How to make a small parabolic solar cooker (Jefferson Community Center)/th

นิค เฮิร์น และ เควิน เบิร์กส์ นักศึกษาชั้นปีที่ 4 สาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม กำลังสร้างเตากระจกพาราโบลาขนาดเล็กเพื่อสาธิตการใช้พลังงานหมุนเวียนอย่างกว้างขวางในเขตฮัมโบลดต์ เตานี้เป็นส่วนหนึ่งของ ชั้นเรียน ENGR305 ภาคเรียนฤดูใบไม้ผลิ 2013 ที่มหาวิทยาลัยแคลโพลี ฮัมโบลดต์และจะจัดแสดงถาวรที่ศูนย์ชุมชนเจฟเฟอร์สัน ในเมืองอาร์เคตา รัฐแคลิฟอร์เนีย เตากระจกพาราโบลาได้รับการออกแบบให้ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์และถ่ายโอนพลังงานไปยังกระบวนการปรุงอาหารโดยตรง เตานี้จะทำหน้าที่เป็นเตาพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้งานได้จริงสำหรับมื้อกลางวันและกิจกรรมต่างๆ สำหรับนักศึกษาและบุคลากร รวมถึงเป็นตัวอย่างการใช้พลังงานหมุนเวียนอย่างสร้างสรรค์เพื่อให้ชุมชนได้เพลิดเพลิน

บทนำ

ตอนที่เราเริ่มทำโปรเจกต์นี้ครั้งแรก เรามีโอกาสออกแบบให้เลือกถึงสามแบบ และพูดได้เลยว่ารู้สึกตื่นเต้นมาก แต่โชคดีที่เราได้รับความช่วยเหลือจากบาร์ต ออร์แลนโดผู้เชี่ยวชาญด้านเตาพลังงานแสงอาทิตย์ในท้องถิ่น แบบแรกที่เราพิจารณาคือการใช้จานเรดาร์รีไซเคิลเป็นโครง แบบที่สองคือเตาพาราโบลาแบบพกพาที่มีโครงพับได้ และแบบที่สามคือการใช้เก้าอี้ปาปาซานรีไซเคิลเป็นโครง เรากำลังพิจารณาใช้เก้าอี้หรือจานเรดาร์รีไซเคิลเพราะรูปร่างพาราโบลาของมันอยู่แล้ว

เมื่อเราตัดสินใจว่าเก้าอี้ Papasan จะเป็นเก้าอี้ที่ใช้งานได้จริงที่สุด เราจึงตัดสินใจเลือกพื้นผิวสะท้อนแสงที่จะใช้คลุมเก้าอี้ เราต้องเลือกระหว่างการเคลือบไมลาร์ ก๊อกน้ำสแตนเลส หรือก๊อกน้ำอลูมิเนียมขัดเงา เกณฑ์ของโครงการของเรามุ่งเน้นไปที่ความทนทานและประสิทธิภาพ เราจึงตัดสินใจใช้แผ่นอลูมิเนียมขัดเงา เพราะแผ่นอลูมิเนียมขัดเงามีความทนทานสูง แต่ยังคงทนทานต่อการซ่อมแซมและไม่ฉีกขาด

เมื่อแผ่นอลูมิเนียมขัดเงาขนาด 0.25 นิ้วของเรามาถึง เราก็ต้องตัดสินใจเลือกแบบก๊อกน้ำของเรา รูปทรงสามเหลี่ยมคล้ายเงินที่จะคลุมด้านนอกของเก้าอี้เพื่อสะท้อนแสงแดดไปยังจุดโฟกัส เราตัดสินใจทำก๊อกน้ำของเราให้หนา 8 นิ้ว และปลายอีกด้านหนึ่งตัดปลาย 2 นิ้ว ซึ่งสามารถเจาะทะลุและจัดวางเหลี่ยมมุมทั้งหมดด้วยสลักเกลียวได้

เมื่อเราออกแบบเก้าอี้สะท้อนแสงเสร็จเรียบร้อยแล้ว เราก็เริ่มออกแบบขาตั้งสามขา/ชั้นวางเตาย่าง เราคิดจะติดตั้งระบบชั้นวางเข้ากับเก้าอี้โดยตรง แต่การปรับมุมรับแสงแดดให้เหมาะสมตลอดเวลาทำให้เราลังเล เราจึงเลือกใช้ระบบขาตั้งสามขาที่ทำจากไม้ไผ่หนา 1 นิ้ว จำนวนสามท่อน ยึดเข้าด้วยกันโดยใช้ท่อจักรยานรีไซเคิลที่ขันให้แน่นด้านบน จากด้านบนของขาตั้งสามขา เราแขวนโซ่ยาว 2 ฟุต และโซ่อีกสามท่อนยาว 2 ฟุตห้อยลงมาจากโซ่นั้น เราเชื่อมโซ่สามท่อนนี้เข้ากับชั้นวางเตาย่าง ทำให้เป็นพื้นผิวเรียบและเคลื่อนย้ายสะดวกสำหรับวางกระทะหลากหลายแบบ หลังจากปรับแต่งและทดสอบแล้ว เราสามารถปรับเทียบเตาพลังงานแสงอาทิตย์ของเราให้เผากระดาษ ต้มน้ำ และให้ความรู้แก่ชุมชนเกี่ยวกับความสำคัญของการทำอาหารอย่างยั่งยืน

