Parabolic basket and tin can solar cooker/vi
| Kiểu | Bếp năng lượng mặt trời |
|---|---|
| Tác giả | Ana Kolpin Gừng Bart Orlando |
| Vị trí | Arcata , California |
| Trạng thái | Đã triển khai |
| Năm | 2007 |
Mục tiêu của dự án này là tạo ra một bếp năng lượng mặt trời từ các loài thực vật xâm lấn địa phương và vật liệu phế thải . Chúng tôi muốn tạo ra một thiết bị có thể tiệt trùng nước và là một giải pháp thay thế cho việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch để nấu ăn. Các tiêu chí đánh giá tính phù hợp của công nghệ bao gồm: sử dụng vật liệu địa phương, hiệu quả, độ bền, dễ sử dụng, dễ chế tạo, chi phí, tác động đến môi trường, tác động đến văn hóa/lối sống, trình độ học vấn hoặc chuyên môn cần thiết cho việc chế tạo.
Nhìn chung, đây là một dự án thành công. Chúng tôi đã đạt được mục tiêu tiệt trùng nước. Giỏ năng lượng mặt trời có thể tiệt trùng nước trong bình chứa 1 lít trong khoảng một giờ trong điều kiện tối ưu. Nếu chúng tôi làm phiên bản 2.0 của giỏ năng lượng mặt trời, đây là một số thay đổi chúng tôi sẽ thực hiện:
- Gấp đôi các nhánh cây mâm xôi để các nan của giỏ chắc chắn hơn.
- Hãy sử dụng chất liệu khác thay cho cỏ lau vì nó gây ra các cục u trên bề mặt giỏ, có thể là chất liệu mềm hơn.
- Hãy sử dụng toàn bộ nắp hộp lớn, loại sáng bóng nhất.
- Hãy chế tạo các vòng giữ hình parabol bằng vật liệu ít dẻo hơn so với nhôm và dây mà chúng ta đã tìm thấy.
Điều phối viên dự án: Bart Orlando
Sinh viên kỹ thuật: Ginger Fletcher-Santillan và Ana Kolpin
phần tổng quan tài liệu
Nghiên cứu tổng quan về bếp năng lượng mặt trời hình parabol
Bếp năng lượng mặt trời hình parabol là thiết bị chế biến thực phẩm không cần nhiên liệu . Chúng tập trung tia nắng mặt trời vào một điểm tiêu cự, nơi có thể sử dụng nồi hoặc chảo tối màu để nấu ăn. Có nhiều ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng bếp năng lượng mặt trời . Một số ưu điểm là: chúng có thể được sử dụng ở những nơi khan hiếm nhiên liệu, không gây ô nhiễm, bề ngoài hình parabol không bị nóng, có thể được làm từ vật liệu tái chế và vật liệu địa phương , và không tốn chi phí vận hành. Một số nhược điểm là: diện tích nấu chỉ đủ cho một nồi, chỉ có thể nấu vào những ngày nắng, thời gian nấu có thể lâu hơn so với khi sử dụng bếp hoặc lò nướng thông thường, bếp có thể cần phải điều chỉnh lại tiêu cự khi mặt trời dịch chuyển. (Nhóm làm việc về kỹ thuật phát triển 1990)
Vì bếp năng lượng mặt trời hình parabol không cần nhiên liệu, chúng đang được thử nghiệm ở nhiều nước đang phát triển trên thế giới như một giải pháp thay thế và bổ sung cho việc nấu ăn bằng lửa. Tại Ấn Độ, một nghiên cứu đã được tiến hành để đánh giá tính hữu ích của bếp năng lượng mặt trời hình parabol trong sử dụng hộ gia đình. Các tiêu chí đánh giá bao gồm tính dễ vận hành, chi phí ban đầu, nhu cầu đào tạo, tính thẩm mỹ và an toàn tổng thể. Kết luận chung của nghiên cứu là bếp năng lượng mặt trời hình parabol có tính hữu dụng khá cao, nhưng để được thương mại hóa, "Tính hữu dụng về mặt kỹ thuật, hành vi và thương mại cần được cải thiện." (Pohekar, Ramachandran 2006).
