Solar spis - Solar cooker

En solkokare är en apparat som använder energin från direkt solljus för att värma, laga eller pastörisera dryck och andra livsmedelsmaterial. Många solkokare som används för närvarande är relativt billiga, lågteknologiska enheter, även om vissa är lika kraftfulla eller så dyra som traditionella spisar, och avancerade, storskaliga solkokare kan laga mat för hundratals människor. Eftersom de inte använder bränsle och kostar ingenting att driva, marknadsför många ideella organisationer sin användning över hela världen för att minska bränslekostnader och luftföroreningar, och för att bromsa avskogning och ökenspridning .

Historia

Den första akademiska beskrivningen av principerna för en solkokare är av den schweiziska geologen, meteorologen, fysikern, bergsklättraren och alpinutforskaren Horace-Bénédict de Saussure , 1767 . Principen för att laga mat från solen utvecklades till stor del i den franska främlingslegionen på 1870 -talet.

Arbetsprinciper

1) Koncentrerande solljus: En speglad yta med hög spegelreflektion används för att koncentrera ljuset från solen till ett litet kokområde. Beroende på ytans geometri kan solljuset koncentreras av flera storleksordningar och ge temperaturer som är tillräckligt höga för att smälta salt och metall. För de flesta hushållsapparater för soltillagning krävs verkligen inte sådana höga temperaturer. Produkter med solenergi är vanligtvis utformade för att uppnå temperaturer på 65 ° C (150 ° F) (bakningstemperaturer) till 400 ° C (750 ° F) (grill-/bränningstemperaturer) på en solig dag.

2) Konvertera ljusenergi till värmeenergi: Solspisar koncentrerar solljuset på en mottagare, t.ex. en kastrull. Interaktionen mellan ljusenergin och mottagarmaterialet omvandlar ljus till värme och detta kallas ledning. Denna omvandling maximeras genom att använda material som leder och behåller värme. Grytor och kokkärl som används på solspisar ska ha matt svart färg för att maximera absorptionen.

3) Fångstvärmeenergi: Det är viktigt att minska konvektionen genom att isolera luften inuti spisen från luften utanför spisen. Att helt enkelt använda ett glaslock på din kruka förbättrar ljusabsorptionen från toppen av pannan och ger en växthuseffekt som förbättrar värmehållningen och minimerar konvektionsförlust . Denna "inglasning" överför inkommande synligt solljus men är ogenomskinlig för att undkomma infraröd värmestrålning. I resursbegränsade inställningar kan en högtemperatur plastpåse tjäna en liknande funktion, fånga luft inuti och göra det möjligt att nå temperaturer på kalla och blåsiga dagar liknande dem som är möjliga på varma dagar. Nedan följer den grundläggande vetenskapen för solpanelskokare och solboxar. En annan stil med solspis är en parabolisk spis. De kräver vanligtvis mer frekvent omorientering mot solen, men kommer att laga mat snabbare vid högre temperaturer och kan steka mat. Evakuerade rörsolspisar använder ett högisolerat dubbelväggigt glasrör för tillagningskammaren och kräver inte stora reflektorer

Drift

Olika sorters solkokare använder något olika matlagningsmetoder, men de flesta följer samma grundläggande principer.

Mat tillagas som för en ugn eller spis. Men eftersom maten tillagas snabbare när den är i mindre bitar, skärs mat som placeras inuti en solkokare vanligtvis i mindre bitar än den annars skulle kunna vara. Till exempel skärs potatis vanligtvis i bitstora bitar snarare än rostade hela. För mycket enkel tillagning, till exempel smältning av smör eller ost, kanske det inte behövs ett lock och maten kan läggas på en otäckt plåt eller i en skål. Om flera livsmedel ska tillagas separat, läggs de i olika behållare.

Behållaren med mat placeras inuti solkokaren, som kan vara förhöjd på en tegelsten, sten, metallnät eller annan kylfläns , och solkokaren placeras i direkt solljus. Livsmedel som tillagas snabbt kan läggas till i solkokaren senare. Ris för en middag på middagen kan startas tidigt på morgonen, med grönsaker, ost eller soppa tillsatt till solkokaren mitt på morgonen. Beroende på storleken på solkokaren och antalet och mängden kokta livsmedel kan en familj använda en eller flera solkokare.

