How to make a "Sunbrella" solar cooker/zh

下雨时是一把遮阳伞，出太阳时是一台抛物面太阳灶……一台 Sunbrella！

传统烹饪所用的能源来源多种多样：木材、天然气、石油、煤炭、电力等等。虽然太阳能烹饪似乎自成一类，但它却是所有其他烹饪方式的基础。太阳能驱动树木生长；一亿年前埋藏在海底的动植物在厌氧条件下分解，产生了原油[1] ……

使用传统技术（例如木材、石油和天然气）与使用纯太阳能的区别在于能量转换的次数（当然，还有使用过程中产生的副产品）。例如，使用天然气时，太阳照射，树木生长，动物进食，菌类饱食，气体燃烧，然后锅加热。而使用纯太阳能，例如太阳能炊具，太阳照射……然后锅加热。简单、直接，而且对于烹饪供人类食用的食物来说，效率似乎要高得多。

太阳能灶设计

来自太阳能灶

太阳灶是一种太阳能聚光器，为了便于建造和使用现成的材料，牺牲了精度和效率。它采用了非精确的几何形状，但仍能达到水沸腾或面包烘烤的温度。一些与抛物面反射器太阳灶设计相关的计算，可在“太阳相关计算”页面找到。

太阳能灶的设计种类繁多，每种设计都有其独特的成本、优势和最佳条件。以下是一些例子……

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  太阳能电池板炊具：只需将盒子切开，并在侧面粘贴铝箔即可。示例项目：抛物面机械数学家
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  太阳能箱式炊具：玻璃面板产生温室效应。示例项目：太阳能箱式炊具研究项目
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  太阳能篮式炊具：一种符合当地文化的箱式太阳能炊具。示例项目：柳条篮式抛物线太阳能炊具
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  太阳能卫星灶：抛物线形状将阳光聚焦于一点。示例项目：Papasan椅式太阳能灶
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  抛物面太阳能灶：儿童利用数学公式组装。示例项目：如何为孩子制作太阳能灶（本地美食）
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  太阳伞炊具：太阳伞通常呈圆锥形，但也可以做得非常接近抛物线形。示例项目：如何制作“Sunbrella”太阳炊具
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  太阳能轮胎炊具：回收的黑色轮胎三明治，既隔热又省钱

背景

抛物面反射器[2]将阳光集中到一个焦点。形状越精确，焦点越集中。如果抛物面太阳灶的瞄准不正确，焦点就会分散，形成离轴抛物面反射。因此，必须经常调整抛物面太阳灶，以保持焦点稳定。这种聚焦会产生非常高的温度，非常适合像洪堡县这样阳光不太强烈或直射的地区[3]。

机遇无处不在

2009 年春季，作为加州州立理工大学洪堡分校“适用技术”专业的一名学生，我有机会接触到非常优秀的人力资源（巴特·奥兰多和朗尼·格拉夫曼），我无法想象还有比这更好的时间和地点来共同设计、建造、测试和享受伞式太阳能炊具。

这个项目的每个角度都存在着令人惊叹的成长机会，因此我能够……

• 与社区成员建立联系和友谊
• 与优秀的老师和学生合作
• 扩展我对利用太阳能的方法的了解
• 更新我的数学技能并学习将其应用于工程
• 回收材料，造福下一代
• 建立在适当的技术集体的信息资源之上
• 在 DIY 项目中融入社会、经济和生态责任
• 制作 wiki 网页
• 激励他人也这样做，并认识到他们拥有的大量机会

这个项目的成功要归功于独一无二的Bart Orlando。Bart 是一位技术远见卓识者，他擅长将普通物品改造成太阳能灶。他指导并帮助洪堡地区的学生设计和创造创新技术，例如用于非工业化文化的抛物线篮式太阳能灶和用于工业化文化的Papasan 椅式太阳能灶。他本质上是一位教师，无论走到哪里，从活动和学校到农贸市场和合作社，他都会制作有教育意义的展示和演示。他的使命是减少使用木材和其他传统烹饪方法对健康和环境的负面影响，让所有烹饪食物的人都能使用太阳能烹饪。☺ 感谢 Bart 的辛勤工作、指导和友谊。Bart 设想的更多 AT 项目示例可在 Projects With Bart [4]网站上查看。

这个项目的灵感来自于 2000 年生产的另一款Sunbrella。感谢所有在线记录其作品的人！

设计

在洪堡县，雨伞和使用清洁可再生资源的炊具都是非常合适的工具。因此，我们决定将两者结合起来，打造一个不可思议的装置：雨天是雨伞，阳光下是太阳能炊具……Sunbrella！

