How to make a "Sunbrella" solar cooker/ru

Зонт в дождь, параболическая солнечная печь в солнечную погоду... Sunbrella!

Энергия, используемая для традиционного приготовления пищи, поступает из различных источников: древесины, газа, нефти, угля, электричества и т. д. Хотя приготовление пищи с использованием солнечной энергии кажется отдельной категорией, она является основой для всех остальных. Энергия Солнца питала рост деревьев; растения и животные, погребенные на дне океана сто миллионов лет назад, анаэробно разлагались, образуя сырую нефть [1] ...

Разница между использованием традиционных методов, таких как древесина, нефть и газ, и использованием чистой солнечной энергии заключается в количестве циклов передачи энергии (а также, конечно, в побочных продуктах использования). Например, при использовании газа светит Солнце, дерево растёт, животное ест, грибы питаются, газ сгорает, а затем кастрюля нагревается. При использовании чистой солнечной энергии, как в случае с солнечной плитой, светит Солнце… а затем кастрюля нагревается. Просто, понятно и, по-видимому, гораздо эффективнее для приготовления пищи.

От солнечной плиты

Солнечные плиты — это концентраторы солнечной энергии, в которых точность и эффективность принесены в жертву простоте конструкции и использованию доступных материалов. Используются неточные геометрические формы, которые, тем не менее, позволяют достигать температур кипения воды или выпечки хлеба. Некоторые расчеты, относящиеся к проектированию солнечных плит с параболическими отражателями, можно найти на странице , посвященной расчетам, связанным с Солнцем .

Существует целый спектр конструкций солнечных печей, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики, стоимость, преимущества и оптимальные условия эксплуатации. Вот несколько примеров...

• 
  Плита на солнечных батареях: просто разрезанная коробка с приклеенной к бокам фольгой. Пример проекта: Механический математик для параболоидов.
• 
  Солнечная печь коробчатого типа: стеклянная панель создает парниковый эффект. Пример проекта: исследовательский проект по созданию солнечной печи коробчатого типа.
• 
  Солнечная корзина-печь: Солнечная печь в корпусе, соответствующая культурным особенностям. Пример проекта: Параболическая солнечная печь из ивовой корзины.
• 
  Солнечная спутниковая плита: параболическая форма фокусирует солнечный свет в одной точке. Пример проекта: солнечная плита в виде кресла-папасан.
• 
  Параболическая солнечная печь: собрана детьми с использованием математических формул. Пример проекта: Как сделать солнечную печь для детей (Locally Delicious)
• 
  Солнечная печь-зонтик: Зонтики часто имеют коническую форму, но могут быть очень близки к параболической. Пример проекта: Как сделать солнечную печь в виде «зонтика».
• 
  Солнечная печь из автомобильной шины: конструкция из переработанных черных автомобильных шин обеспечивает отличную теплоизоляцию и экономию средств.

Параболические отражатели [2] концентрируют солнечный свет в фокусной точке. Чем точнее форма, тем плотнее фокус. Если параболическая солнечная печь направлена ​​неправильно, фокусная точка рассеивается, создавая внеосевое параболическое отражение. Таким образом, параболические солнечные печи необходимо часто корректировать, чтобы поддерживать фокус в нужном положении. Эта фокусировка создает очень высокие температуры, идеально подходящие для таких районов, как округ Гумбольдт, где Солнце не очень сильное или прямое [3] .

Возможностей предостаточно.

Весной 2009 года, будучи студентом, изучающим соответствующие технологии в Калифорнийском политехническом университете в Гумбольдте, и имея доступ к невероятным человеческим ресурсам ( Барт Орландо и Лонни Графман), я не мог представить себе лучшего времени или места для совместной разработки, создания, тестирования и использования солнечной печи-зонтика.

На каждом этапе этого проекта открываются невероятные возможности для роста, поскольку я могу…

• Налаживайте связи и заводите дружеские отношения с членами сообщества.
• Сотрудничайте с замечательными преподавателями и учениками.
• Расширить мои знания о способах использования энергии Солнца.
• Освежить свои математические навыки и научиться применять их в инженерии.
• Переработка материалов для будущих поколений.
• Используйте информационные ресурсы соответствующего технологического сообщества.
• Включите социальную, экономическую и экологическую ответственность в проект, выполненный своими руками.
• Создайте вики-страницу.
• Вдохновляйте других поступать так же и осознавать их безграничные возможности.

