour maintenir le parasol à l'intérieur du tube. Les réflecteurs sont simplement enveloppés dans du tissu et glissés à l'intérieur. D'autres idées pour le rangement sont présentées dans la section « À suivre ».

Outils

• Règle
• Bâton de jardin
• Ciseaux
• Couteau utilitaire
• Pinces
• Ciseaux de coupe
• Carton
• Gants
• Lunettes de soleil
• Carnet de notes
• Caméra
• Radio

Installation

Installer le Sunbrella est incroyablement simple et ne prend qu'une dizaine de minutes à une seule personne ! C'est aussi simple que...

Une fois tous les réflecteurs installés, attention aux réflexions paraboliques hors axe. Cette diffusion de la lumière pourrait blesser les yeux ou même provoquer un incendie en présence de matériaux inflammables. Lorsque vous n'utilisez pas le cuiseur, orientez-le à 180 degrés hors axe ou recouvrez-le d'un drap.

Cuisson

Passons maintenant à la partie la plus amusante ! Expérimentez la cuisson au four, la friture, le sauté… Consultez des conseils et des recettes de cuisine solaire sur Internet et dans des livres pour trouver l’inspiration.

Veillez à toujours porter des lunettes de soleil à protection UV lorsque vous utilisez le Sunbrella et à avoir des maniques et des torchons à portée de main pendant la cuisson. Surveillez également l'éclairage de la casserole : les cuiseurs solaires paraboliques doivent être réorientés environ toutes les 15 minutes pour maintenir une orientation optimale vers le soleil.

Démonter

Retournez la toile Sunbrella à l'abri du soleil et annulez l'opération… c'est simple ! Veillez à bien protéger les réflecteurs. Empilez-les en orientant la face en acétate de cellulose vers le haut pour les protéger, puis enveloppez-les dans un tissu. Ranger la toile Sunbrella dans son contenant est assez intuitif, mais au cas où vous vous poseriez la question…

Alors, au final, avons-nous bien répondu à nos critères ? Sans vouloir me justifier, le manque de temps a été la principale raison de décisions hâtives qui ne correspondaient pas forcément à nos critères… mais nous avons fait de notre mieux !

• Effective? - Yes, we successfully baked cookies and a cake. Unfortunately, we have yet to test boiling water because we have not figured out how to keep condensation from forming on the shaft and dripping down onto the Sunbrella reflectors. We will keep an update on our testing.
• Safe? - Yes, the Sunbrella has yet to ignite black construction paper (though we don't doubt it could in mid summer), and the tripod is very stable. However, the off-axis parabolic reflection needs to be watched out for, since it could hurt someone's vision. Also, both mylar and cellulose acetate are flamible.
• Portable? - Yes, the Sunbrella's container takes up about 2-3 closed umbrella's worth of space and is lightweight. A smaller tripod is needed, however, as the one we had access to is too bulky for easy transport.

• Functional? - Yes, because the reflectors are taken out when not in use, the umbrella functions just like any other one.
• Durable? - Yes and no, since though we have used the Sunbrella many times already, we are finding that the mylar is scratching where the reflectors slip under the ribs and contact the tabs.
• Simple? - Yes, amazingly simple!
• Economical? - Yes and no, as we did buy quite a few new materials, including the umbrella, mylar, and cellulose acetate. The mylar will also need to be replaced after a while. But, at least it's main input (Sun rays) is free, abundant, and clean!
• Attractive? - Yes, I think it's beautiful! It combines common items that everyone recognizes, an umbrella and a tripod, into something (almost) everyone needs, a cooker! Also, both umbrella colors, white and rainbow, have the potential to spark great conversation about sunlight and the color spectrum.

Overall, a wonderful step towards low-impact, do-it-yourself living!

A project is never done, as there is always an infinite number of ways to improve and adapt a technology. We had fun dreaming up some of the possibilities to take the Sunbrella (as the Merry Pranksters put it) FURTHURRRR!!

• The container can be designed to also use the Sun's rays by using black tubing designed for holding hot water. While the Sunbrella is in use, the container can be filled with water and left in the Sun, providing a hot shower after a hot meal!
• The end caps on the container can be filled with concentric cups for dishware.
• A satellite receiver antenna could be connected to the Sunbrella's shaft for telecommunication.

Please add (and try!) your visions!

• Radabaugh, Joseph M. 1998. "Heaven's Flame: A Guide to Solar Cookers." Oregon: Home Power Publishing.
  • Le livre décrit les avantages environnementaux et sociaux des cuiseurs solaires, présente plusieurs modèles et expériences différents, et donne des instructions sur la façon de construire le four solaire SunStar, ainsi que des conseils de cuisson et la façon de produire le kit SunStar à envoyer à d'autres.
• Halacy, Beth et Dan, éd. 1992. « Cuisiner avec le soleil : comment construire et utiliser des cuiseurs solaires ». Californie : Morning Sun Press.
  • Ce livre explique en détail comment construire une plaque chauffante solaire et un four solaire, avec des conseils d'utilisation et de nombreuses recettes.
• Martin, Rachel et al. « Conception de fours solaires destinés aux pays en développement ». 2006. International Journal for Service Learning in Engineering 2, n° 1 : 78-91. http://www.ijsle.org/ (consulté le 10 février 2009).
  • Des professeurs et des étudiants ont combiné des tests en laboratoire effectués à l'Université Cornell avec des recherches sur le terrain menées au Nicaragua afin de comprendre ce qu'il faut pour concevoir des fours solaires destinés à être utilisés dans les pays en développement.
• Paredes, Juan Francisco. 2006. « Barbecue solaire portable : un cuiseur parabolique portable construit à partir d'un parapluie ». The Solar Cooking Archive. http://www.solarcooking.org/ (consulté le 10 février 2009).
  • Instructions pour construire un four solaire à partir d'un parapluie, de carton aluminisé et d'un trépied.

• Teri Grunthaner — Économie comportementale et socio-économique, Cal Poly Humboldt '11 tlg49@humboldt.edu
• Bart Orlando — Biologie médicale, UC Irvine '82 bart6591@yahoo.com