Solar cooker/태양열 조리기

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수많은 엔지니어와 DIY 애호가들이 태양열 볼링 오븐 처럼 간단한 디자인부터 포물선 형 바구니나 깡통 태양열 조리기 처럼 복잡한 디자인까지 수백 가지 종류의 태양열 조리기를 설계했습니다 . 이처럼 다양한 선택지 때문에 태양열 조리기를 표준화하고 평가하기는 어렵지만, 성공적인 디자인을 위해서는 몇 가지 중요한 요소를 충족해야 합니다. 그 중 일부는 다음과 같습니다.

• 비용 - 농촌 지역에서도 시행 가능할 만큼 저렴해야 합니다.
• 편의성 - 쉽게 구할 수 있는 현지 재료로 단기간에 제작할 수 있으며, 무게도 가볍습니다.
• 안전 - 가열 구역은 잘 보호되어야 하며, 어떤 부분도 돌출되어서는 안 됩니다.
• 효율성 - 음식을 조리하는 데 얼마나 걸릴까요?
• 내풍성 - 약한 바람부터 중간 정도의 바람에도 영향을 받지 않을 만큼 튼튼해야 합니다.
• 가열 용량 - 용도에 따른 충분한 가열 용량 ( 물 살균 vs. 음식 조리 ).
• 내구성 - 수리는 드물게 발생하고 쉽게 수행되어야 합니다.
• 설명이 간단합니다.

태양열 조리의 조건은 매우 간단합니다. 태양열 조리기를 몇 시간 동안 햇볕이 잘 드는 곳에 설치하고 강한 바람으로부터 보호할 수 있어야 합니다. 당연히 태양열 조리기는 밤이나 흐린 날에는 작동하지 않습니다. 햇빛은 어두운 표면에 흡수되어 열을 발생시킵니다. 음식은 어둡고 얕고 얇은 금속 냄비에 어둡고 밀폐된 뚜껑을 덮어 열과 수분을 유지하면 가장 잘 익습니다. 검은색 냄비가 햇빛을 흡수하여 발생하는 열을 보존하려면 투명한 덮개가 필요합니다. 투명한 비닐봉지처럼 간단한 것부터 진공 유리 여러 겹처럼 복잡한 것까지 다양하게 사용할 수 있습니다. 조리 시간을 단축하는 한 가지 방법은 반사판을 사용하여 집열기에 햇빛이 집중되도록 하는 것입니다.

개발도상국 에서는 일반적으로 장작, 숯, 등유와 같은 바이오매스를 연료로 사용하여 야외에서 불을 피워 요리합니다. 이러한 방식은 농촌 지역의 삼림 벌채를 심화시키고 이산화탄소 배출량을 크게 증가시킵니다 _. 또한, 개발도상국 주민들은 매연 흡입으로 인해 호흡기 질환에 시달리는 경우가 많습니다.

개발도상국에서는 매년 약 500만 명의 어린이가 호흡기 질환으로 사망하고 오염된 식수와 관련된 질병으로 인해 추가로 500만 명이 사망하는 것으로 추산됩니다. ^{[ 2 ]} 태양열 조리 기술을 사용하면 이러한 수치를 부분적으로 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.

태양열 조리기는 햇빛이 열에너지로 변환되어 유지되고 야외 조리에 사용되는 기본 원리에 따라 작동하며, 전 세계적으로 햇볕이 잘 들고 연료가 부족한 지역에서 가장 긍정적인 영향을 미칩니다. 낙관적인 추정에 따르면 태양열 조리는 장작 사용량을 36%까지 줄일 수 있으며 이는 매년 약 2억 4,600만 톤의 목재에 해당하므로 연간 약 1억 4,000만 톤의 순 온실가스 상쇄 효과를 가져올 수 있습니다. ^{[ 3 ]}

그림 1은 섭씨 135도의 온도 분포에서 발생하는 과정을 보여줍니다.

안데스, 티베트, 네팔, 몽골 및 중국 일부 지역에서는 약 600,000개의 태양열 조리기가 사용되고 있으며 전 세계적으로는 약 150만 개가 사용되는 것으로 추정되지만 이 수치는 예비 수치이며 정확성이 아직 확인되지 않았습니다. ^{[ 5 ] [ 6 ]} 그러나 최근 가장 큰 성공 사례는 인도의 마을에서 나타났습니다.