Этот проект стал возможен благодаря единственному и неповторимому Барту Орландо . Барт — настоящий технологический визионер, который, помимо прочего, превращает обычные предметы в солнечные печи. Он наставляет и работает со студентами в районе Гумбольдта над проектированием и созданием инновационных технологий, таких как параболическая корзина-солнечная печь для неиндустриальных культур и кресло-папасан-солнечная печь для индустриальных культур. Он — учитель по призванию и создает образовательные стенды и демонстрации везде, где бывает: от мероприятий и школ до фермерских рынков и кооперативов. Его миссия — уменьшить негативное воздействие на здоровье и окружающую среду от использования древесины и других традиционных методов приготовления пищи и сделать приготовление пищи на солнечной энергии доступным для всех… кто готовит еду. ☺ Спасибо, Барт, за твою самоотверженную работу, руководство и дружбу. Больше примеров проектов AT, задуманных Бартом, можно увидеть онлайн на сайте Projects With Bart [4] .

Этот проект был вдохновлён другим зонтом Sunbrella, изготовленным в 2000 году. Спасибо всем, кто документирует свою работу в интернете!

Зонт — очень полезный инструмент в округе Гумбольдт, как и солнечная плита, использующая чистый возобновляемый ресурс. Поэтому мы решили объединить эти два устройства, чтобы создать невероятное приспособление: зонт под дождем, солнечная плита на солнце... Sunbrella!

Критерии

Принципы, которыми мы руководствовались при разработке зонта Sunbrella, а также критерии, по которым мы оценивали свой успех, составляют наши основные ориентиры. Их также можно рассматривать как цели...

• Эффективно - позволяет готовить еду и кипятить воду.
• Безопасен - стабилен во время приготовления пищи.
• Портативный — легко складывается для удобной транспортировки и хранения.
• Функциональность - Выдерживает использование под дождем без повреждений.
• Прочный - выдерживает многократное использование в качестве кухонной плиты.
• Простота — легко понять, использовать и построить.
• Экономичность — использование повторно используемых/переработанных материалов и минимальное количество отходов.
• Привлекательный — вызывает интерес и размышления, а также эстетически приятен.

' Рамка

Каркас подобен скелету, именно он поддерживает параболическую форму плиты. Поскольку наш каркас — это каркас зонта, мы долго и упорно искали подходящий по размеру, форме и длине стержня.

• Размер — чем больше диаметр параболической печи, тем больше солнечных лучей отражается в фокусе. Мы рассчитали, что зонт диаметром 50-60 дюймов будет наиболее подходящим, поскольку нам нужно накормить нескольких человек и защитить их от дождя, при этом имея возможность легко транспортировать зонт Sunbrella.
• Форма — Большинство зонтов не совсем параболические, а часто имеют форму цепной линии или конической формы . Количество панелей, из которых состоит зонт, определяет, насколько плавной будет его трехмерная форма, поэтому чем больше панелей, тем лучше, если речь идет о параболоиде. Мы стремились к тому, чтобы наш зонт состоял не менее чем из 12 панелей.
• Стержень — наиболее важны концы стержня: ручка и наконечник. Прямая ручка показалась нам наиболее компактной и предоставляла больше возможностей для использования посуды. Наконечник играет огромную роль в креплении зонта Sunbrella, поэтому нам нужен был длинный и прочный наконечник.

После многих недель поисков в районе Гумбольдта мы решили купить зонт на eBay: белый, диаметром 60 дюймов, с 16 секциями, прямой ручкой и наконечником длиной 2,5 дюйма, который выступает из стержня (поэтому он действительно прочный). Примерно за неделю до того, как мы закончили, мы нашли идеальный зонт, почти идентичный этому, но лучше, потому что он радужного цвета, со серебристым стержнем и спицами (вместо черного) и с более высокой точкой опоры. Фотографии обоих зонтов вы увидите на этой странице.

Отражатели, как вы, наверное, уже догадались, фактически отражают солнечные лучи. На рынке представлено множество материалов с различной степенью отражательной способности, долговечностью, ценой и так далее. Отличная сравнительная таблица отражателей была составлена ​​другим студентом курса Engr 305 в 2008 году. В идеале, для удобства установки, к панелям следовало бы пришить ткань с очень высокой плотностью нитей, например, жидкий люрекс. Такой материал был не всегда доступен, но существует*, поэтому мы решили создать отдельные отражатели, которые можно было бы надевать на панели при использовании в качестве плиты и хранить, когда они не используются. Мы остановились на майларе и ацетате целлюлозы.