คำชี้แจงปัญหา

วัตถุประสงค์ของโครงการนี้คือการสร้างเตากระจกพาราโบลา ซึ่งเป็นตัวอย่างความสำเร็จของวิธีการดักจับและใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์อย่างยั่งยืน เราวางแผนที่จะดำเนินการนี้ในสองขั้นตอน โดยขั้นแรกคือการทดสอบวิธีการสร้างเตากระจกพาราโบลาที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูงสุด จากนั้นจึงนำเทคนิคการก่อสร้างที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาใช้เพื่อให้บรรลุผลสำเร็จ

เกณฑ์การประเมินโครงการ

เกณฑ์ต่อไปนี้จะถูกใช้เพื่อประเมินความสำเร็จของโครงการนี้ หลังจากหารือกับลูกค้าแล้ว เราได้กำหนดเกณฑ์ต่อไปนี้ว่ามีความสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการของเรา ระดับ 1-10 แสดงถึงความสำคัญของเกณฑ์แต่ละข้อที่ระบุไว้

บทวิจารณ์

รูปร่าง

พาราโบลาและพาราโบลาเป็นสิ่งที่น่าเรียนรู้อยู่เสมอ พวกมันมีรูปร่างเฉพาะตัวซึ่งให้คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างยิ่ง พวกมันมีพลังในการรวมคลื่นวิทยุ แสง และแม้แต่คลื่นเสียงให้เป็นจุดโฟกัสเดียวโดยใช้การสะท้อน รูปร่างเฉพาะตัวของเส้นโค้งทำให้พาราโบลามีลักษณะเฉพาะนี้ เพื่อหาจุดโฟกัสของพาราโบลา เราต้องใช้สมการ y = p * x^2 โดยที่ p คือค่าคงที่ y คือความลึกของพาราโบลา และ x คือเส้นรอบวงสูงสุดของพาราโบลา ด้วยสมการนี้ เราสามารถหาจุดโฟกัสซึ่งอยู่เหนือจุดศูนย์กลางของพาราโบลาประมาณ 4.5 นิ้ว

ประวัติการ

เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาราโบลาเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อดักจับความร้อนโดยตรงจากดวงอาทิตย์โดยใช้พื้นผิวสะท้อนแสงรูปพาราโบลา เตาทำงานโดยการสะท้อนรังสีดวงอาทิตย์ไปยังจุดศูนย์กลางจุดเดียว ทำให้เกิดอุณหภูมิเกิน 500 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งใช้ในการอุ่น ปรุงอาหาร และพาสเจอร์ไรซ์อาหารหรือน้ำ เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาราโบลามีประวัติยาวนานหลายศตวรรษในอารยธรรมทั่วโลก ตั้งแต่ชาวกรีก ชาวแอซเท็ก ไปจนถึงชาวจีนโบราณและชาวโรมัน เตาเหล่านี้ล้วนมีรูปแบบเฉพาะของตนเอง และเนื่องจากดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียวที่จำเป็นในการสร้างความร้อน จึงทำให้เตาเหล่านี้ใช้งานได้จริงและมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานและบำรุงรักษาต่ำ จึงเป็นเครื่องมือทางการศึกษาที่สมบูรณ์แบบสำหรับการปรุงอาหารอย่างยั่งยืน

การก่อสร้าง

1

วัดและติดตามด้านต่างๆ บนแผ่นอลูมิเนียม

2

ตัดทุกเหลี่ยมออกโดยใช้ Beverly Shear ขั้นตอนนี้ใช้เวลานาน เพราะตัดได้เพียงไม่กี่นิ้วต่อชิ้น

3

เจาะรูสำหรับยึดที่มุมด้านบนของทุกเหลี่ยม ควรมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1/4 นิ้ว เพื่อให้รัดซิปไทผ่านได้ง่าย เจาะรูขนาดครึ่งนิ้วที่ปลายเล็กของเหลี่ยมเพื่อใส่สลักเกลียวยึด