标准

我们在设计 Sunbrella 时所遵循的指导方针，以及我们衡量成功的标准，构成了我们的标准。您也可以将它们视为目标……

• 有效- 可以煮食物和烧水
• 安全——烹饪时稳定
• 便携式——可以折叠，以便高效运输和储存
• 功能性——可承受雨水使用而不会损坏
• 耐用——可作为炊具反复使用
• 简单——易于理解、使用和构建
• 经济——利用再利用/回收材料，产生很少的浪费
• 有吸引力——引起兴趣和思考，并且美观

'框架

框架就像骨架，支撑着炊具的抛物线形状。因为我们的框架是一把伞，所以我们四处寻找尺寸、形状和伞柄都合适的框架。

• 尺寸——抛物面炊具的直径越大，反射到焦点的太阳光线就越多。我们计算出，直径在 50-60 英寸之间的遮阳伞最为合适，因为我们希望既能提供食物，又能为几个人提供干燥，同时还能轻松运输 Sunbrella。
• 形状——大多数雨伞并非完全呈抛物线形，而是悬链线形或圆锥形。组成雨伞的伞面数量决定了其三维形状的平滑度，因此，就抛物面而言，伞面越多越好。我们的目标是雨伞的伞面数量不少于12片。
• 锅柄- 锅柄的两端非常重要：手柄和尖端。我们认为直柄最紧凑，也为炊具的使用提供了更多可能性。尖端在 Sunbrella 的安装中起着重要作用，所以我们想要一个又长又结实的手柄。

在洪堡地区搜寻了数周后，我们决定在eBay上买一把伞：一把白色的，直径60英寸，16片伞骨，直柄，伞尖从伞杆延伸出2.5英寸（所以非常结实）。大约在买伞前一周，我们找到了一把完美的伞，几乎和这把一模一样，只是更好一些，因为它是彩虹色的，伞杆和伞骨是银色的（而不是黑色的），而且伞骨的焦距更高。你会在这篇文章里看到这两款伞的照片。

反射器

我相信你肯定能猜到，反射器实际上就是反射太阳光线的。市面上有很多材料，它们的反射率、耐用性、价格等等各不相同。2008年，另一位Engr 305的学生制作了一个很棒的反射器对比表。理想情况下，为了方便安装，应该将一种高支数的类似布料的材料（例如液体金属丝）永久地缝在面板上。这种材料虽然不容易买到，但确实有卖*，所以我们决定制作单独的反射器，当用作炊具时，可以套在面板上，不用时可以存放起来。我们最终选择了聚酯薄膜和醋酸纤维素。

• 聚酯薄膜- 一种由聚酯制成的薄膜，反射率为 98%。它色泽均匀、尺寸稳定、耐热性高，并且不易撕裂。[5]
• 醋酸纤维素- 外观类似塑料，易于切割，柔韧性好。醋酸纤维素由木浆制成，可堆肥和焚烧。它的保温性较差，低致敏性，并且耐霉菌。[6]

建造

制作反光板耗费了大量时间和精力。为了找到合适的尺寸，我们经历了多次反复尝试——这远没有想象中那么容易。我们发现，由于弧度的原因，等腰三角形的反光板无法覆盖伞面，当反光板弯曲以适应弧度时，中间会出现空隙。因此，我们决定加宽三角形的角，让其中一条向下倾斜最锐角的边延伸到下一个伞面区域。

1. 测量单个面板（加上几个以获得平均值）在边缘平面和中点处的宽度、整个径向长度、边缘平面和中点之间的径向长度以及边缘平面和反射器所需长度之间的径向长度（我们在伞的顶点留出 4 英寸）。
2. 在一块大纸板上（靠近一侧）画一条与轮辋平面宽度等长的线。从该线的中点开始，画一条与整个径向长度相等的垂直线，并在该线上标记中点的位置，即反射器所需的长度。
3. 在中间点处，画一条与轮辋平面线平行的中心线（它在中点处的交点），长度为中点宽度。
4. 用一码尺（或任何长直尺），将轮辋平面线的一端与全径向线同侧的中点线的一端连接起来。从轮辋平面画一条线到与全径向线的交点。（如果不相交，也没关系。）重复此操作，直到画出其他端点。
5. 在径向长度上，在所需反射器长度的位置画一条与轮辋平面线平行的线。现在应该画出一个梯形，其高度等于所需反射器长度，底边等于轮辋平面线的长度。
6. 将一张醋酸纤维素片平铺在桌面上，使其一边和一角分别与轮辋平面线及其一个端点对齐。将醋酸纤维素片牢牢固定，以便用美工刀切出梯形。
7. 将梯形滑入面板部分。评估部件的对齐情况，并进行相应的调整。在我们的雨伞中，一侧完美对齐，而另一侧则悬垂到靠近伞中心的相邻部分。我们喜欢这种设计，因为它有助于将这一端固定在下一个面板上。
8. 继续，直到所有面板都填满。
9. 对于聚酯薄膜，创建一个与切割的醋酸纤维素片相同的模板，除了在其中一个长边和边缘平面边缘上留出一厘米左右的空间，以便醋酸纤维素悬垂。
10. 将聚酯薄膜用胶带粘贴到距轮辋平面边缘约 1 厘米的醋酸纤维素上。