• Майлар — пленка из полиэстера, обладающая 98% отражательной способностью. Она имеет хороший, равномерный цвет, стабильность размеров, высокую термостойкость и не рвется. [5]
• Ацетат целлюлозы — выглядит как пластик, легко режется и обладает гибкостью. Ацетат целлюлозы изготавливается из древесной целлюлозы и может компостироваться и сжигаться. Он также плохо сохраняет тепло, гипоаллергенен и устойчив к плесени и грибку. [6]

Строительство

Изготовление отражателей заняло много времени и сил. Нам пришлось несколько раз методом проб и ошибок искать отражатели нужного размера — это оказалось не так просто, как кажется. Мы обнаружили, что панели зонта нельзя покрыть отражателями в форме равнобедренного треугольника из-за его кривизны, которая при изгибе для соответствия изгибу образовывала зазор между отражателями посередине. Поэтому мы решили расширить углы треугольника и позволить одной из сторон, расположенной под самым острым углом, выступать за пределы следующей панели.

1. Измерьте ширину отдельной панели (плюс еще несколько для получения среднего значения) в плоскости обода и посередине, полную радиальную длину, радиальную длину между плоскостью обода и посередине, а также радиальную длину между плоскостью обода и желаемой длиной отражателей (мы оставили 4 дюйма от вершины зонта).
2. На большом куске картона проведите линию (возле одной из сторон) длиной, равной ширине плоскости обода. От середины этой линии проведите перпендикулярную линию, равную полной радиальной длине, отметив на ней точку, где находится середина и желаемая длина отражателя.
3. В середине проведите центрированную линию (точка ее пересечения в середине), параллельную плоскости обода, длиной, равной ширине середины.
4. Используя линейку (или любую длинную прямую кромку), соедините конечную точку линии плоскости обода с конечной точкой линии середины, расположенной по одну сторону от полной радиальной линии. Проведите линию от плоскости обода до точки пересечения с полной радиальной линией. (Если она не пересекается, ничего страшного.) Повторите то же самое с остальными конечными точками.
5. Проведите линию, параллельную плоскости обода, в точке вдоль радиальной длины, где находится желаемая длина отражателя. В результате у вас должна получиться трапеция с высотой, равной желаемой длине отражателя, и основанием, равным длине плоскости обода.
6. Положите лист ацетата целлюлозы так, чтобы одна сторона и один угол совпадали с плоскостью обода и одной из его конечных точек (соответственно). Плотно закрепите лист на месте, чтобы можно было вырезать трапецию канцелярским ножом.
7. Вставьте трапецию в секцию панели. Оцените, насколько хорошо деталь выравнивается, и внесите соответствующие корректировки. В нашем зонте одна сторона идеально совпадает, а другая выступает в соседнюю секцию ближе к центру зонта. Нам это нравится, так как это помогает закрепить этот конец на следующей панели.
8. Продолжайте, пока не заполнятся все панели.
9. Для майлара создайте трафарет, идентичный вырезанным кусочкам ацетата целлюлозы, за исключением того, что сделайте зазор примерно в сантиметр по одному из длинных краев и по краю плоскости обода, чтобы ацетат целлюлозы выступал за края.
10. Приклейте майларовую пленку к ацетату целлюлозы примерно в 1 сантиметре от края обода.

Подставка — это крепление, или основание, для солнечной плиты. Крайне важно, чтобы подставка легко регулировалась, чтобы солнечная плита могла следовать за Солнцем с минимальным нарушением процесса приготовления пищи. Подставка, очевидно, также должна быть достаточно прочной и хорошо закрепленной, чтобы выдерживать зонтик Sunbrella с продуктами внутри.

Мы перебрали довольно много разных вариантов дизайна подставки, два из которых мы даже опробовали:

• Колышек — эта конструкция служит продолжением кончика зонта. Мы прикрутили длинный колышек к длинной медной трубе, которая достаточно гибкая для ручной регулировки, но достаточно прочная, чтобы сохранять свою форму, удерживая зонт Sunbrella. Колышек прочно вбит в землю, а затем кончик зонта закреплен в конце медной трубы. Для предотвращения свободного вращения колышка в земле необходима какая-либо опора, например, эластичные шнуры, также закрепленные колышками с обеих сторон.
• Штатив — штативы отлично подходят для подставки под солнечную плиту, потому что они хорошо заземлены и легко регулируются и фиксируются в любом направлении. Мы разработали интерфейс, в котором зонт крепится к штативу с помощью алюминиевой пластины, труб, кронштейнов и резиновой трубки. Этот интерфейс прикручивается туда, где обычно крепится камера, и надежно удерживает зонт Sunbrella. Для изготовления этого интерфейса нам очень повезло, что у нас есть знакомый, у которого есть доступ к металлообрабатывающему станку, который может легко резать и сверлить алюминиевый лист. Спасибо Джону Дэвису из Solar Racks в Аркате!

