Как сделать солнечную печь своими руками. Изготовление солнечной печи своими руками: варианты и особенности

Солнечная печь выполняется по разным технологиям, поэтому устройство её отличается друг от друга. Произведенные в промышленном варианте такие изделия отличаются высокой ценой. Много моделей можно сделать самому, приложив к этому минимум средств и максимум усилий. Прежде чем начать анализ самодельных моделей, рассмотрим одну промышленную печь для общего развития – GoSun.

В основе данного решения используется две технологии: вакуумная трубка принимает на себя концентрированную энергию из зеркальной подставки – концентратора. Таким образом температура внутри трубки достигает за несколько минут до 280°С, что дает варить, парить, жарить любые блюда. Существует ряд сайтов с рецептами адаптированными для такой печи. Этот метод приготовления ничем не уступает привычным существующим, лишь добавляет экологичности процессу.

Эксплуатация и виды

Эксплуатировать подобного рода устройства лучше летом в открытой незатенённой местности. На всех видах концентраторов такой энергии используется светоотражающие поверхности, поэтому следует беречь глаза от лучей, путём одевания солнцезащитных очков при работе с печью.

Первый вид из спутниковой антенны

Печь на основе старой спутниковой антенны. Чтобы котелок не загораживал солнце, следует выбирать офсетный тип антенны, принцип работы показан на рисунке ниже.

Зеркало антенны следует обклеить светоотражающей пленкой. На месте, где стоял спутниковый конвертер, следует оборудовать варочное место, куда устанавливается или подвешивается посуда для приготовления или разогрева пищи. Для обеспечения максимальной температуры следует, каждые пол часа, двигать антенну, тем самым сохраняя максимальный тепловой фокус на объекте подогрева. Второй вид – из линзы Френеля. С помощью нее получают дистиллированную или пресную воду. Применяют в тех районах, где есть недостаток пресной воды или на морском побережье. В эпицентре луча температура может достигать 1000°С, что является опасностью для получения термических ожогов. Поэтому пользоваться нужно с особой осторожностью.

Основа конструкции – линза Френеля. Раньше применяли при производстве телевизоров, можно достать её оттуда или просто приобрести. Именно в линзе будет состоять цена вопроса изготовления печи. Изготовление состоит в сооружение рамы под имеющуюся линзу как показано ниже на иллюстрации.

Третий вид из картона. Аналогичен первому рассмотренному, только антенна изготовляется из картона. Вырезается основа, сворачивается в параболическую тарелку. На внутреннюю чашку наклеивается отражающий слой алюминиевой фольги.

В качестве примера рассмотрим отражатель с фокусным расстоянием 130 мм и диаметром 800 мм. Размер при необходимости масштабируется. Потребуется лист размером: метр на метр. Он может быть цельным или составным из двух или четырёх кусков. Рисуем четыре концентрических окружности с радиусами, показанными в таблице. Делим их на 8 равномерно расположенных диаметров (на 22,5°). Каждый состоит из 16 одинаковых секторов.

На каждом симметрично отмечается дуга, длина которой показана ниже в таблице. Эти значения – полная длинна дуги, включая обе стороны деления. Каждая дуга проходит на очень малом угле (меньше 5°) она практически неотличима от соответствующего шнура.

Следует соединить, приблизительно вдоль радиального направления, конечные точки только что обозначенных дуг. Требуется отрезать площадь за пределами самой большой окружности. Клины, обозначенные соединениями на рисунке ниже, не будут собирать лучи. Они будут либо удалены, либо использованы в качестве полей для соединения соседних весел. Разрезать радиальные соединения спешить не надо, инструкция будет дана позже.

Вёсла согнуты над кругами, нарисованными ранее, для создания граней. Кружки показаны пунктирными линиями на рисунке выше. Сделать изгиб по дуге непросто, если листовой материал не очень тонкий и эластичный.

Сборка

Лист состоит из частей, соединённых по кругу. Лучший способ – дублировать его на одной части. Нужно прикрепить каждую часть рефлектора поверх дубликата.

После изгиба лопасти перекрываются так, чтобы одна находилась выше или ниже обоих соседей. Важно, чтобы весло имело два поля, по одному с каждой стороны. Лопатки с полями и без них чередуются по окружности: рисунок ниже. Вёсла с полями будут ниже весла без полей.

Так как лопасти являются плоскими, происходит переход между ними и перекрывающимися областями. Чтобы избежать помех в переходной зоне, предусмотрите некоторый зазор между смежными лопастями. Дополнительную ширину можно срезать лопастями с полями или без них, смотрите рисунок выше.

Отверстие диаметром около 5 мм просверлите на кончике каждого клина. Эти отверстия слишком малы, чтобы они были показаны на рисунке выше. Они облегчат резку.

Вёсла соединяйте вместе разными средствами: скобами, гвоздями, клеем, шитьем или иначе. Оптимальное решение зависит от листового материала и доступности по цене крепежа.