Theo trang Solar Cooker Review , một người đàn ông ở Việt Nam đã bắt đầu sản xuất bếp năng lượng mặt trời làm từ những chiếc giỏ đan địa phương. Bếp gồm một chậu được bao quanh bởi lớp cách nhiệt, đặt trong một chiếc giỏ làm bằng vật liệu địa phương. Bếp năng lượng mặt trời rất phù hợp với các tỉnh miền Trung và miền Bắc Việt Nam, nơi nhận được 2-3000 giờ nắng mỗi năm (Solar Cooker Review 2000).
Parabol và Paraboloid
Hình parabol ba chiều, hay còn gọi là paraboloid, là hình dạng hiệu quả nhất cho bếp năng lượng mặt trời. Không giống như các loại lò nướng năng lượng mặt trời hình hộp, hình parabol có một tiêu điểm ở trung tâm, nơi bất kỳ ánh sáng nào chiếu vào thành parabol sẽ phản xạ vào đó. Sử dụng ánh sáng mặt trời, nhiệt lượng cùng với ánh sáng sẽ phản xạ vào tiêu điểm đó và làm ấm điểm đó. Vật chứa thức ăn nên được đặt tại tiêu điểm để lượng nhiệt tối đa được sử dụng cho việc nấu nướng.
Phương trình tổng quát của một parabol là:
y=x2,
Có thể tìm tiêu điểm bằng cách lấy một điểm trên đường cong (x, y) và thay điểm đó vào phương trình:
Một=x2/4y,
với biến số a là trọng tâm (Stein, 1999).
Himalaya Blackberry
Cấu trúc của bếp năng lượng mặt trời hình parabol sẽ được làm từ thân cây mâm xôi Himalaya, một loài cây xâm lấn địa phương. Thân cây sẽ được thu hoạch và loại bỏ gai để có thể đan thành hình giỏ parabol.
Cây mâm xôi Himalaya, Rubus procerus, là một loại cây thường xanh được đưa đến Hoa Kỳ từ châu Âu vào đầu những năm 1990 (Everett, 1981). Nó có kiểu phát triển bò lan mạnh mẽ và có nhiều gai. Vì các cành sẽ được thu hoạch trong những tháng mùa đông, chúng sẽ khô hơn, cứng cáp hơn và dễ dàng loại bỏ gai và quản lý hơn. Các cành mâm xôi Himalaya tạo thành các đường cong hình parabol, vì vậy khi chúng khô và cứng lại, chúng sẽ duy trì hình dạng parabol chắc chắn của giỏ (Hình 1).
Hình 1: Cành dâu đen Himalaya
Hình 2: Đầm lầy Arcata
Hình 3: Quả mâm xôi hình parabol!
Hình 4: Một dây leo mâm xôi khác
Mặc dù cây mâm xôi không chịu được khí hậu khắc nghiệt và chủ yếu phát triển vào mùa xuân (Whatcom), nhưng giống mâm xôi Himalaya lại có tốc độ sinh trưởng nhanh, khoảng 20 đến 50 feet mỗi mùa (Bailey, 1961), khiến nó lan rộng và chiếm lĩnh các khu vực. Mâm xôi Himalaya là một loài xâm lấn, không bản địa ở Quận Humboldt, và chính phủ tiểu bang California đã cung cấp kinh phí để loại bỏ loài này trong các công viên khu vực và tiểu bang (Sở Công viên và Giải trí California, 2005) để việc thu hoạch chúng làm giỏ sẽ không gây tác động tiêu cực đến môi trường khu vực.
thông tin thời tiết Quận Humboldt
Số ngày trời quang đãng ở hạt Humboldt là trở ngại lớn nhất đối với việc nấu ăn bằng năng lượng mặt trời tại địa phương. Eureka có khoảng 78 ngày trời quang đãng hoàn toàn mỗi năm, nhiều nhất vào tháng 9 và tháng 10, và trung bình 6,5 ngày quang đãng mỗi tháng (Trung tâm Khí hậu Khu vực phía Tây). Mặc dù hầu hết các ngày không hoàn toàn quang đãng, vẫn có những ngày nhiều mây một phần, đủ để bạn có thể nấu ăn vào khoảng giữa trưa đến đầu giờ chiều.