En solugn vänds mot solen och lämnas tills maten är lagad. Till skillnad från matlagning på en spis eller över en eld, vilket kan kräva mer än en timmes ständig övervakning, rörs mat i en solugn i allmänhet inte om eller vänds, både för att det är onödigt och för att öppna ugnen tillåter den instängda värmen att fly och fördröjer därmed tillagningsprocessen. Om så önskas kan solugnen kontrolleras var till varannan timme, för att vända ugnen mot solen mer exakt och för att säkerställa att skuggor från närliggande byggnader eller växter inte har blockerat solljuset. Om maten ska lämnas obevakad i många timmar under dagen, vänds solugnen ofta till den punkt där solen kommer att vara när den är som högst på himlen, istället för mot dess nuvarande position.

Tillagningstiden beror främst på vilken utrustning som används, mängden solljus vid den tidpunkten och mängden mat som behöver tillagas. Lufttemperatur, vind och latitud påverkar också prestanda. Mat lagar snabbare under de två timmarna före och efter den lokala solnedgången än den gör antingen tidigt på morgonen eller sen eftermiddag. Stora mängder mat och mat i stora bitar tar längre tid att laga. Som ett resultat kan endast allmänna siffror anges för tillagningstiden. Med en liten solpanelskokare kan det vara möjligt att smälta smör på 15 minuter, baka kakor på 2 timmar och tillaga ris för fyra personer på 4 timmar. Med en högpresterande parabolisk spis kan du kanske grilla en biff på några minuter. Beroende på lokala förhållanden och typ av solkokare kan dessa projekt dock ta hälften så lång eller dubbelt så lång tid.

Det är svårt att bränna mat i en solspis. Mat som har lagats till och med en timme längre än nödvändigt är vanligtvis inte att skilja från minimalt tillagad mat. Undantaget från denna regel är några gröna grönsaker, som snabbt ändras från en perfekt kokt ljusgrön till olivgrön , samtidigt som den behåller den önskvärda konsistensen.

För de flesta livsmedel, till exempel ris, skulle den typiska personen inte kunna berätta hur den tillagades från att titta på slutprodukten. Det finns dock vissa skillnader: Bröd och kakor bruna på toppen istället för på botten. Jämfört med att laga mat över eld har maten ingen rökig smak.

Box- och paneldesign

En lådkokare har ett transparent glas- eller plastskiva, och den kan ha ytterligare reflektorer för att koncentrera solljus i lådan. Toppen kan vanligtvis tas bort så att mörka krukor som innehåller mat kan placeras inuti. En eller flera reflektorer av blank metall eller foliefodrad material kan placeras för att studsa extra ljus in i ugnens kammare. Tillagningsbehållare och insidan av spisen ska vara mörka eller svarta. Innerväggarna ska vara reflekterande för att minska strålningsvärmeförlusten och studsa ljuset mot krukorna och den mörka botten, som är i kontakt med krukorna. Lådan ska ha isolerade sidor. Värmeisolering för solboxens spis måste kunna klara temperaturer upp till 150 ° C (300 ° F) utan att smälta eller avgasas. Skrynklig tidning, ull, trasor, torrt gräs, kartongark etc. kan användas för att isolera spisens väggar. Metall krukor och / eller botten brickor kan förmörkas antingen med platt-svart sprayfärg (en som är icke-toxiska när de värms), svart tempera färg, eller sot från en brand. Solarbox -spisen når vanligtvis en temperatur på 150 ° C (300 ° F). Det här är inte lika varmt som en vanlig ugn, men ändå tillräckligt varmt för att laga mat under en något längre tid.

Panelsolspisar är billiga solspisar som använder reflekterande paneler för att direkt solljus till en matlagningsgryta som är innesluten i en klar plastpåse.

Solar Oven vetenskapliga experiment utförs regelbundet som projekt på gymnasieskolor och högskolor, till exempel "Solar Oven Throwdown" vid University of Arizona . Dessa projekt visar att det är möjligt att både uppnå höga temperaturer, samt att förutsäga de höga temperaturerna med hjälp av matematiska modeller.