В редком случае, когда плоский лист очень толстый, лопасти могут упираться друг в друга. В этом случае нет никаких гарантий. Нужно предусмотреть некоторый зазор для клея. В дополнение: нанесённые в зазор клейкие ленты также можно наносить на внутреннюю и внешнюю поверхности, чтобы удерживать лопасти вместе. Ленты, нанесённые на поверхность нужны очень тонкие, чтобы не искажать отражающую поверхность.

Энергия солнечного света. Следует прикреплять одну лопасть за раз, по или против часовой стрелки. Сначала присоединив каждую лопасть из внешней секции. Аналогично продолжая движение внутрь. Перед началом работы над другим веслом требуется прикрепить все секции весла.

Отражательная плёнка применяется после того, как параболический отражатель примет форму. Алюминиевая фольга для обычного использования идеальна на кухне. Более толстая (более тяжелая) пленка будет более долговечной. Алюминиевая пластиковая пленка, используемая в пакетах для продуктов питания и напитков, или подарочная упаковка, приемлема, но немного менее эффективна и заметно менее прочная, чем алюминиевая фольга.

Обычно фольга приклеивается к отражателю. Клей нужно использовать на водной основе. Сюда относится клей из муки, риса или крахмала. Чтобы избежать появления морщин на пленке, пользуйтесь тонким, нетекучим клеем.

Легче склеивать фольгу на плоском листе, чем на параболическом блюде. Однако, если лист очень тонкий, процесс изгиба листа будет создавать морщины на покрытии. Поэтому лучше всего приклеивать ее после изготовления картонной тарелки. Листовой материал, который расширяется и значительно сокращается при влажности и температуре, также имеет тенденцию создавать морщины на пленке. Поэтому картон не является идеальным листовым материалом. Морщины снижают эффективность. Они также сокращают срок службы отражающего покрытия.

Сначала фольгу нужно нарезать на трапеции. Два одинаковых трапеции могут быть вырезаны из прямоугольника с очень небольшим количеством отходов (рисунок ниже). Сначала попробуйте использовать газету для определения оптимальной ширины, длины и наклона, так как это зависит от формы и размера вашей фольги. Короткие слоты могут быть разрезаны по краям трапеции, так что она может накладываться без морщин. Трапеции полностью покрывают все грани, за исключением того, что круг будет покрыт фольгой в конце.

На рисунках показано: а) вырезание двух трапециевидных частей из прямоугольной; б) сокращение коротких слотов вдоль краёв каждого клина

Тщательно покрываем поверхность весла клеем. Однако не стоит им злоупотреблять, если листовой материал (например, картон) может набухать во влажном состоянии. Для того, чтобы избежать появления пузырьков, сначала нужно прицепить небольшую часть фольги на весло. Держите большую часть пленки в воздухе, без клея. Медленно растягивая захваченную область, нажимаем на нее. Фольгу прикрепляется около ее центральной линии (вдоль ее длины). Будет очевидно, насколько она изгибается и перекрывается вблизи ее краев. Норма, если избыточный клей будет выходить на отражающую поверхность, он сотрется позже.

Когда отражающая поверхность покрыта отражателем, аккуратно следует протереть ее влажной чистой тканью. Вытирание удаляет излишки клея, выравнивает приклеенную пленку. Нужно дать клею высохнуть, это может занять несколько дней, если листовой материал проницаем для воды. Затем повторно требуется протереть влажной чистой тканью, чтобы удалить оставшийся клей и размазать.

Готовое изделие устанавливаем на поворотную опору, над фокусом солнечной энергии изготавливаем конструкцию держатель для варочной посуды.

Еще один пример использования солнечной энергии для приготовления пищи. На этот раз автор решил сделать солнечную печь деревянной конструкции, чтобы ощутить всю выгоду использования бесплатной солнечной энергии.
При качественной сборке печь подобной конструкции сможет прослужить долгие годы для приготовления пищи на солнце.

1) деревянные брусья
2) влагостойкая фанера толщиной 20 мм
3) тонкие листы алюминия
4) металлические штыри
5) колесики
6) антисептик
7) краска

Рассмотрим основные особенности конструкции солнечной печи и этапы ее сборки.

Главным преимуществом печи подобной конструкции является то, что для слежения за приготовлением пищи, вовсе не нужно находится в зоне зеркал под ослепительными лучами солнца.

Корпус солнечной печи автор решил делать из древесины, так как с ней довольно легче работать, к тому же у автора уже был опыт работы с деревом. Сам корпус выполнялся из деревянных брусьев, соединив которые автор получил основной каркас солнечной печи. Данный каркас был обит влагостойкой фанерой толщиной 20 мм, хотя так же можно использовать обычные доски. Сам корпус был изготовлен по форме прямоугольного треугольника.

После этого внутреннюю часть поверхности солнечной печи автор устелил тонкими листами алюминия. Приготовление пищи будет происходить за счет передачи тепловой энергии полученной данными листами металла, которые будут нагреваться под лучами солнца.

Затем автор приступил к сборке солнечной печи, точнее ее основной камеры для приготовления пищи. Для этого все стенки обитые листами тонкого алюминия были соединены таким образом, чтобы все внутренне пространство было обито металлом.