태양열 조리는 다음과 같은 경우 해당 지역에 적합할 수 있습니다.

• 연중 여러 달 동안 대체로 맑은 날씨가 이어집니다.
• 장시간 햇볕이 잘 들고 강풍을 피할 수 있는 야외 공간이 있습니다.
• 현지에서 구할 수 있는 취사 연료는 비싸거나 구하기 어렵습니다.

아시아, 아프리카, 호주 지역은 햇빛이 풍부하기 때문에 그림 2에서 보여주는 것처럼 태양열 조리기를 사용하면 큰 이점을 얻을 수 있습니다.

햇볕이 잘 드는 기후일수록 태양열 조리 기술의 이점이 크지만, 바람이 덜 부는 지역에서는 태양열 조리기를 훨씬 효율적으로 활용할 수 있습니다. 바람이 많이 부는 지역에서는 더 무거운 태양열 조리기를 사용하는 것이 적합할 수 있지만, 바닥을 두껍게 만들 경우 추가적인 재료가 필요해 비용이 증가하고 조리 시간이 길어질 수 있습니다. 또 다른 간단하지만 저렴한 방법은 조리기 주변에 큰 돌이나 벽돌을 놓아 바람에 흔들리지 않도록 안정시키는 것입니다.

태양열 조리기는 태양 에너지를 이용하여 음식을 조리하는 장치입니다. 기존의 스토브나 오븐을 사용하는 것보다 간단하고 친환경적이며 비용도 저렴한 대안입니다. 다음은 태양열 조리기 제작 방법에 대한 안내입니다.

1. 재료 준비: 태양열 조리기를 만들려면 몇 가지 기본적인 재료가 필요합니다. 여기에는 골판지, 알루미늄 호일, 접착제, 가위, 검은색 냄비, 투명 비닐 시트가 포함됩니다.
2. 골판지를 자르세요: 골판지 네 조각을 평행사변형 모양으로 자릅니다. 각 변의 길이는 약 30cm(1피트)이고, 윗변과 아랫변의 길이는 약 15cm(6인치)입니다.
3. 조리기를 조립하세요: 골판지 조각들을 붙여 상자 모양을 만들고, 알루미늄 호일을 안쪽에 넣으세요. 호일이 매끄럽고 주름지지 않도록 해야 햇빛을 반사하는 데 도움이 됩니다.
4. 윗면을 비닐로 덮으세요: 상자 윗면보다 약간 큰 투명 비닐 시트를 잘라냅니다. 비닐을 제자리에 붙이고, 팽팽하게 당겨 주름이 생기지 않도록 합니다.
5. 냄비를 압력솥에 넣으세요: 검은색 냄비를 압력솥 중앙에 놓으세요. 냄비가 뚜껑을 덮은 채로 압력솥 안에 완전히 들어가야 합니다.
6. 음식을 조리하세요: 냄비에 음식을 넣고 뚜껑을 닫으세요. 밥솥을 햇볕이 잘 드는 곳에 두고, 해가 움직이는 방향을 따라 냄비의 각도를 조절하세요. 햇빛이 알루미늄 호일에 반사되어 냄비에 집중되면서 음식이 익게 됩니다.
7. 필요에 따라 밥솥을 조정하세요. 해가 너무 낮거나 흐린 날씨에는 밥솥이 충분한 햇빛을 받을 수 있도록 조정해야 할 수 있습니다. 밥솥을 기울이거나 햇볕이 잘 드는 곳으로 옮기면 됩니다.

이 간단한 단계를 따르면 누구나 손쉽게 태양열 조리기를 만들어 맛있는 햇볕에 익힌 음식을 즐길 수 있습니다.

태양열 조리기는 정밀도와 효율성을 다소 희생하더라도 제작의 용이성과 쉽게 구할 수 있는 재료를 사용하는 태양열 집열기입니다. 물을 끓이거나 빵을 굽는 데 필요한 온도를 유지할 수 있도록 다소 부정확한 기하학적 구조를 사용합니다. 포물면 반사판을 사용하는 태양열 조리기 설계에 관련된 계산은 태양 관련 계산 페이지에서 확인할 수 있습니다.

태양열 조리기는 디자인이 매우 다양하며, 각 디자인마다 고유한 비용, 장점 및 최적 조건이 있습니다. 몇 가지 예를 들면...