thiết kế
Vật liệu và Công cụ
Hình 2: Giỏ và vật liệu
Hình 3: Cỏ Pampas
Hình 4: Nắp hộp
Hình 5: Ruột săm xe đạp
- Dây leo mâm xôi
- Cỏ Pampas
- Ruột săm xe đạp đã qua sử dụng
- Dây gai dầu
- Thanh nhôm mỏng
- Dây điện
- Nắp hộp thiếc
- Kìm cắt dây
- Găng tay
- Móng dày
- Búa
- Dụng cụ mở hộp
- Kéo
- Dao đa năng
- Ống bên trong lớn
xây dựng
hình dạng và cấu trúc
Để xác định hình dạng của bếp năng lượng mặt trời, chúng tôi quyết định rằng chúng tôi muốn đường cong parabol đi qua điểm (2,2) và đỉnh của giỏ, vành trên cùng, nên có đường kính khoảng 5 feet. Để tìm phương trình của parabol đi qua điểm đó, chúng tôi cần tìm hệ số a của phương trình parabol tổng quát.
y=Mộtx2
Để tìm hệ số a, chúng ta đã sử dụng phương trình
Một=y/x2
và thay thế x và y bằng điểm (2,2)
Một=2/22
điều đó đã mang lại cho chúng ta
Một=.5
Với giá trị của hệ số, chúng ta có thể chèn các giá trị x khác nhau vào phương trình.
y=.5x2
và tìm các giá trị y tương ứng.
| x | y |
|---|---|
| 0,5 | .125 |
| 1 | 0,5 |
| 1,5 | 1,125 |
| 2 | 2 |
| 2,5 | 3,125 |
Chúng tôi đã vẽ những điểm đó trên trục tọa độ và kẻ một đường thẳng đi qua chúng để tạo ra đường cong parabol mà chúng tôi mong muốn.
Dựa vào đường cong đó, chúng tôi uốn nắn các dây leo dâu đen sao cho phù hợp với hình parabol và buộc dây từ đầu này đến đầu kia của dây leo dâu đen đã uốn cong để giữ cho hình dạng parabol được cố định.
Để tạo hình parabol ba chiều, chúng tôi đã dùng ruột săm xe đạp cũ buộc chặt các đỉnh, điểm giữa phía dưới, của những dây leo mâm xôi đã được tạo hình lại với nhau. Vì ruột săm xe đạp giữ các dây leo lại với nhau rất tốt, chúng tôi nghĩ rằng cách này cũng có thể dùng để đan hầu hết giỏ. Tuy nhiên, khi bắt đầu làm như vậy, ruột săm tạo ra lực quá lớn lên các dây leo mâm xôi và làm chúng biến dạng khỏi hình parabol.
Hình 3: Buộc dây ở đỉnh
Hình 4: Kiểm tra kích thước
Hình 5: Kiểm tra kích thước
Hình 6: ống dẫn bên trong
Hình 7: thực hiện điều chỉnh
Hình 8: thực hiện điều chỉnh
Khi nhận thấy rằng đan càng chặt thì dây leo càng dễ bị biến dạng, chúng tôi quyết định cần đặt những vòng lớn ở những điểm nhất định phía trên đỉnh để hỗ trợ cấu trúc và ngăn không cho nó bị cong vênh. Ban đầu, chúng tôi nghĩ rằng sử dụng vòng hula hoop với nhiều kích cỡ khác nhau làm vòng là một ý tưởng hay, và chúng cũng có thể hiệu quả, nhưng chúng tôi không muốn mua vòng mới và cũng không tìm được vòng cũ nào. Sau đó, chúng tôi đến bãi phế liệu để tìm kiếm thứ gì đó có thể sử dụng và tìm thấy những thanh nhôm dài, nhẹ, rất phù hợp để uốn thành vòng với mọi kích cỡ. Cùng với những thanh nhôm này, chúng tôi cũng làm thêm một vài vòng bằng dây thép dày để tăng thêm độ chắc chắn.