站立

支架是太阳灶的底座。支架必须易于调节，以便太阳灶能够追踪太阳，同时最大程度地减少对烹饪过程的干扰。当然，支架也必须足够坚固，并牢固接地，以便支撑装有食物的Sunbrella。

我们为展台集思广益，提出了很多不同的设计方案，其中两种我们实际尝试过：

• 伞桩——这种设计就像伞尖的延伸。我们将一根长伞桩拧在一根长铜管上，铜管的柔韧性刚好可以手动调节，但强度又足以在固定 Sunbrella 伞具时保持其形状。伞桩牢牢地插入地面，然后将伞尖固定在铜管的末端。需要一些支撑物来防止伞桩在土壤中自由旋转，例如在伞桩两侧也固定弹力绳。
• 三脚架- 三脚架非常适合太阳能灶支架，因为它们接地良好，并且易于在任何方向调整和固定。我们设计了一个接口，使用铝板、管材、支架和橡胶管将遮阳伞固定在三脚架上。这个接口拧在通常放置相机的位置，并紧密地固定在 Sunbrella 上。为了制作这个接口，我们非常幸运地认识了一位拥有铁艺加工机的人，他可以轻而易举地切割和钻孔铝板。感谢来自阿卡塔Solar Racks的 John Davis！

炊具

炊具是帮助烹饪食物的工具，包括锅、锅底，最好还有挡风板（哦，当然还有搅拌器和锅垫）。通常，抛物面太阳灶没有穿过焦点的轴。这带来了一些挑战，但反过来也激发了创造力。

• 锅- 锅可以是各种各样的东西，比如平底锅、盘子或罐子。无论它是什么，都应该是黑色的，因为黑色会吸收整个光谱。选择锅的尺寸时，重要的是要考虑焦点的大小（即它的实际聚焦程度）和位置。由于我们的伞的焦点区域（它不是一个很大的点）位于光束上方，所以我们需要把锅放得尽可能低。我们决定使用一个蛋糕盘，它是一种中间带有空心锥体的甜甜圈状锅。这个锅可以完美地滑过手柄，沿着杆身向下滑动，紧贴在光束上。由于锅底很热，我们决定使用两个蛋糕盘，一个套在另一个里面，中间留一点空隙，这样可以避免食物烧焦并促进对流。
• 底座——底座是放置或悬挂锅具的部件。它必须能够承受锅具的高温以及装满食物时的最大重量。对于 Sunbrella 来说，肋条梁充当了底座，但由于它们也是黑色的，我们需要保护它们免受高温的影响。我们用铝箔盖住肋条梁，在肋条梁下方放了一个锡制馅饼盘，并在锅具下方放置了一个用铝箔包裹的甜甜圈状木块。
• 挡风板——某种透明的挡风玻璃，在挡风玻璃和花盆之间留有一点空间，使花盆能够吸收太阳光线，但可以防止风通过对流将其冷却。

容器

由于遮阳伞不一定非要用Sunbrella，所以方便收纳反光片和其他组件会更好。我们决定使用一段带两个端盖的PVC管。我们切了一块泡沫楔子，把遮阳伞固定在管子里。反光片只需用布包好，轻松放入其中即可。关于收纳盒，我们提出了更多想法，可以在“更多”部分找到。

材料和成本

工具

• 统治者
• 码尺
• 剪刀
• 美工刀
• 钳
• 剪切剪
• 纸板
• 手套
• 太阳镜
• 笔记本
• 相机
• 收音机

执行

设置

Sunbrella 的安装非常简单，一个人只需 10 分钟左右！非常简单……

所有反射器安装到位后，请注意离轴抛物面反射。这种散射光可能会伤害眼睛，如果时机成熟且周围有易燃物，甚至可能引发火灾。不使用灶具时，请将其偏离轴线180度放置，或用床单盖住。

烹饪

现在到了最有趣的部分！尝试一下烘焙、煎炸、炒……在网上和书籍上查找一些很棒的太阳能烹饪技巧和食谱，寻找灵感。

使用 Sunbrella 时，请务必佩戴防紫外线太阳镜，并在烹饪时准备好锅架和毛巾。此外，还要注意锅的光照……抛物面太阳能灶需要每 15 分钟左右调整一次，以保持精准的日照。