Paraboliska reflektorer

Paraboliska solkokare koncentrerar solljus till en enda punkt. När denna punkt är inriktad på botten av en gryta kan den snabbt värma grytan till mycket höga temperaturer, vilket ofta kan jämföras med de temperaturer som uppnås i gas- och kolgrillar. Dessa typer av solkokare används i stor utsträckning i flera regioner i världen, framför allt i Kina och Indien där hundratusentals familjer för närvarande använder paraboliska solkokare för att laga mat och värma vatten. Vissa paraboliska solkoksprojekt i Kina minskar mellan 1–4 ton koldioxid per år och får kolpoäng genom Clean Development Mechanism (CDM) och Gold Standard .

Vissa paraboliska spisar har avancerade material och konstruktioner som leder till solenergieffektivitet> 90%. Andra är tillräckligt stora för att mata tusentals människor varje dag, till exempel solskålen i Auroville i Indien, som gör 2 måltider per dag för 1 000 personer.

Om en reflektor är axiellt symmetrisk och formad så att dess tvärsnitt är en parabel , har den egenskapen att föra parallella ljusstrålar (t.ex. solljus) till ett punktfokus . Om symmetriaxeln är riktad mot solen får alla objekt som ligger i fokus högkoncentrerat solljus och blir därför väldigt heta. Detta är grunden för användningen av denna typ av reflektor för solkokning.

Paraboloidala reflektorer

Paraboloider är sammansatta kurvor , som är svårare att göra med enkel utrustning än enstaka kurvor . Även om paraboloidala solkokare kan laga lika bra eller bättre än en vanlig spis, är de svåra att bygga för hand. Ofta tillverkas dessa reflektorer med många små segment som alla är enstaka kurvor som tillsammans approximerar sammansatta kurvor.

Även om paraboloider är svåra att göra av platta ark av fast material, kan de göras helt enkelt genom att rotera behållare med öppen topp som innehåller vätskor. Övre ytan på en vätska som roteras med konstant hastighet runt en vertikal axel har naturligtvis formen av en paraboloid. Centrifugalkraft får material att röra sig utåt från rotationsaxeln tills en tillräckligt djup fördjupning bildas i ytan för att kraften ska kunna balanseras av tyngdkraftens utjämningseffekt. Det visar sig att depressionen är en exakt paraboloid. (Se flytande spegel teleskop .) Om materialet stelnar medan det roterar, bibehålls den paraboloida formen efter att rotationen stannat och kan användas för att göra en reflektor. Denna rotationsteknik används ibland för att göra paraboloidala speglar för astronomiska teleskop, och har också använts för solkokare. Anordningar för att konstruera sådana paraboloider är kända som roterande ugnar .

Paraboloidala reflektorer genererar höga temperaturer och lagar mat snabbt, men kräver regelbunden justering och övervakning för säker drift. Flera hundra tusen finns, främst i Kina. De är särskilt användbara för enskilt hushåll och storskalig institutionell matlagning.

En Scheffler -spis (uppkallad efter sin uppfinnare, Wolfgang Scheffler ) använder en stor idealiskt paraboloid reflektor som roteras runt en axel som är parallell med jordens med hjälp av en mekanisk mekanism och vrider sig med 15 grader i timmen för att kompensera för jordens rotation. Axeln passerar genom reflektorns masscentrum, så att reflektorn lätt kan vridas. Kokkärlet ligger i fokus som ligger på rotationsaxeln, så spegeln koncentrerar solljuset på det hela dagen. Spegeln måste ibland lutas runt en vinkelrät axel för att kompensera för den säsongsmässiga variationen i solens nedgång . Denna vinkelräta axel passerar inte genom tillagningskärlet. Därför, om reflektorn var en stel paraboloid, skulle dess fokus inte förbli stationärt vid tillagningskärlet när reflektorn lutar. För att hålla fokus stilla måste reflektorns form variera. Den förblir paraboloid, men dess brännvidd och andra parametrar ändras när den lutar. Scheffler -reflektorn är därför flexibel och kan böjas för att justera formen. Den består ofta av ett stort antal små planpartier, såsom glasspeglar, sammanfogade av flexibel plast. Ett ramverk som stöder reflektorn innehåller en mekanism som kan användas för att luta den och även böja den på lämpligt sätt. Spegeln är aldrig exakt paraboloid, men den är alltid tillräckligt nära för matlagning.