4

วางเหลี่ยมบนเก้าอี้และใส่สลักยึด

5

ค่อยๆ แผ่เหลี่ยมออก ระวังอย่าให้อะลูมิเนียมเป็นรอย หมายเหตุ: ทิ้งพลาสติกป้องกันสีชมพูไว้จนกว่าเหลี่ยมทั้งหมดจะเข้าที่อย่างแน่นหนา

6

ใส่สายรัดซิปในแต่ละมุมและยึดเข้ากับขอบไม้ไผ่ด้านนอกของโครงเก้าอี้ Papasan

7

ถอดพลาสติกออกและตรวจสอบว่ามีรอยตำหนิหรือไม่

8

ประกอบขาตั้งกล้อง มัดเสาไม้ไผ่ 3 ต้นเข้าด้วยกัน แล้ววางยางในจักรยานรอบปลายด้านหนึ่ง ขันยางในจักรยานให้แน่น วิธีนี้จะช่วยให้เสาขยายเป็นขาตั้งกล้องและหดกลับเข้าที่ได้ง่าย

9

แขวนโซ่จากด้านบนของขาตั้งกล้อง และยึดตะแกรงโลหะสีขาวด้วยคาราบิเนอร์ขนาดเล็ก ตะแกรงนี้สามารถรองรับพื้นผิวการปรุงอาหารได้หลากหลาย

10

ปรุง ต้ม และเผา!

คำแนะนำการบำรุงรักษา

เราสร้างเตาพลังงานแสงอาทิตย์โดยคำนึงถึงการบำรุงรักษาเป็นหลัก คติประจำใจของเราคือ การก่อสร้างที่เรียบง่ายหมายถึงการบำรุงรักษาที่ง่ายดาย โครงการนี้มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยมาก ทำให้การบำรุงรักษาเป็นเรื่องง่าย สิ่งสำคัญที่สุดสำหรับการบำรุงรักษาคือการจัดเก็บและทำความสะอาดอย่างถูกต้อง ก่อนการใช้งานทุกครั้ง ก๊อกน้ำอะลูมิเนียมขัดเงาจะต้องได้รับการขัดเงา และหากจัดเก็บอย่างถูกวิธี เตาอาจพังได้ภายในไม่กี่ปี ส่วนประกอบหลักของเตาคือสายรัด โซ่ และแท่งไม้ไผ่ ทั้งหมดนี้ราคาไม่แพงและเปลี่ยนได้ง่าย เรามีก๊อกน้ำอะลูมิเนียมสำรองไว้เผื่อในกรณีที่ก๊อกน้ำเดิมเสียหาย และยังมีสายรัดสำรองไว้บริจาคอีกด้วย

ไทม์ไลน์ที่เสนอ

นี่คือวันโดยประมาณสำหรับการบรรลุเป้าหมายแต่ละข้อ

ต้นทุน

นี่คืองบประมาณที่เสนอสำหรับเครื่องทำอาหาร Parabolic ของ Jefferson Community Center

สรุป

ผลการทดสอบ

ทันทีหลังจากการสร้างหม้อหุงข้าว ได้มีการทดสอบหลายครั้งเพื่อพิจารณาประสิทธิภาพของพาราโบลา

การทดสอบเบื้องต้น

การทดสอบแรกนั้นง่าย ๆ เพียงแค่นำกระดาษมัดเล็ก ๆ มาวางตรงจุดที่เราคิดว่าเป็นจุดโฟกัส เพื่อดูว่ามันจะติดไฟหรือไม่ ปรากฏว่ากระดาษมีควันและไหม้เกรียมประมาณ 30 วินาที แต่ไม่ติดไฟ จากนั้นเราใส่น้ำ 1 ไพนต์ลงในหม้อที่แขวนอยู่บนขาตั้งไม้ไผ่ หลังจากผ่านไปประมาณ 20 นาที จะเห็นฟองอากาศเล็กน้อย แต่ไม่พบการเดือด

การปรับแต่งอย่างละเอียด

เพื่อให้จานเล็งไปยังดวงอาทิตย์ได้แม่นยำยิ่งขึ้น เราจึงใช้เทคนิค "เงาดินสอ" ซึ่งก็คือการขันดินสอเข้ากับน็อตยึดที่อยู่ตรงกลางของเตา โดยให้ดินสอตั้งฉากกับจาน แล้ววางกระดาษที่มีรูตรงกลางรอบน็อตยึด เพื่อให้มองเห็นเงาจากดินสอได้ชัดเจน วิธีนี้ช่วยให้เราปรับเตาได้จนกระทั่งไม่เห็นเงา ซึ่งหมายความว่าเตาหันไปทางดวงอาทิตย์โดยตรง