Как видно из картинок, сзади остается небольшое отверстие, которое послужит дверцей. То есть укладка пищи и слежение за ее приготовлением, будет осуществляться через эту дверцу расположенную на задней стенке печи. Таким образом вы будете защищены от прямых солнечных лучей.

Данную дверцу автор решил закрепить при помощи обычных дверных петель. Благодаря этому будет довольно легко и удобно открывать ее для демонстрации состояния пищи, и закрывать обратно если еда еще не приготовилась.

Важным фактором эффективной работы подобной солнечной печи является то, чтобы она была постоянно повернута своей лицевой частью под прямые лучи солнца. Это позволит металлическим листам быстрее нагреваться.

Далее полученную камеру для приготовления пищи автор накрыл стеклом и герметизировал. На данном этапе сборки важно проследить, чтобы внутри камеры приготовления отсутствовали какие-либо цели или отверстия, через которые сможет уходит горячий воздух. В случае обнаружения подобных щелей, их стоит обязательно устранить, так как это может серьезно отразиться на эффективности печи и температуре внутри камеры приготовления.

Для того, чтобы печь находилась не на земле, а на удобном уровне высоты, автор сделал ножки из деревянных брусьев.

Так как печь необходимо поворачивать к солнцу по мере его перемещения, то к брусьям были приделаны небольшие колеса, что существенно облегчило задачу передвижения печи.

Чтобы еще сильнее повысить эффективность и мощность данной печки, автор сделал дополнительные отражатели. Такие отражатели можно изготовить из зеркал, полированного алюминия или полированной нержавеющей стали. В данном случае автор решил сделать отражатели таким же образом, как и внутренние стенки камеры приготовления печи. то есть листы фанеры были обиты тонким алюминием с одной стороны. После этого отражатели были закреплены по всем сторонам печи, это отлично видно на картинке.

Если вы не хотите, чтобы печь при хранении занимала очень много места, то резонно сделать отражатели съемными, или как сделал автор - складывающимися. Для этого размер отражателей был подогнан под нужные рамки, а так как они получились довольно толстыми 10-20 мм, то их крепления были сделаны на разной высоте, таким образом учитывалась толщина при складывании.

Фиксировать отражатели в рабочем положении автор предпочел при помощи подпорок сделанных из металла.
Так как внешняя поверхность солнечной печи из фанеры, которая ничем не закрыта, то для защиты от внешних воздействий автор решил покрыть ее антисептиком. После чего она была покрыта защитным слоем краски.

Для того чтобы иметь данные о температуре внутри печи автор установил термометр на тыльной стороне. В итоге получилась отличная печь для приготовления пищи при помощи солнечной энергии.

Эта солнечная печь создана из материалов легко доступных, и при этом не слишком дорогих. Большая часть примененных материалов представляла собой вторичное сырье. Мы пользуемся ею в Венгрии, в летнее время, в солнечные и сухие дни. Температура воздуха обычно 30-35 градусов Цельсия, но некоторые блюда она может готовить и при более низких температурах. До тех пор, пока солнечно на улице!

Это не первая солнечная печь, которую мы построили. Первая была сделана из строительного картона, и мы ею пользовались около четырех сезонов. Она работала практически так же хорошо, как эта, но нынешняя несколько более надежна и удобна в использовании. У меня нету изображений конструкции этой печи, но я не считаю, что это важно. Я объясню, как ее построить и какие материалы я применил, но, полагаю, возможны разные варианты конструкции, и я скажу, что считаю важным для того, чтобы эта вещь работала.

В жаркий солнечный день температура в этой печи может достигать 120 градусов Цельсия. Мы использовали печь, чтобы готовить многие блюда, такие, как макароны, рис, соус для макарон, суп, колбасу, цыплят, овощи, фарш, кексы и прочее. Это удобно, так как не требует больших усилий, чтобы таким образом готовить пищу. И еще более важно, конечно – что очень здорово готовить еду только на чистой солнечной энергии!

Прошу иметь в виду, что некоторые изображения в данной инструкции относятся к картонной версии. У меня не очень много изображений усовершенствованного варианта, и старая версия демонстрирует принципы так же хорошо, как и новая.

Шаг 1: Термоизолирующий короб.

Одна из важнейших частей, необходимых для постройки данной печи (если не самая важная) – это короб с хорошей теплоизоляцией. Он не обязательно должен иметь крышку (верх). В нашем случае мы использовали пенопластовый ящик, применявшийся ранее для перевозки сухого льда, и он оказался очень подходящим. Вы, разумеется, можете применить другую пенопластовую коробку, если сможете ее найти, если же нет — можете приобрести пенопласт или другой аналогичный материал в вашем местном строймаркете, и сделать короб из него. Важным я считаю, чтобы короб был не слишком высоким, поскольку будет сложно отражать солнечные лучи так, чтобы они достигали вашей варочной посуды на дне.

Шаг 2: Внешний короб.