Hình 9: Uốn thanh kim loại thành vòng tròn
Hình 10: Uốn thanh
Hình 11: Uốn thanh
Hình 10: Gắn các vòng đỡ
sửa dệt
Sau khi buộc chặt các thanh kim loại và dây thép vào giàn cây mâm xôi để làm giá đỡ, chúng tôi nghĩ rằng mình đã sẵn sàng để đan cỏ Pampas xuyên qua các dây leo, nhưng chúng tôi nhanh chóng nhận ra rằng khoảng cách giữa các dây mâm xôi quá xa nhau khiến chúng tôi không thể tạo được một đường đan tốt. Để khắc phục điều đó, chúng tôi đã buộc các đoạn ruột xe đạp từ vòng trên cùng của giỏ xuống đỉnh và vào giữa mỗi dây mâm xôi. Những khoảng trống bổ sung mà chúng tôi tạo ra để đan cỏ đã giúp ích rất nhiều, nhưng tiến độ vẫn chậm vì chúng tôi chỉ đan được từng cọng một. Sau vài lần thử, chúng tôi phát hiện ra rằng mình có thể đan nhiều cọng cỏ Pampas cùng một lúc dễ dàng, và đó là cách chúng tôi hoàn thành việc đan chiếc bếp năng lượng mặt trời hình parabol của mình.
Hình 10: Dệt cỏ pampas
Hình 11: Hình ảnh cận cảnh kiểu dệt.
Hình 12: Dệt cỏ pampas
Hình 13: Bếp nấu hình parabol được đan hoàn toàn bằng cỏ pampas.
bề mặt phản chiếu
Để tạo bề mặt phản chiếu cần thiết cho bếp parabol , chúng tôi đã thu thập khoảng 300 nắp hộp thiếc để lót bên trong giỏ. Chúng tôi đục lỗ trên các nắp hộp để có thể xâu chúng lại với nhau thành từng hàng khoảng 8-10 nắp. Sau đó, chúng tôi buộc các đoạn nắp hộp này vào giỏ bằng dây gai hoặc dây buộc xoắn. Vì vẫn còn nhiều khoảng trống trên giỏ chưa được che phủ bởi nắp hộp, chúng tôi đã thu thập một loạt các nắp hộp lớn và gắn chúng riêng lẻ vào giỏ.
Hình 14: Dây buộc nắp lon
Hình 15: Gắn nắp hộp
Hình 16: Gắn nắp hộp
Hình 17: Thêm nắp hộp
Đang kiểm thử
Để thử nghiệm bếp năng lượng mặt trời hình parabol của chúng tôi, trước tiên chúng tôi phải ước tính vị trí tiêu điểm bên trong giỏ. Chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết ánh sáng phản xạ về trung tâm ở độ cao khoảng 30-45 cm phía trên đỉnh. Vì hình dạng của giỏ không hoàn toàn nhẵn và cũng không phải là hình parabol chính xác, nên tiêu điểm không cố định và nằm ở một khu vực tổng quát hơn là một điểm cụ thể.
Trong thử nghiệm đầu tiên, chúng tôi sơn một hũ dưa chua dung tích một gallon bằng sơn đen để hấp thụ càng nhiều ánh sáng càng tốt và đổ đầy nước vào đó. Khi đặt hũ vào thiết bị nấu ăn hình parabol, chúng tôi dùng một vật chứa khác kê cao hũ để nó nằm trong vùng tiêu điểm. Ngoài ra, chúng tôi tạo một khoảng không khí tĩnh xung quanh hũ, giúp hũ nóng nhanh hơn và chắn gió lạnh, bằng cách phủ một túi nhựa trong suốt lên trên hũ dưa chua. Chúng tôi để hũ đó trong gần hai giờ, bắt đầu từ khoảng 3 giờ chiều. Khi dừng lại, nước trong hũ đã ấm.
Lần thử nghiệm tiếp theo, chúng tôi sử dụng một chiếc lọ thủy tinh dung tích một lít được sơn đen và tạo khoảng không khí chết bằng cách đặt một chiếc lọ dưa chua trong suốt lên trên. Hôm đó, chúng tôi chuẩn bị lọ lúc 11:20 sáng vào một ngày nắng ấm không có gió. Sau một giờ, nước bên trong lọ bắt đầu sủi bọt, có nghĩa là chúng tôi đã vượt qua nhiệt độ tiệt trùng. Sau khoảng hai tiếng rưỡi, nước trong lọ một lít sôi sùng sục. Lần thử nghiệm thứ hai này thành công hơn vì chúng tôi có cách tạo khoảng không khí chết tốt hơn, một chiếc lọ nhỏ hơn và điều kiện thời tiết tối ưu.