การทดสอบขั้นสุดท้าย

หลังจากทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์อย่างทั่วถึงแล้ว และจานหันไปทางดวงอาทิตย์โดยตรง เราก็ทำการทดสอบซ้ำอีกครั้ง โดยนำกระดาษสีน้ำตาลขนาดเท่ากระป๋องโซดามาวางที่จุดศูนย์กลางของเตา และภายใน 20 วินาที เตาก็ติดไฟ ซึ่งหมายความว่าอุณหภูมิที่จุดศูนย์กลางอยู่ที่อย่างน้อย 451 องศาฟาเรนไฮต์ ขั้นที่สอง เราใส่น้ำ 1 ไพนต์ลงในหม้อใบเดิม และพบว่าใช้เวลาต้มประมาณ 10-15 นาที

การทดสอบในอนาคต

การทดสอบเพิ่มเติมจะรวมถึงการใช้ปืนวัดอุณหภูมิอินฟราเรดเพื่อวัดอุณหภูมิจุดโฟกัสอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ จะมีการทดสอบวัสดุที่ใช้ในการปรุงอาหารต่างๆ เช่น กระทะ หม้อ และหม้อตุ๋น เพื่อดูว่าแบบใดปรุงอาหาร/น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

การอภิปราย

หลังจากการทดสอบขั้นสุดท้าย เราสรุปได้อย่างมั่นใจว่าหม้อหุงข้าวนี้สามารถผลิตอุณหภูมิได้สูงกว่า 450 องศาฟาเรนไฮต์ จุดศูนย์กลางของหม้อหุงข้าวมีขนาดประมาณลูกซอฟต์บอล ดังนั้นการปรุงอาหารด้วยกระทะหรือหม้อขนาดเล็กถึงขนาดกลางจึงมีประสิทธิภาพสูงสุด ส่วนที่สำคัญที่สุดของพื้นผิวการปรุงอาหารคือก้นหม้อต้องเป็นสีดำ พื้นผิวที่เบาและสะท้อนแสงจะไม่ดูดซับความร้อนมาก อาหารจึงสุกได้ไม่ทั่วถึงเท่า โปรเจกต์นี้เป็นงานที่สนุกมาก และเราหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะได้สร้างแรงบันดาลใจและให้ความรู้แก่ผู้อื่น

บทเรียนที่ได้

• ระวังแสงที่ส่องเข้ามาเสมอ เพราะแสงเหล่านี้สามารถทำให้เกิดไฟไหม้ได้ ยิ่งจานเว้ามากเท่าไร ความกังวลก็จะน้อยลงเท่านั้น
• สวมแว่นตาป้องกันรังสียูวีเสมอเมื่อทำงานกับแสงแดดและวัสดุสะท้อนแสง
• ลองหาหม้อที่มีก้นสีดำ ซึ่งจะช่วยเพิ่มอุณหภูมิในการปรุงอาหารของกระทะได้อย่างมาก หากไม่เป็นเช่นนั้น การทาสีเทมเพอราสีดำที่ก้นกระทะจะช่วยได้มาก
• ควรเก็บโดยคลุมด้วยวัสดุบางอย่างหรือคว่ำลง เพราะแสงแดดอาจส่องถึงได้
• จำเป็นต้องปรับอย่างต่อเนื่องเมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านท้องฟ้า
• ลมอาจทำให้โซ่แกว่งและทำให้พื้นผิวการปรุงอาหารขาดความร้อน
• ให้แน่ใจว่ามีผู้ปกครองดูแลหากมีเด็กอยู่ด้วย
• เงื่อนไขที่สมบูรณ์แบบนั้นหาได้ยาก
• ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อได้รับแสงแดดโดยตรงเหนือศีรษะ (แดดจัด)

ขั้นตอนต่อไป

เตาพาราโบลาได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นเครื่องมือสร้างแรงบันดาลใจเป็นหลัก โดยจะนำไปใช้ในการสาธิตและกิจกรรมด้านการศึกษา

อาร์คาตาพลาซ่า

เพื่อให้เข้าถึงผู้ชมได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เราวางแผนที่จะจัดแสดงหม้อหุงข้าวนี้ในงาน Farmer's Market หลายงานของ Arcata ที่ Arcata Plaza การสาธิตเหล่านี้จะแสดงให้เห็นการทำงานของหม้อหุงข้าวขณะปรุงอาหารและต้มน้ำ จะมีการเตรียมแผ่นพับหรือป้ายข้อมูลต่างๆ เพื่อส่งเสริมความรู้เกี่ยวกับการปรุงอาหารด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับสาธารณชน นอกจากนี้ จะมีการเตรียมป้ายเตือนเพื่อให้มั่นใจว่าผู้ที่มาเยี่ยมชมจะได้รับการปกป้องจากแสงสะท้อนที่สว่างจ้าซึ่งอาจหลุดรอดจากพาราโบลาได้