Пенопластовый ящик может быть не очень прочным, следовательно, разумно заключить его в корпус. Для него мы применили древесностружечные плиты, оставшиеся от строительства (не знаю, как они называются по-английски, вероятно, какой-то вид «древесины», наши плиты были довольно водоупорны), и построили вполне красивый и прочный корпус. Я даже снабдил его ручками от старого кухонного шкафа, чтобы легче переносить всю печь. У нас она обычно неподвижна, но вы можете подумать о том, чтобы добавить колеса.

Шаг 3: Стеклянная крышка для изолирующего короба.

Чтобы закрывать изолирующий короб, вам понадобится что-то, пропускающее внутрь свет. Я полагаю, подойдет любая прозрачная пластина. В моем случае к пенопластовому ящику действительно хорошо подошла рамка для плакатов. Ее даже не обязательно к чему-то крепить, можно просто положить сверху.

Шаг 4: Клапаны.

Чтобы добиться отражения солнечных лучей внутрь короба, вам необходимы клапаны. Наиболее важным из них является задний. Боковые играют не такую важную роль, но я полагаю, что они полезны для предотвращения конвективной утечки тепла из печи. Размер боковых клапанов не очень важен. В моем случае он таков, что они точно сходятся поверх короба, когда он закрыт. Это достаточно много. При закрытии каждый боковой клапан перекрывает половину, как видно на картинках к Шагу 3.

Вам также понадобится что-то, что действовало бы как шарнир. Я взял резиновую трубку и разрезал ее вдоль, а затем прикрепил к корпусу и клапану, как можно видеть на картинке. Это работает неплохо, но, конечно, возможны другие способы это сделать. Далее вам понадобится то, что будет удерживать клапаны под нужным углом. У меня нашлось несколько приспособлений, которые держат открытыми окна, и я установил их на корпус и задний клапан, как это также можно видеть на картинке. Они прекрасно работают, и я доволен, что не пришлось покупать что-то еще для этой задачи. Боковые клапаны попросту опираются на стороны заднего.

Шаг 5: Отражающий материал.

Деревянная поверхность сама по себе недостаточно отражает солнечные лучи, так что вам понадобится покрыть клапаны отражающим материалом. Я просто оклеил их алюминиевой фольгой, и это работает прекрасно. Убедитесь, то перед вами сияющая поверхность. Алюминиевая фольга склонна легко рваться при касании, этот риск можно уменьшить, взяв более толстую фольгу или вообще что-то другое. У меня есть серебристая лента, которую применяли под напольным ламинатом (для закрепления теплоизоляции), и ее я наклеивал везде, где фольга была повреждена, а также чтобы склеивать разные листы фольги, так как ее рулоны были недостаточно широки, чтобы покрыть весь клапан за раз.

Далее я покрыл внутренность короба отражающей термоизоляцией, которая обычно применяется позади радиаторов отопления. Это не должно позволять пенопластовому коробу плавиться, что может произойти из-за излучения тепла от вашей варочной посуды. Но само по себе это недостаточно, так что рекомендую проложить еще что-то между дном и посудой, что также полезно, если у вас нет покрытия вроде примененного мной. Например, кусок гипсокартона, обернутый алюминиевой фольгой, может быть такой хитростью.

Теперь убедитесь, что вы установили задний клапан именно так, что отраженный свет падает на ваш горшок, кастрюлю или то, что вы хотите нагреть.

Шаг 6: Черные горшки и кастрюли

Чтобы быть уверенным, что посуда, в которой вы готовите, поглощает из печи максимум возможной теплоты, убедитесь, что она черная. У нас также есть большая черная кастрюля, которая отлично подходит, и металлическая форма, в которой можно испечь12 кексов.

На самом деле, просто убедитесь, что посуда черная, и используйте подставку, чтобы предотвратить соприкосновение горячей посуды с дном печи.

Шаг 7: Приготовление пищи.

Теперь пора что-нибудь приготовить. Как говорилось раньше, вы можете готовить многие блюда в этой печи, просто начинайте и экспериментируйте, это на самом деле увлекательно.

Просто чтобы привести несколько примеров – мы варим макароны и рис в этой печи. Вы можете это сделать даже в более позднее время дня, и это займет не больше времени, чем в самое жаркое. И даже если это будет немного дольше, вам не обязательно стоять у печи – оно не сбежит и не выкипит. Мы обнаружили, что бурый рис сложно варить в этой печи, потому что его внешняя оболочка не размягчается, как надо. Мясо в нашей печи готовится прекрасно, так же, как и многие соусы, которые вы могли бы приготовить. Овощи также варятся хорошо.

Мы также применяли ее для выпекания кексов. Для такого вида работы важно начать пораньше, так, чтобы они были уже в печи в самое жаркое время – обычно между 13-ю и 15-ю часами, смотря по тому, где вы живете. Кексы требуют высокой температуры для выпечки.