Kết luận
Nhìn chung, đây là một dự án thành công. Chúng tôi đã đạt được mục tiêu tiệt trùng nước. Giỏ năng lượng mặt trời có thể tiệt trùng nước trong bình chứa 1 lít trong khoảng một giờ trong điều kiện tối ưu. Trong lần thử nghiệm đầu tiên, chúng tôi đã thử nướng bánh mì bằng cách đặt bột vào lon đen dùng làm đế cho lọ. Bánh mì nướng chưa chín hẳn. Chúng tôi tin rằng thiết bị sẽ nướng bánh mì chín hoàn toàn bằng cách đặt bột gần phía trên thành trong của lon thay vì ở đáy. Ngoài ra, nếu lon có thể được đặt trong một hộp trong suốt, đồng tâm như hộp chứa lọ đen. Chúng tôi đã nấu thành công cơm gạo lứt trong lọ đen. Thiết bị đáp ứng hầu hết các tiêu chí phù hợp của chúng tôi. Các tiêu chí đó là: sử dụng vật liệu phế thải, sử dụng vật liệu địa phương, không gây tác động tiêu cực đến môi trường, chi phí chế tạo thấp và dễ vận hành. Nhược điểm là: mất khá nhiều thời gian để thu thập vật liệu và tiến hành chế tạo, hiệu suất không cao do nắp lon không có bề mặt bóng loáng và không có hình dạng parabol hoàn hảo. Chắc chắn bạn sẽ cần thời gian để điều chỉnh lối sống sao cho phù hợp với thời gian cần thiết để đun nóng nước trong giỏ năng lượng mặt trời. Nếu giỏ năng lượng mặt trời là nguồn nước sạch duy nhất của bạn, việc lên kế hoạch trước là rất quan trọng. Lần thử nghiệm đầu tiên này có thể không bền lắm. Nắp lon bị gỉ sét trong vòng hai tháng ở môi trường ven biển của chúng tôi. Tuy nhiên, điều này có thể không phải là vấn đề ở môi trường sa mạc. Có lẽ những lon đựng đồ tiếp tế gửi cho người tị nạn có thể được làm bằng kim loại đánh bóng không bị gỉ. Giỏ khá chắc chắn, nhưng các dải nhôm thì dẻo và có thể bị biến dạng theo thời gian. Các nan của giỏ chỉ là những đoạn dây leo dâu đen đơn lẻ và chúng có khả năng bị nứt hoặc gãy. Không cần phải có trình độ học vấn cao để chế tạo giỏ này, nhưng cần phải có một chút hiểu biết về parabol. Chúng tôi đã sử dụng một số kiến thức về đại số và giải tích, và khả năng sử dụng các phương trình toán học giúp ích rất nhiều trong việc tạo ra các mẫu cho hình dạng tổng thể của giỏ và giới hạn đường kính của các dải.
Những điều chúng ta sẽ làm khác đi
Nếu chúng ta sản xuất phiên bản 2.0 của giỏ năng lượng mặt trời, đây là một số thay đổi chúng ta sẽ thực hiện:
- Gấp đôi các nhánh cây mâm xôi để các nan của giỏ chắc chắn hơn.
- Hãy sử dụng chất liệu khác thay cho cỏ lau vì nó gây ra các cục u trên bề mặt giỏ, có thể là chất liệu mềm hơn.
- Hãy sử dụng toàn bộ nắp hộp lớn, loại sáng bóng nhất.
- Hãy chế tạo các vòng giữ hình parabol bằng vật liệu ít dẻo hơn so với nhôm và dây mà chúng ta đã tìm thấy.
Tiến độ đạt được trong giai đoạn 2014-2016
Các dự án liên quan
Xem thêm
- Các dự án với Bart
- Bộ tập trung parabol kép
- Gương phản xạ parabol kép dùng cho bếp năng lượng mặt trời
- Bếp nấu ăn bằng năng lượng mặt trời hình parabol
| Tác giả | |
|---|---|
| Giấy phép | CC-BY-SA-3.0 |
| Các tổ chức | Đại học Bách khoa Humboldt (HSU) |
| Trích dẫn như | Ana Kolpin , Ginger , Bart Orlando (2007–2026). "Bếp năng lượng mặt trời dạng giỏ parabol và lon thiếc" . Appropedia . Truy cập ngày 4 tháng 2 năm 2026 . |