Ibland är den roterande reflektorn placerad utomhus och det reflekterade solljuset passerar genom en öppning i en vägg in i ett inomhuskök, ofta ett stort gemensamt, där tillagningen görs.

Paraboloidala reflektorer som har sina masscentra sammanfaller med sina fokuspunkter är användbara. De kan enkelt vridas för att följa solens rörelser på himlen, rotera runt vilken axel som helst som passerar genom fokus. Två vinkelräta axlar kan användas, som skär varandra i fokus, så att paraboloiden kan följa både solens dagliga rörelse och dess säsongsbetonade. Grytan förblir stationär i fokus. Om den paraboloidala reflektorn är axiellt symmetrisk och är gjord av material med jämn tjocklek sammanfaller dess masscentrum med dess fokus om reflektorns djup, mätt längs symmetriaxeln från toppunktet till fälgplanet, är 1,8478 gånger dess brännvidd. Radien för reflektorns kant är 2,7187 gånger brännvidden. Fälgens vinkelradie, sett från brännpunkten, är 72,68 grader.

Paraboliska tråg

Paraboliska tråg används för att koncentrera solljus för solenergi. Vissa solkokare har byggts som använder dem på samma sätt. I allmänhet är tråget i linje med dess fokuslinje horisontellt och öst -väst. Maten som ska tillagas ordnas längs denna linje. Tråget är spetsigt så dess symmetriaxel riktar mot solen vid middagstid. Detta kräver att tråget lutas upp och ner under säsongens gång. Vid dagjämningen behövs ingen rörelse i tråget under dagen för att spåra solen. Vid andra tider på året finns det en period på flera timmar runt middagstid varje dag då ingen spårning behövs. Vanligtvis används spisen endast under denna period, så ingen automatisk solspårning ingår i den. Denna enkelhet gör designen attraktiv jämfört med att använda en paraboloid. Genom att vara en enda kurva är trågreflektorn enklare att konstruera. Det lider dock av lägre effektivitet.

Det är möjligt att använda två paraboliska tråg, böjda i vinkelräta riktningar, för att föra solljuset till ett punktfokus liksom en paraboloidal reflektor.Det inkommande ljuset träffar ett av trågarna, vilket skickar det mot ett linjefokus. Det andra tråget avlyssnar det konvergerande ljuset och fokuserar det till en punkt.

Jämfört med en enda paraboloid har användning av två partiella tråg viktiga fördelar. Varje tråg är en enda kurva , som kan göras helt enkelt genom att böja en platt plåt. Ljuset som når den riktade grytan är också riktat ungefär nedåt, vilket minskar risken för skador på ögonen på någon i närheten. Å andra sidan finns det nackdelar. Mer spegelmaterial behövs, vilket ökar kostnaden och ljuset reflekteras av två ytor istället för en, vilket oundvikligen ökar mängden som går förlorad.

De två trågen hålls i en fast orientering i förhållande till varandra genom att de båda är fästa vid en ram. Hela sammansättningen av ram och tråg måste flyttas för att spåra solen när den rör sig på himlen. Kommersiellt tillverkade spisar som använder denna metod är tillgängliga. I praktiska tillämpningar (som i bilstrålkastare) är konkava speglar av parabolisk form.

Sfäriska reflektorer

Sfäriska reflektorer fungerar ungefär som paraboloidala reflektorer, så att symmetriaxeln är riktad mot solen så att ljuset koncentreras till ett fokus. Fokus för en sfärisk reflektor kommer dock inte att vara ett fokusfokus eftersom den lider av ett fenomen som kallas sfärisk aberration . Vissa koncentreringsfat (t.ex. parabolantenner) som inte kräver ett exakt fokus väljer en sfärisk krökning över en paraboloid. Om radien för kanten på den sfäriska reflektorn är liten jämfört med krökningsradien för dess yta (radien för den sfär som reflektorn är en del av), närmar sig reflektorn en paraboloid med en brännvidd lika med hälften av radien av krökning.