Итак, все, что вам нужно, чтобы приготовить пищу – это понемногу поворачивать солнечную печь примерно каждые полчаса, так, чтобы она оставалась нацелена на солнце. Возможно, вы даже сможете создать систему, которая будет автоматически поворачивать печь за солнцем… При этом не пытайтесь мешать или переворачивать еду все снова и снова, а также не снимайте стекло слишком часто, так как иначе потеряете жар. Дайте, наконец, ей время. Готовка не будет слишком долгой, хотя она и не идет так быстро, как на обычной плите. Хорошо в этом то, что вам не нужно делать много – просто не забудьте вовремя вынуть блюдо.

Шаг 8: Заключительные заметки.

Итак, теперь вы знаете, что мне понадобилось, чтобы создать эту солнечную печь. Она, конечно, может быть и более крупной, или более простой. Как говорилось выше, моя первая версия была просто картонной коробкой, с которой я отрезал одну из крышек и покрыл остальные алюминиевой фольгой. Внутри нее помещался пенопластовый ящик, подходящий по размеру, и имевший сверху рамку со стеклянной крышкой. Клапаны держались вертикально с помощью палочек. Вы можете видеть эту версию на некоторых картинках. Просто посмотрите, что можно сделать без применения слишком многих новых материалов, в противоположность основной идее надежности..

Уже наступило лето и совсем скоро яркое солнце будет жарить вовсю! Самое время вспомнить науку и использовать солнечную энергию себе на благо. Одно из таких применений - это солнечная кухня.

Многие развивающиеся страны, уже не одну сотню лет варят каши без огня: первая известная солнечная печь была сделана швейцарцем по имени Хорас де Соссьюр еще в 1767 году (около 250 лет назад)! [на картинке не она]

То есть м ожно приготовить пищу не сжигая топливо и без электрической энергии, а используя только солнечное излучение.

Для этого нужно сконцентрировать лучи солнца, т.е. собрать их все вместе в одну точку, усилив тем самым их действие во много раз. Эту задачу выполняют так называемые оптические концентраторы, которые представляют из себя вогнутую зеркальную поверхность.

В этой статье мы расскажем о двух конструкциях солнечной печки из легкодоступных материалов, а именно из картона и алюминиевой пищевой фольги.

В основном, в мире, при использовании подобных конструкций, основной упор делается на приготовлении пищи, либо обеззараживания воды без использования огня. Сейчас солнечные кухни используются от жарких пустынь Африки до лесов Канады. В Республике Беларусь такие кухни могут реально работать примерно 5-6 месяцев в году (пока ярко светит солнце).

Модель 1. Солнечная кухня «Параболическая тарелка»

Эта конструкция представляет собой обычное вогнутое зеркало, собирающее лучи в своём фокусе. Совсем необязательно добиваться идеальной геометрии такого зеркала, т.к. в фокусе обычно расположена весьма большая по площади кастрюля.

Особенность таких кухонь является большая температура нагрева "цели". Т.е. её удобно использовать, когда нужно быстро, как на обычной плите, приготовить относительно небольшое количество пищи.

Недостатками такой конструкции являются: необходимость следить за солнцем (приходится поворачивать зеркало примерно раз в полчаса), и возможность получения ожогов глаз и рук при неосторожном обращении.

Несмотря на кажущуюся сложность изготовления отражателя, он также весьма прост и может быть изготовлен из картона и фольги. Пример и последовательность сборки одного из вариантов, показаны на рисунках ниже.

Рисунок 1. Общий вид параболического зеркала печки.

Рисунок 2. Раскройка одного из лепестков. Всего 12 шт.

1) Лепестки из картона вначале соединяют по длинной стороне.
2) Затем соединяют внутреннюю часть полученной тарелки-концентратора в кольцо и обклеивают фольгой изнутри.

3) Стягивают проволокой или веревкой основание.

4) Вот, что получается в результате (вид снаружи и изнутри).

Для этого проделываем 4 отверстия в нижней части нашей печки. В эти отверстия насквозь вставляем палочки 35 см в длину.

Затем наклеиваем сверху вставленных палочек кусочки картона для дополнительной жесткости. Также неплохо бы закрутить на концах палочек резинку или проволоку, чтобы палочки не выскочили.

Затем прикручиваем еще две палочки изнутри поперек при помощи проволоки. Получилась подставка для кастрюли.

Наша солнечная кухня готова! Можно приступать к тестированию.

Модель 2. Панельная модель солнечной кухни

Вот такую солнечную печку продают в магазине за 86 $.

Мы же расскажем как сделать такую печку самому затратив не более 2 $.

Панельная схема солнечной печи является наиболее простой по конструкции, и представляет собой зеркало-концентратор, состоящее из нескольких плоских зеркал-панелей и кастрюли, которая теплоизолирована от окружающего воздуха обычным полиэтиленовым пакетом.

Ниже дана выкройка одной из реальных отработанных конструкций подобных печей. Напомню, в качестве зеркала используется обычный картон с наклеенной на одну его сторону алюминиевой фольгой.

Выкройка зеркала для панельной солнечной печи.

Особенностью данной конструкции, является возможность её складывания в компактный блок размерами, примерно, 33х33 см.

Схема складывания.

А вот как печка выглядит в готовом виде.

Бонус: Подробная видео-инструкция создания солнечной печи

Экология потребления.Наука и техника:Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства.