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  태양열 패널 조리기: 간단히 상자를 잘라 옆면에 알루미늄 호일을 붙인 것입니다. 예시 프로젝트: 포물면을 위한 기계 수학자
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  태양열 박스형 조리기: 유리 패널이 온실 효과를 일으킵니다. 예시 프로젝트: 태양열 박스형 조리기 연구 프로젝트
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  태양열 바구니 조리기: 문화적 배경에 적합한 태양열 상자 조리기. 예시 프로젝트: 버드나무 바구니 포물선형 태양열 조리기
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  태양열 위성 조리기: 포물선 모양이 햇빛을 한 지점에 집중시킵니다. 예시 프로젝트: 파파산 의자 태양열 조리기
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  포물선형 태양열 조리기: 수학 공식을 이용하여 아이들이 직접 조립했습니다. 예시 프로젝트: 아이들을 위한 태양열 오븐 만드는 방법 (로컬리 딜리셔스)
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  태양열 우산 조리기: 우산은 보통 원뿔형이지만, 포물선에 매우 가까운 모양도 가능합니다. 예시 프로젝트: "선브렐라(Sunbrella)" 태양열 조리기 만드는 방법
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  태양열 타이어 조리기: 단열 효과가 뛰어나고 경제적인 재활용 검은색 타이어 샌드위치 구조

태양열 박스형 조리기 연구 프로젝트 에서

수백 가지의 혁신적인 태양열 조리기 디자인이 개발되었지만, 태양열 박스형 조리기는 특히 개발도상국에서 널리 사용되고 있기 때문에 전 세계적으로 가장 폭넓게 주목받고 있습니다.

태양열 박스형 조리기는 기본적으로 유리 뚜껑이 있는 커다란 상자로, 오븐처럼 작동합니다. 하지만 넓은 표면적에서 발생하는 열 손실은 더 넓은 집열 면적으로 인한 추가적인 에너지 이득을 부분적으로 상쇄합니다. 이를 보완하기 위해 일반적으로 유리 덮개와 반사판을 사용하여 집열 면적을 넓힙니다. 이러한 반사판은 다양한 재료로 만들 수 있으며, 주된 목적은 유리를 통해 햇빛을 반사하여 상자 내부의 조리 공간으로 전달하는 것입니다.

박스형 조리기는 단열재로 만들어진 상자 형태의 열을 가두는 밀폐 용기로 구성되며, 상자의 한쪽 면은 유리나 플라스틱과 같은 투명한 재질로 되어 있습니다. 이를 통해 조리기는 온실 효과를 활용할 수 있고, 상자 안의 음식은 입사되는 태양 복사열에 의해 조리됩니다. 단열재는 추운 날이나 바람이 부는 날에도 더운 날과 비슷한 수준의 조리 온도를 유지할 수 있게 해 줄 뿐만 아니라, 누출로 인해 조리기가 손상되는 것을 방지하는 추가적인 이점도 있습니다. 조리에는 어두운 색의 냄비를 사용하는 것이 좋습니다. 어두운 색 냄비는 열을 최대한 흡수하여 더 높은 조리 온도를 가능하게 해 줍니다. ^{[ 8 ]}

태양이 효율적인 요리를 하기에 충분히 높이 떠올랐는지 알아보는 좋은 기준은 땅에 드리워진 그림자의 길이가 자신의 키보다 짧아질 때입니다.

포물선형 태양열 조리기 에서

포물선 형 태양열 조리기는 본질적으로 태양 에너지를 집중시켜 음식을 조리하거나 물을 살균하는 데 사용되는 장치입니다. 포물선 형 디자인은 수 세기 동안 사용되어 왔습니다. 곡면 거울을 사용하여 빛을 집중시키는 아이디어는 그리스, 아즈텍, 잉카, 로마, 중국 문명에서 발전되었습니다. 잉카인들은 거울 제작에 청동과 금을 사용했으며, 여러 층 높이의 건축물을 세웠습니다. 이러한 기술은 각 문명에서 거의 같은 시기에 등장한 것으로 보입니다.

포물선형 태양열 조리기는 다양한 디자인과 모델이 있습니다. 어떤 것은 지역에서 수집한 폐자재를 이용해 만들기도 하고, 어떤 것은 정밀 가공된 내구성이 뛰어나지만 더 비싼 재료를 사용하여 제작하기도 합니다. 다음은 여러 포물선형 태양열 조리기 디자인과 사진 링크입니다.