ศูนย์ชุมชนเจฟเฟอร์สัน

หลังจากการสาธิตในลานกว้างหลายครั้ง ศูนย์ชุมชนเจฟเฟอร์สันในเมืองยูเรกา รัฐแคลิฟอร์เนีย ได้ตกลงที่จะติดตั้งเตาพาราโบลาอย่างถาวร พวกเขาวางแผนที่จะใช้เตานี้ในการสาธิตและกิจกรรมชุมชนที่จัดขึ้นภายในศูนย์ เตาพาราโบลาจะทำหน้าที่เป็นเครื่องมือสร้างแรงบันดาลใจให้กับเยาวชนของศูนย์เป็นหลัก และจุดประกายความสนใจในพลังงานที่ยั่งยืนและพลังงานหมุนเวียนในหมู่นักวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมในอนาคต

การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุง

ระหว่างขั้นตอนการก่อสร้าง เราสังเกตเห็นจุดที่ต้องปรับปรุงหลายจุดสำหรับโครงการในอนาคต แทนที่จะใช้เก้าอี้ปาปาซานที่ทำจากไม้ไผ่เป็นโครง เราสามารถใช้เชือกหรือเชือกเส้นเล็กเชื่อมต่อเหลี่ยมอะลูมิเนียมได้ เชือกเส้นนี้จะร้อยผ่านรูที่เจาะไว้ที่มุมบนของเหลี่ยมแต่ละอัน และเมื่อดึงให้แน่น จะทำให้ส่วนกลางของเหลี่ยมโค้งออก ทำให้เกิดจานพาราโบลาแบบตั้งพื้น แบบจำลองนี้มีประโยชน์มากมาย เนื่องจากพกพาสะดวก น้ำหนักเบา และมีขนาดเล็กลง ทำให้เหมาะสำหรับการเดินทาง

ทีม

• Kevin Burks - นักศึกษาชั้นปีที่ 4 สาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เน้นด้านพลังงานและภูมิอากาศ และวิชาโทด้านวิทยาศาสตร์ภูมิสารสนเทศ ที่Cal Poly Humboldt
• Nick Hurn - นักศึกษาชั้นปีที่ 4 สาขาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เน้นด้านพลังงานและสภาพภูมิอากาศที่ [[Cal Poly Humboldt

ดูเพิ่มเติม

• โครงการกับบาร์ท
• ตัวรวมพาราโบลาแบบผสม
• แผ่นสะท้อนแสงพาราโบลาแบบผสมสำหรับเตาทำอาหารพลังงานแสงอาทิตย์
• เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาราโบลา

โครงการที่เกี่ยวข้อง

เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาราโบลาของ Aleiha

การวิเคราะห์หม้อหุงข้าวพลังงานแสงอาทิตย์แบบมีหน้าต่างเอียง

Cómo hacer un Horno Solar de cartón

เตาเผาพลังงานแสงอาทิตย์แบบดินเผา

พาราโบลาแบบโฟกัสสมดุลสำหรับเตาพลังงานแสงอาทิตย์

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (USAID ในแอฟริกา - เรื่องราวความสำเร็จ)

เตาทำอาหารพลังงานแสงอาทิตย์หกเหลี่ยม

วิธีทำเตาพลังงานแสงอาทิตย์ "Sunbrella"

วิธีทำเตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาราโบลาผสม

วิธีทำเตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบแผ่นเดียว

วิธีทำเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ (วิทยาลัยเซียร์ราเนวาดา)

วิธีทำเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับเด็ก (อร่อยแบบท้องถิ่น)

วิธีทำเตาโบว์ลิ่งพลังงานแสงอาทิตย์

เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับโรงเรียน Locally Delicious

เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์แสนอร่อยสำหรับเด็กและผู้ใหญ่

นักคณิตศาสตร์เชิงกลสำหรับพาราโบลา

เก้าอี้ปาปาสัน เตาพลังงานแสงอาทิตย์

เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบตะกร้าพาราโบลาและกระป๋องดีบุก

SCRAP เครื่องหลอมขี้ผึ้งพลังงานแสงอาทิตย์ Humboldt พร้อมแม่พิมพ์พิมพ์ 3 มิติ

เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์บนกระจก