Успешное использование солнечных печей (плит) отмечалось в Европе и Индии уже в 18-м веке. Солнечные плиты и духовые шкафы поглощают солнечную энергию, превращая ее в тепло, которое накапливается внутри замкнутого пространства. Поглощенное тепло используется для варки, жарки и выпечки. Температура в солнечной печи может достигать 200 градусов Цельсия.

Ящичные солнечные печи

Ящичные солнечные печи состоят из хорошо изолированной коробки, окрашенной внутри в черный цвет, в которую помещают черные кастрюли с едой. Коробка накрывается двухслойным "окном", которое пропускает солнечное излучение в ящик и удерживает тепло внутри. Вдобавок к нему крепится крышка с зеркалом на внутренней стороне, которая, будучи откинутой, усиливает падающее излучение, а в закрытом виде улучшает теплоизоляцию печи.

Основные преимущества ящичных солнечных печей:

• Используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение.
• В них можно нагревать одновременно несколько кастрюль.
• Они легки, портативны и просты в обращении.
• Им не нужно поворачиваться вслед за Солнцем.
• Умеренные температуры делают помешивание не обязательным.
• Еда остается теплой целый день.
• Их легко изготовить и отремонтировать, используя местные материалы.
• Они относительно недороги (по сравнению с другими типами солнечных печей).

Присущи им, конечно, и некоторые недостатки:

• С их помощью можно готовить только в дневное время.
• Из-за умеренной температуры на приготовление пищи требуется продолжительное время.
• Стеклянная крышка приводит к значительным потерям тепла.
• Такие печи "не умеют" жарить.

Благодаря своим преимуществам, солнечные печи-ящики являются наиболее распространенным видом солнечных печей. Они бывают разных видов: промышленного производства, кустарные и самодельные; формой могут напоминать плоский чемоданчик или широкий низкий ящик. Бывают и стационарные печи, сделанные из глины, с горизонтально расположенной крышкой (в тропических и субтропических районах) или наклонной (в умеренном климате). Для семьи из пяти человек рекомендуются стандартные модели с площадью апертуры (входной площади) около 0,25 м2. В продаже встречаются и более крупные варианты печей -- 1 м2 и более.

Так как тепло, поглощенное внутренней поверхностью коробки, должно передаваться кастрюлям, лучший материал для коробки - алюминий, обладающий высокой теплопроводностью. К тому же, алюминий не подвержен коррозии. Например, стальной ящик, даже с гальваническим покрытием, не может долго противостоять горячей и влажной среде внутри печи в процессе приготовления пищи. Листовая же медь слишком дорога.

Снаружи коробки нельзя прикреплять металлические детали, которые могут создать тепловые мостики. Теплоизоляционным материалом может служить стекло, синтетическая вата или какой-нибудь природный материал (шелуха арахиса, кокосовых орехов, риса, кукурузы и т. д.). Какой бы материал ни использовался, он должен оставаться сухим.

Крышка печи может состоять из одного или двух стекол с воздушной прослойкой. Расстояние между двумя слоями стекла обычно составляет 10-20 мм. Исследования показали, что использование прозрачного материала с ячеистой структурой, который делит внутреннее пространство на маленькие вертикальные ячейки, может существенно уменьшить теплопотери печи, таким образом увеличивая ее эффективность. Внутреннее стекло подвергается термическому воздействию, поэтому часто используется закаленное стекло; или же оба слоя могут состоять из обычного стекла толщиной около 3 мм.

Внешняя крышка солнечной печи является отражателем, который усиливает падающее излучение. Отражающей поверхностью может служить обычное стеклянное зеркало, пластмассовый лист с отражающим покрытием или небьющееся металлическое зеркало. В крайнем случае, можно использовать фольгу от сигаретных пачек.

Внешняя коробка солнечной печи может быть изготовлена из дерева, стеклопластика или металла. Стеклопластик легок, недорог и водостоек, но не очень долговечен в условиях непрерывного использования. Древесина прочнее, но тяжелее и более подвержена порче из-за влажности. Алюминиевые листы в сочетании с деревянными креплениями образуют наиболее качественную поверхность, устойчивую к механическим воздействиям, перепадам температуры и влажности. Армированная алюминием деревянная коробка наиболее прочная, но она стоит дороже и достаточно тяжелая, к тому же ее изготовление требует времени.

Производительность стандартной солнечной печи с площадью апертуры 0.25 м2 достигает около 4 кг пищи в день, т.е. достаточна для семьи из пяти человек.

Пиковая температура внутри солнечной печи может достигать более 150 оC в солнечный день в тропиках; это примерно на 120 оC выше температуры окружающего воздуха. Так как вода, содержащаяся в продуктах питания, не нагревается выше 100 оC, то температура внутри наполненной печи всегда будет соответственно ниже.

Температура в солнечной печи резко понижается, когда в нее помещают посуду с пищей. Важно и то, что температура остается значительно ниже 100 оC большую часть времени приготовления. Но температура кипения 100 оC не нужна для приготовления большинства овощей и каш.