솔라 퍼널 에서

태양열 깔때기는 많은 태양열 조리 장치의 기본 구조입니다. 깔때기에서는 평평한 반사판을 통해 빛이 모여 깔때기 반대편에 있는 냄비나 가열 대상 표면을 비춥니다. 이는 대부분의 포물선형 조리기처럼 냄비가 태양과 반사판 사이에 위치하는 방식과는 다릅니다. 태양열 깔때기는 보다 이상적인 복합 포물선형 집광기의 평면 버전입니다.

복합 포물선형 집광기 에서

복합 포물선형 집광기 (CPC)는 회전된 포물선형 부분으로 구성된 집광기의 한 종류로, 평면 수신기에 대한 집광 계수가 열역학적 한계인 1/sin(θa)를 갖습니다. 여기서 θa는 반사판이 개구부에 입사하는 모든 빛을 수신기로 향하게 하는 각도의 절반입니다. 복합 포물선형 집광기(CPC)는 태양열 증류기, 태양열 살균기, 태양열 조리기 등에 추가적으로 사용될 수 있습니다. CPC는 햇빛을 집중시켜 장치의 효율을 높이고 출력을 증가시킬 수 있습니다.

최근 연구에 따르면 태양열 증류기 ^{[ 9 ]} 와 태양열 살균기 ^{[ 10 ]} 의 광 수집을 늘리기 위해 복합 포물선 집광기(CPC)를 통합하면 효율성과 처리량을 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.

통합 조리 부터

통합 조리는 다음과 같은 것들을 결합하여 사용합니다:

1. 햇볕이 잘 드는 날에는 적절한 태양열 조리기 모델을 사용하세요.
2. 조리 시간을 연장하고 조리 후 3~4시간 동안 음식을 따뜻하게 유지하는 보온 밥솥(건초 바구니 또는 무화력 밥솥 )
3. 햇볕이 충분하지 않을 때 사용할 수 있도록 개량된 조리용 스토브(즉, 효율적인 조리용 스토브 ) .

이러한 기기들은 요리 외에도 다른 용도로 사용될 수 있습니다. 몇 가지 예를 들면 다음과 같습니다.

1. 물 살균
2. 건조 의료용품 소독
3. 식기를 소독하기 위해

태양열 조리기의 효율 분석 에서

이 글에서는 열역학 제1법칙 과 제 2법칙 에 기반한 태양열 조리기 의 효율 분석 과 함께 모든 기기의조리 능력을 계산하는 방법을 설명합니다 .

• 다르푸르와 같은 지역의 마을에서는 여성들이 장작을 구하러 이동하는 횟수가 줄어들어 결과적으로 집 가까이에 머물며 안전하게 지낼 수 있습니다. ^{[ 11 ]}
• 장작이나 숯으로 요리하는 것보다 저렴하다.
• _{이산화탄소} 및 메탄 배출량 감소 .
• 태양열 조리기는 기본적인 교육만 받으면 몇 시간 만에 쉽게 만들 수 있습니다.
• 태양열 조리기는 일반적으로 가볍습니다.

태양열 조리와 건강

다행인 점은 태양열 조리기를 사용하면 요리하는 동시에 신선한 공기를 마실 수 있다는 것입니다. 태양열 조리는 연기를 전혀 발생시키지 않습니다.

과거에는 사람들이 태양열 조리를 도입한 주된 이유가 과도한 장작 사용으로 인한 환경 파괴를 줄이기 위해서였습니다. 그러나 최근에는 취사 시 발생하는 유독 연기로 인한 호흡기 질환이 심각한 건강 문제로 대두되었습니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 이러한 질환으로 매년 150만 명의 여성과 어린이가 사망합니다. 태양열 조리기는 이러한 주요 건강 위협에도 대응할 수 있는 해결책을 제시합니다.

태양열 조리 기술은 수십 년 전부터 존재해 왔지만, 제대로 이해되지 못했고 널리 보급되지도 않았습니다. 태양열 조리란 무엇이며, 어떤 기능을 갖추고 있고, 또 어떤 한계가 있는지에 대한 몇 가지 정보를 소개합니다.