记录下来

将 Sunbrella 背对太阳，然后撤消刚才的操作……很简单！一定要小心保护反光片。将它们叠放在一起，两端醋酸纤维素面朝上以保护反光片，然后用布包好。将 Sunbrella 存放在容器中非常直观，但如果您有疑问……

评估

那么，我们最终满足了多少标准呢？虽然我不想找借口，但时间紧迫是我们仓促做出不符合标准决定的首要原因……但我们尽力了！

• 有效吗？ ——是的，我们成功烤出了饼干和蛋糕。可惜的是，我们还没测试过沸水，因为我们还没弄清楚如何防止冷凝水在轴上形成并滴落到Sunbrella反光板上。我们会持续更新测试进展。
• 安全吗？ ——是的，Sunbrella 还没有点燃黑色建筑纸（虽然我们毫不怀疑在盛夏也有可能），而且三脚架非常稳固。然而，需要注意离轴抛物线反射，因为它可能会损害视力。此外，聚酯薄膜和醋酸纤维素都易燃。
• 便携吗？ ——是的，Sunbrella 的收纳盒大约能容纳 2-3 把收起来的雨伞，而且很轻。不过，需要一个更小的三脚架，因为我们手边的那个太笨重，不方便携带。

• 功能性？ ——是的，因为不使用时反射器会被取出，所以雨伞的功能与其他雨伞一样。
• 耐用吗？ ——是也不是，因为虽然我们已经使用过 Sunbrella 很多次了，但我们发现聚酯薄膜在反射器滑到肋条下方并与突出部分接触的地方会产生划痕。
• 简单？ ——是的，非常简单！
• 经济实惠？ ——既经济又不经济，因为我们确实买了不少新材料，包括雨伞、聚酯薄膜和醋酸纤维素。聚酯薄膜用一段时间后也需要更换。不过，至少它的主要能源（阳光）是免费的、充足的、而且清洁的！
• 有吸引力吗？ ——是的，我觉得它很漂亮！它把人人都认识的常见物品——雨伞和三脚架——组合成了（几乎）人人都需要的东西——炊具！而且，雨伞的颜色——白色和彩虹色——都有可能引发关于阳光和色谱的热烈讨论。

总的来说，这是朝着低影响、自己动手的生活迈出的美妙一步！

进一步

项目永无止境，因为改进和调整一项技术的方法无穷无尽。我们畅想了一些可能性，希望能够让 Sunbrella（就像 Merry Pranksters 所说的那样）更上一层楼！

• 该容器还可以利用太阳光，使用专门用于盛热水的黑色管道。使用 Sunbrella 时，容器可以装满水，放在阳光下，在热腾腾的饭后提供热水淋浴！
• 容器上的端盖可以装入用于盛放餐具的同心杯。
• 卫星接收天线可以连接到 Sunbrella 的轴上以进行电信通信。

请添加（并尝试！）您的想法！

文献综述

• Radabaugh, Joseph M. 1998.“天堂之火：太阳能炊具指南。”俄勒冈州：Home Power Publishing。
  • 本书概述了太阳能灶的环境和社会效益、几种不同的设计和实验、如何建造 SunStar 太阳能灶的说明，以及烹饪技巧和如何制作 SunStar 套件发送给他人。
• Halacy, Beth 和 Dan 编辑，1992 年。“利用太阳烹饪：如何建造和使用太阳能炊具。”加利福尼亚：晨光出版社。
  • 本书详细介绍了如何建造太阳能热板和太阳能烤箱，并提供了使用指南和大量食谱。
• Martin, Rachel 等。“发展中国家使用的太阳能烤箱设计。”2006年，《国际工程服务学习期刊》第2卷，第1期，78-91页。http ://www.ijsle.org/（2009年2月10日访问）。
  • 教授和学生将康奈尔大学的实验室测试与尼加拉瓜的实地研究结合起来，以了解如何设计供发展中国家使用的太阳能烤箱。
• 帕雷德斯，胡安·弗朗西斯科。2006年。“便携式太阳能烧烤炉：用雨伞制成的便携式抛物面炊具。”太阳能烹饪档案。http ://www.solarcooking.org/（2009年2月10日访问）。
  • 关于如何使用雨伞、镀铝纸板和三脚架制作太阳能炊具的说明。

联系信息

• Teri Grunthaner — 加州州立理工大学洪堡分校行为与社会经济学'11 tlg49@humboldt.edu
• Bart Orlando — 医学生物学，加州大学欧文分校（82届） bart6591@yahoo.com

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