Среднее время приготовления пищи в солнечной печи составляет 1-3 часа в хороших солнечных условиях и умеренной загрузки. Использование тонкостенных алюминиевых кастрюль значительно сокращает время приготовления по сравнению с посудой из нержавеющей стали. Кроме того, влияют и такие факторы:

• Время приготовления сокращается в условиях большой освещенности, и наоборот.
• Высокая температура окружающего воздуха сокращает время приготовления, и наоборот.
• Небольшой объем пищи за одно приготовление снижает время готовки - и наоборот.

Зеркальные печи (с отражтелем)

Простейшая зеркальная печь представляет собой параболический рефлектор и подставку для кастрюли, расположенную в фокусе печи. Если печь выставлена на Солнце, то солнечный свет отражается от всех рефлекторов в центральную точку (фокус), нагревая кастрюлю. Рефлектор может представлять собой параболоид, изготовленный, например, из листовой стали или отражающей фольги. Отражающая поверхность обычно изготовлена из полированного алюминия, зеркального металла или пластика, но может состоять также из множества маленьких плоских зеркал, прикрепленных к внутренней поверхности параболоида. В зависимости от нужного фокусного расстояния, рефлектор может иметь форму глубокой миски, в которую полностью погружается кастрюля с едой (короткое фокусное расстояние, посуда защищена от ветра) или мелкой тарелки, если кастрюля устанавливается в фокусной точке на определенном расстоянии от рефлектора.

Все печи-отражатели используют только прямое солнечное излучение, и поэтому должны постоянно поворачиваться за Солнцем. Это усложняет их эксплуатацию, так как ставит пользователя в зависимость от погоды и регулирующего устройства.

Преимущества зеркальных печей:

• Способность достигать высоких температур и, соответственно, быстрое приготовление пищи.
• Относительно недорогие модели.
• Некоторые из них могут служить также для выпечки.

Перечисленным достоинствам сопутствуют и некоторые недостатки:

• В зависимости от фокусного расстояния, печь должна поворачиваться за Солнцем примерно каждые 15 минут.
• Используется только прямое излучение, а рассеянный солнечный свет теряется.
• Даже при небольшой облачности возможны большие потери тепла.
• Обращение с такой печью требует определенного навыка и понимания принципов ее действия.
• Отраженное рефлектором излучение очень ярко, слепит глаза, и может привести к получению ожога при контакте с фокальным пятном.
• Приготовление пищи ограничивается дневными часами.
• Повару приходится работать на жарком солнце (за исключением печей с фиксированной фокусировкой).
• Эффективность печи в большой степени зависит от изменяющейся силы и направления ветра.
• Блюдо, приготовленное днем, к вечеру остывает.

Сложность обращения с этими печами в сочетании с тем фактом, что повар вынужден стоять на Солнце, является главной причиной их невысокой популярности. Но в Китае, где приготовление еды традиционно требует высокой температуры и мощности, они широко распространены.

Тепловая мощность

Тепловая мощность солнечной печи определяется количеством солнечной радиации, рабочей поглощающей поверхностью печи (обычно между 0,25 м2 и 2 м2) и ее термическим КПД (обычно 20-50%). В таблице сравниваются типичные значения площади, эффективности и мощности для ящичной печи и печи-отражателя.

Стандартные значения площади, эффективности и производительности ящичной печи и печи-отражателя

Как правило, печи-рефлекторы имеют гораздо большую рабочую поверхность, чем ящичные. Следовательно, они намного мощнее, на них можно кипятить больше воды, готовить больше еды, или обрабатывать сопоставимые количества за меньший промежуток времени. С другой стороны, их тепловая эффективность ниже, потому что посуда остывает под воздействием атмосферы.

В тропических и субтропических странах можно рассчитывать на ясную погоду и нормальную ежедневную освещенность почти круглый год. Около полудня, когда суммарная солнечная освещенность достигает 1000 Вт/м2, вполне реально рассчитывать на тепловую мощность в 50-350 Вт, в зависимости от типа и размера плиты. Количество излучения утром и в дневные часы, естественно, ниже и не может полностью компенсироваться системой слежения за Солнцем.

Для сравнения: сжигание 1 кг сухой древесины производит приблизительно 5000 Вт, помноженные на термический КПД плиты (15 % для примитивного очага и 25-30 % для улучшенной кухонной плиты, используемой в развивающихся странах). Тепловая мощность, фактически достигающая посуды, составляет, таким образом, 750-1500 Вт.

Количество солнечной радиации резко снижается при облачности и в сезон дождей. В условиях нехватки прямого излучения солнечная печь непригодна ни для чего, кроме хранения готовой еды в теплом виде. Слабым местом солнечных печей (независимо от их типа) является то, что в облачные и дождливые дни (2-4 месяца в год для большинства развивающихся стран) пищу приходится готовить при помощи обычных средств: на дровах, газовой или керосиновой горелке.