• 음식을 조리하는 데는 시간이 아주 오래 걸릴 수 있습니다.
• 항상 맑은 날씨는 아닙니다.
• 태양열 조리는 정오처럼 햇볕이 충분히 강할 때만 가능하지만, 따뜻한 음식이 필요한 시간은 훨씬 더 이른 시간일 수 있습니다.
• 요리를 야외에서 해야 한다는 점은 개발도상국에서 추가적인 위험을 초래할 수 있습니다.
• 바람이 많이 부는 지역에서는 성능이 저하될 수 있습니다.
• 결과가 일관적이지 않을 수 있으며, 먹을 수 없는 음식이 나올 수도 있습니다.
• 태양열 조리는 폭력과 예상치 못한 관계를 맺고 있습니다. ^{[ 11 ]} 아프리카 의 일부 NGO에서는 가정 폭력 때문에 태양열 조리기를 홍보하지 않는다는 일화가 있습니다. 날씨가 조리에 적합하지 않아 남편이 집에 돌아왔을 때 식사가 준비되어 있지 않으면 아내에게 폭력을 행사할 수 있습니다. (이는 다른 문제들을 야기하지만, 당면한 문제 중 하나는 신뢰할 수 없는 조리기를 사용하여 피해자의 상황을 악화시키지 않는 것입니다.) ^{[ 확인 필요 ]} 이러한 식사 조리 실패에는 통합 조리 라는 기술적 해결책이 있을 수 있습니다( Wikia:Solarcooking:Integrated cooking method 참조 ).

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3D 프린팅 금형을 사용한 SCRAP 훔볼트 태양열 왁스 용해로

거울을 이용한 태양열 오븐

여러 비정부기구(NGO)와 민간 단체들이 개발도상국 농촌 지역에서 태양열 조리의 이점을 홍보하기 위해 적극적으로 나서고 있습니다. 이들은 자가 제작용 태양열 조리기 설계부터 마을 주민들에게 조리기 제작 및 사용법을 교육하는 훈련 캠프 운영까지 다양한 활동을 펼치고 있습니다. 일부 단체는 이미 온라인에 성공적인 태양열 조리기 설계도를 게시했으며, 다른 단체들은 다양한 설계 단계에 있습니다. 아래는 이러한 단체들의 일부 목록입니다.

1. 태양열 조리기 세계 네트워크
2. 태양열 조리기 국제
3. 교토 트위스트 태양열 조리 협회
4. 솔라 에너지 인터내셔널
5. 농촌기술센터
6. 중앙아메리카 태양 에너지 프로젝트
7. 썬 오븐 인터내셔널 주식회사
8. 라졸라-이니셔티브

태양열 조리에 관한 최고 권위 기관은 Solar Cookers International(SCI) 입니다 . SCI는 전 세계적으로, 특히 햇볕이 풍부하고 조리용 연료가 부족해지는 지역을 중심으로 태양열 조리에 대한 인식과 기술을 보급하고 있습니다. SCI는 아프리카에서 3만 가구가 태양 에너지를 이용해 요리할 수 있도록 지원하여 여성과 어린이들이 더 이상 나무를 모아 먼 거리를 운반해야 하는 부담에서 벗어나도록 했습니다.

세계 태양열 조리기 네트워크(Solar Cookers World Network) 는 100여 개국에서 태양열 조리를 적극적으로 홍보하는 500개 이상의 비정부기구(NGO), 제조업체 및 개인으로 구성된 연합체입니다. 이 위키 기반 웹사이트를 통해 네트워크 참여자들은 정보를 공유하고 프로젝트 및 연구에 협력할 수 있습니다. 태양열 조리는 연료 효율이 높은 장작 난로와 보온 조리기를 포함하는 통합 조리의 중요한 부분입니다.

• 태양열 조리기와 효율적인 난로는 전 세계 농촌 가정에 도움을 줍니다.
• DIY 태양열 집열기
• 훔볼트 태양열 조리 갤러리
• 단체 급식용 스토브
• 친환경 요리
• 태양 관련 계산
• 두 개의 포물선형 홈을 사용하여 포물면을 모사하기

• 위키피디아: 태양열 조리
• 무료로 간편하게 만들 수 있는 포물선형 태양열 집광기 설계도
• 태양열 집광기를 만들어 태양 에너지를 활용하는 방법
• https://twitter.com/JohnPaulGarland/status/1777739907651231812