Посуда, включая кастрюлю, дно и, в идеале, ветрозащитный экран (и, конечно же, миксер и прихватка), облегчает приготовление пищи. Обычно параболические солнечные печи не имеют вала, проходящего прямо через фокусную точку. Это создает определенные сложности, но, в свою очередь, открывает возможности для творчества.

• Кастрюля — это может быть что угодно: сковорода, тарелка или банка. Что бы это ни было, она должна быть чёрной, так как чёрный цвет поглощает весь спектр света. При выборе размера кастрюли важно учитывать размер фокусной точки (то есть, насколько она сфокусирована) и её расположение. Поскольку фокусная зона нашего зонта (она была не очень большой) находилась на балках и выше, нам нужно было разместить кастрюлю как можно ниже. Мы решили использовать форму для кекса, которая представляет собой пончикообразную кастрюлю с полым конусом посередине. Эта форма идеально надевается на ручку и опускается на стержень, удобно располагаясь на балках. Поскольку дно кастрюли сильно нагревается, мы решили использовать две формы для кекса, одну в другую с небольшим зазором между ними, чтобы избежать пригорания пищи и обеспечить конвекцию.
• Основание — это то, на чём стоит или за что подвешена кастрюля. Оно должно выдерживать высокую температуру кастрюли и максимально возможный вес, когда она наполнена едой. В случае с Sunbrella в качестве основания используются ребристые балки, но поскольку они тоже чёрные, нам нужно было защитить их от высокой температуры. Мы обернули ребристые балки алюминиевой фольгой, подложили под них жестяную форму для пирога, а также прикрепили к кастрюле деревянный брусок, обёрнутый фольгой, похожий на пончик.
• Защитный экран — это своего рода прозрачный ветрозащитный экран, оставляющий небольшое пространство между собой и горшком, что позволяет горшку поглощать солнечные лучи, но предотвращает конвекционное охлаждение за счет ветра.

Поскольку зонт не обязательно должен быть Sunbrella, было бы неплохо иметь удобное место для хранения отражателей и других компонентов. Мы решили использовать отрезок ПВХ-трубы с двумя заглушками. Мы вырезали клин из пенопласта, чтобы закрепить зонт внутри трубки. Отражатели просто обернуты тканью и аккуратно помещены внутрь. Появились и другие идеи для контейнера, которые можно найти в разделе «Дополнительно».

Инструменты

• Правитель
• Мерная линейка
• Ножницы
• Универсальный нож
• Плоскогубцы
• Режущие ножницы
• Картон
• Перчатки
• Солнцезащитные очки
• Блокнот
• Камера
• Радио

Настраивать

Установить зонт Sunbrella невероятно просто, и одному человеку потребуется всего около 10 минут! Это проще простого...

После установки всех отражателей следует избегать параболического отражения от оси. Такое рассеивание света может повредить глаза или даже вызвать пожар, если в данный момент рядом находятся легковоспламеняющиеся материалы. Когда плита не используется, разверните её на 180 градусов относительно оси или накройте простынёй.

Приготовление пищи

А теперь самое интересное! Экспериментируйте с выпечкой, жаркой, тушением... В интернете и книгахвы найдете множество отличных советов и рецептов по приготовлению пищи на солнечной энергии.

Обязательно надевайте солнцезащитные очки с УФ-защитой при использовании солнечной печи Sunbrella и держите под рукой прихватки и полотенца во время готовки. Также следите за уровнем освещенности кастрюли... параболические солнечные печи необходимо корректировать примерно каждые 15 минут, чтобы точно фокусироваться на Солнце.

Снять

Поверните зонтик Sunbrella подальше от солнца и отмените только что сделанное... просто! Обязательно позаботьтесь о светоотражателях. Сложите их вместе, оставив стороной с ацетатом целлюлозы вверх с обеих сторон для защиты, и оберните тканью. Хранение зонтика Sunbrella в контейнере довольно интуитивно понятно, но на всякий случай, если вам интересно...

Итак, в итоге, насколько хорошо мы соответствовали нашим критериям ? Хотя я не хочу оправдываться, нехватка времени была главной причиной поспешных решений, которые не обязательно соответствовали нашим критериям... но мы старались!