Солнечное излучение и печи

Главной предпосылкой успешного использования солнечной печи является адекватная освещенность с небольшим числом облачных дней в течение года. Продолжительность и интенсивность солнечного излучения должны позволять использование солнечной печи в течение длительных периодов. В то время как в Центральной Европе приготовление пищи с использованием солнечной энергии возможно в солнечный летний день, для солнечной печи желательно минимальное количество солнечной энергии 1500 кВт·ч/м2 в год (что соответствует средней ежедневной инсоляции 4 кВт·ч/м2). Но среднегодовые показатели могут иногда вводить в заблуждение. Существенное условие для пригодности солнечной печи - это стабильная летняя погода, то есть регулярные, предсказуемые периоды безоблачных дней.

Ресурсы солнечной энергии в разных странах существенно отличаются даже в пределах тропического пояса в странах третьего мира. К примеру, солнечное излучение в большинстве регионов Индии считается очень хорошим с точки зрения использования солнечной энергии. Среднее количество солнечной энергии составляет от 5 до 7 кВт·ч/м2 в день в зависимости от региона. На большей части территории страны освещенность достигает минимума в течение сезона дождей и почти так же мала в течение декабря и января.

Климат и солнечный потенциал Кении благоприятны для использования солнечных печей. Кения расположена близко к экватору и поэтому имеет тропический климат. В столице страны Найроби количество солнечной энергии составляет от 3,5 кВт·ч/м2 в день в июле до 6,5 кВт·ч/м2 в день в феврале, а в других областях остается практически неизменной (6,0 - 6,5 кВт·ч/м2 в день в провинции Лодвар). Солнечная радиация в Найроби позволяет готовить пищу с помощью солнечной энергии девять месяцев в году (кроме июня-августа). С другой стороны, в облачные или туманные дни приходится полагаться на традиционные виды топлива. Однако, в провинции Лодвар солнечными печами можно пользоваться круглый год.

Солнечные печи для развивающихся стран

Цель использования солнечных печей, несомненно, заключается в экономии энергии в условиях двойного энергетического кризиса: кризис бедных слоев населения, заключающийся в возрастающей нехватке дров, и кризис национальной энергетики - возрастающее давление на ее платежный баланс.

По сравнению с другими странами, развивающиеся страны потребляют очень мало энергии. К примеру, норма потребления энергии на душу населения в Индии в 1982 году - 7325 ГДж - была одной из наименьших в мире. Но уровень потребления энергии этой страны растет почти в два раза быстрее, чем ее валовой национальный продукт. То же самое происходит и в других развивающихся странах.

Большинство жителей развивающихся стран получает основную часть потребляемой ими энергии из некоммерческих источников: из традиционных местных ресурсов энергии, за счет своего физического труда. Они просто не могут позволить себе купить нужное количество коммерчески производимой энергии.

Логическое следствие этого - относительная нехватка топлива для бедных слоев населения, чей уровень жизни в результате еще далее ухудшается. Солнечные печи - это шаг на пути к улучшению условий их жизни.

Из всего "бедного большинства" жителей стран третьего мира, солнечные печи должны в первую очередь использоваться сельским населением.

Сколько нужно энергии для приготовления пищи

Ежедневная потребность в топливе зависит от того, какая пища готовится и от ее количества. Житель развивающейся страны сжигает, в среднем, 1 тонну дров в год. Типичной индийской семье нужны 3-7 кг дров в день; в более прохладных регионах ежедневное количество дров для одной семьи составляет почти 20 кг зимой и 14 кг летом. На юге Мали среднестатистическая семья (состоящая из 15 человек) сжигает около 15 кг дров в день. Исследование, проведенное в лагере афганских беженцев в Пакистане, показало, что ежедневная потребность в дровах там составляет до 19 кг на семью. Более половины дров в типичном домашнем хозяйстве уходит на выпечку хлеба, остальные - на приготовление другой пищи. Зимой, естественно, дров требуется больше.

Несмотря на то, что количество энергии, необходимое для приготовления пищи, является разным, солнечные печи дают значительную экономию энергии. Первоочередная задача солнечных печей - снижение потребности в дровах, которые до сих пор являются важнейшим топливом для приготовления пищи. Проблема заключается в том, что древесина недорога по сравнению с керосином, баллонным газом и электричеством. Возрастающая неконтролируемая вырубка деревьев для собственных нужд и на продажу является основной причиной исчезновения лесов, расширения пустынь, эрозии почвы, снижения уровня подземных вод, и оказывает долгосрочное неблагоприятное воздействие на экологический баланс. Скудные остатки лесов в Пакистане и безудержная вырубка лесов в Кении служат доказательством того, что страхи по этому поводу не преувеличены.

В целом, солнечные печи вряд ли могут внести большой вклад в национальную энергетику. Однако они могут весьма существенно улучшить условия жизни бедняков, помочь им преодолеть личный энергетический кризис.

Солнечные печи бывают разных форм и размеров. Приведем несколько примеров: духовой шкаф, печь-концентратор, рефлектор, солнечный пароварочный аппарат и т.д. При всем разнообразии моделей, все печи улавливают тепло и удерживают его в теплоизолированной камере. В большинстве моделей солнечный свет непосредственно воздействует на пищу.