Vakuumrörsteknik

Evakuerade rörsolspisar är i huvudsak vakuumförseglade mellan två lager av glas. Vakuumet gör att röret kan fungera både som ett "super" växthus och en isolator . Det centrala kokröret är tillverkat av borsilikatglas, som är resistent mot termiska stötar, och har ett vakuum under ytan för att isolera insidan. Rörets insida är fodrad med koppar, rostfritt stål och aluminiumnitril för att bättre absorbera och leda värme från solens strålar.

Fördelar och nackdelar

Fördelar

• Högpresterande paraboliska solkokare och vakuumrörspisar kan uppnå temperaturer över 290 ° C (550 ° F). De kan användas för att grilla kött, steka grönsaker, göra soppa, baka bröd och koka vatten på några minuter. Vakuumrörspisar kan värmas upp även i molnen och iskalla.
• Konventionella solboxar uppnår temperaturer upp till 165 ° C (325 ° F). De kan sterilisera vatten eller förbereda de flesta livsmedel som kan tillagas i en konventionell ugn eller spis, inklusive bröd, grönsaker och kött under en tidsperiod.
• Solspisar använder inget bränsle. Detta sparar kostnader och minskar miljöskador som orsakas av bränsleförbrukning. Eftersom 2,5 miljarder människor lagar mat på öppen eld med biomassabränslen, kan solkokare ha stora ekonomiska och miljömässiga fördelar genom att minska avskogningen.
• När solspisar används utomhus bidrar de inte med värme inuti, vilket också kan spara bränslekostnader för kylning. Varje typ av matlagning kan avdunsta fett, olja och annat material i luften, därför kan det bli mindre sanering.
• Minskar ditt koldioxidavtryck genom att laga mat utan användning av kolbaserade bränslen eller el från traditionella källor.

Nackdelar

• Solspisar är mindre användbara på natten, i grumligt väder och nära stolparna, där solen ligger lågt på himlen, så en alternativ matlagningskälla krävs fortfarande under dessa förhållanden. Förespråkare för solkök föreslår tre enheter för en integrerad matlagningslösning: a) en solkokare; b) en bränslesnål cookstove ; c) en isolerad förvaringsbehållare såsom en korg fylld med halm för att lagra uppvärmd mat. Mycket varm mat kan fortsätta att tillagas i timmar i en välisolerad behållare. Med denna tredelade lösning minimeras bränsleförbrukningen samtidigt som den ger varma måltider när som helst, pålitligt.
• Vissa solkokare, särskilt solugnar, tar längre tid att laga mat än en vanlig spis eller ugn. Användning av solkokare kan kräva matberedning start timmar före måltiden. Det kräver dock mindre praktisk tid under tillagningen, så detta anses ofta vara en rimlig avvägning.
• Kockar kan behöva lära sig speciella matlagningstekniker för att steka vanliga livsmedel, till exempel stekt ägg eller tunnbröd som chapatis och tortillas . Det kanske inte är möjligt att säkert eller helt tillaga några tjocka livsmedel, till exempel stora stekar, bröd eller grytor med soppa, särskilt i små paneler; kocken kan behöva dela upp dem i mindre portioner innan tillagning.
• Vissa solkokskonstruktioner påverkas av starka vindar, som kan bromsa tillagningsprocessen, kyla maten på grund av konvektiva förluster och störa reflektorn. Det kan vara nödvändigt att förankra reflektorn, till exempel med ring och viktade föremål som tegel.

Projekt

Kartong, aluminiumfolie och plastpåsar för över 10 000 solkokare har donerats till Iridimis flyktingläger och flyktingläger i Touloum i Tchad genom den gemensamma insatsen från Jewish World Watch , den nederländska stiftelsen KoZon och Solar Cookers International . Flyktingarna konstruerar kokarna själva med hjälp av donerade förnödenheter och lokalt inköpt arabiskt gummi . Det har också avsevärt minskat mängden tid kvinnor ägnar åt att sköta öppen eld varje dag, med resultatet att de är friskare och att de har mer tid att odla grönsaker för sina familjer och göra hantverk för export. År 2007 hade den judiska världsvakten utbildat 4 500 kvinnor och hade tillhandahållit 10 000 solkokare till flyktingar. Projektet har också minskat antalet foderresor med så mycket som 70 procent och därmed minskat antalet attacker.

Se även

Referenser

externa länkar

• Solar Cooking Wiki