• Эффективно? — Да, мы успешно испекли печенье и торт. К сожалению, мы еще не проверяли работу с кипятком, потому что не придумали, как предотвратить образование конденсата на валу и его стекание на отражатели Sunbrella. Мы будем держать вас в курсе результатов наших испытаний.
• Безопасно? — Да, зонт Sunbrella пока не воспламенил черную строительную бумагу (хотя мы не сомневаемся, что это может произойти в разгар лета), и штатив очень устойчив. Однако следует опасаться параболического отражения от оси, поскольку оно может повредить зрение. Кроме того, как майлар, так и ацетат целлюлозы являются легковоспламеняющимися материалами.
• Портативный? — Да, контейнер для зонта Sunbrella занимает примерно столько же места, сколько 2-3 сложенных зонта, и он легкий. Однако потребуется штатив меньшего размера, так как тот, который был у нас, слишком громоздкий для удобной транспортировки.

• Функциональна ли она? — Да, поскольку светоотражатели снимаются, когда зонт не используется, он функционирует так же, как и любой другой.
• Долговечность? — И да, и нет, поскольку, несмотря на то, что мы уже много раз использовали ткань Sunbrella, мы обнаружили, что майлар царапается в местах соприкосновения отражателей с ребрами и выступами.
• Просто? — Да, удивительно просто!
• Экономично? — И да, и нет, поскольку мы купили довольно много новых материалов, включая зонт, майлар и ацетат целлюлозы. Майлар тоже придется со временем заменить. Но, по крайней мере, его основной источник излучения (солнечные лучи) бесплатный, обильный и чистый!
• Привлекательно? — Да, я думаю, это прекрасно! В нем сочетаются обычные предметы, знакомые каждому, зонт и штатив, и то, что (почти) всем нужно — плита! Кроме того, оба цвета зонта, белый и радужный, могут стать поводом для интересных разговоров о солнечном свете и цветовом спектре.

В целом, это замечательный шаг к экологичному образу жизни, где все делается своими руками!

Проект никогда не заканчивается, поскольку всегда существует бесконечное количество способов улучшить и адаптировать технологию. Нам было весело придумывать некоторые возможности для дальнейшего развития Sunbrella (как выразились «Веселые проказники»)!

• Контейнер можно сконструировать таким образом, чтобы он также использовал солнечные лучи, используя черные трубки, предназначенные для хранения горячей воды. Во время использования Sunbrella контейнер можно наполнить водой и оставить на солнце, обеспечив горячий душ после горячей еды!
• Торцевые крышки контейнера можно заполнить концентрическими стаканчиками для посуды.
• К стержню зонта Sunbrella можно подключить антенну спутникового приемника для осуществления телекоммуникаций.

Пожалуйста, добавьте (и попробуйте!) свои идеи!

• Радабо, Джозеф М. 1998. «Небесное пламя: руководство по солнечным плитам». Орегон: Home Power Publishing.
  • В книге описываются экологические и социальные преимущества солнечных печей, представлены несколько различных конструкций и экспериментов, а также инструкции по сборке солнечной печи SunStar, советы по приготовлению пищи и инструкции по изготовлению комплекта SunStar для отправки другим людям.
• Хэласи, Бет и Дэн (ред.). 1992. «Готовим с помощью солнца: как построить и использовать солнечные плиты». Калифорния: Morning Sun Press.
  • В этой книге подробно описано, как собрать солнечную электроплиту и солнечную печь, с инструкциями по использованию и множеством рецептов.
• Мартин, Рейчел и др. « Проектирование солнечных печей для использования в развивающихся странах ». 2006. Международный журнал обучения через служение в инженерии, № 2, № 1: 78-91. http://www.ijsle.org/ (дата обращения: 10 февраля 2009 г.).
  • Профессора и студенты объединили лабораторные испытания, проведенные в Корнельском университете, с полевыми исследованиями, проведенными в Никарагуа, чтобы понять, что необходимо для проектирования солнечных печей для использования в развивающихся странах.
• Паредес, Хуан Франсиско. 2006. « Портативный солнечный гриль : портативная параболическая плита, сделанная из зонта». Архив солнечной кулинарии. http://www.solarcooking.org/ (дата обращения: 10 февраля 2009 г.).
  • Инструкция по изготовлению солнечной печи из зонта, алюминированного картона и штатива.

• Тери Грюнтанер — факультет поведенческой и социально-экономической науки, Калифорнийский политехнический университет в Гумбольдте, выпуск 2011 г. , tlg49@humboldt.edu
• Барт Орландо — медицинская биология, Калифорнийский университет в Ирвайне, выпуск 1982 года. bart6591@yahoo.com