Параболическая солнечная печь из картона. Солнечная печка своими руками, солнечная батарея своими руками

Использовать потенциал солнечного тепла можно не только для выработки электроэнергии на крупных электростанциях или для отопления жилищно-хозяйственных комплексов, но и в обычной бытовой сфере жизнедеятельности человека, например, для приготовления пищи. Сама идея создания печки, работающей исключительно на одной солнечной энергии, настолько актуальна, что народные умельцы давно сумели осуществить ее на практике. Эта статья поможет сделать солнечную печку своими руками, не прилагая особых усилий, чтобы вы смогли обеспечить себя и своих друзей вкусным горячим обедом. Сами силы природы будут содействовать вам в этом. Понятно, что время приготовлении пищи в солнечной печке будет значительно больше, чем в обычной духовке или на электроплите. Тем не менее, такую конструкцию можно расположить рядом с барбекю или мангалом, тем самым придав новизну вашему участку.

Для изготовления солнечной печи используются не дорогие и общедоступные материалы:

Брусья;
- фанера 6-10 мм;
- кровельное железо 0,5мм (оцинковка);
- стекло 3-4 мм.;
- утеплитель (минеральная вата).
- зеркало.

Первым делом изготавливаем каркас солнечной печи из брусьев 40х40 и фанеры. Чем толще фанера, тем прочнее будет конструкция.

Изготавливаем рамку для стекла которая крепится к корпусу при помощи шарниров.

Из кровельного железа 0,5 мм. вырезаем внутреннюю часть печи (кожух). При этом, разрезаем лист согласно чертежу.

После того как, кожух готов, при помощи гвоздей прибиваем его внутри корпуса. После чего обрабатываем края наждачной бумагой, чтобы не было заусенцев.

Устанавливаем стекла в рамку на прозрачный силиконовый герметик и фиксируем штапиками.

Монтируем отражающую панель на шарниры.

Не забываем приделать ручки для переноса солнечной печи и для открытия стеклянной дверцы.

Тщательно утепляем минеральной ватой по бокам, между металлическим кожухом и корпусом, и дно печи. После чего дно зашиваем фанерой.

Выкрашиваем металлический кожух жаростойкой, черной матовой краской.

На отражающую панель приклеиваем зеркало (зеркальная плитка)

Солнечная печь готова к работе. Первое использование солнечной печи, необходимо производить без продуктов питания. Поскольку краска, в первые дни, может выделять неприятный запах.

Не забудьте обработать корпус печи краской, антисептиком, для предотвращения атмосферного воздействия.

Располагать печь необходимо под прямыми солнечными лучами. Если солнце находится низко, то для наибольшей эффективности используйте отражатель.

Для большей скорости приготовления используйте черную посуду, желательно из тонкого алюминия.

Второй способ изготовления. К сожалению, без фотографий.

Итак, для постройки солнечной печки нам понадобятся следующие материалы:

1. деревянный или металлический ящик
2. кусок темного картона, желательно черного цвета
3. несколько штук небольших, окрашенных в черный цвет камней
4. стекло по размерам ящика
5. четыре куска жести в качестве отражателей.

Начнем с сооружения основного каркаса. Его можно сварить из металлических уголков, а лучше всего сбить из брусков и досок. Размеры и форму ящика подбирайте на свой вкус, в зависимости от вида и количества приготовляемой пищи. Это не должна быть строго квадратная или прямоугольная печка. Можно придать конструкции любую форму, например шестиугольную, круглую и даже форму эллипса. Здесь, пожалуй, все зависит от вашей фантазии и желания сделать что-нибудь необычное и оригинальное.

Когда ящик сделан, необходимо застелить дно и внутренние стенки черным картоном или плотной бумагой. Цвет обшивки обязательно должен быть черным, так как он более эффективно поглощает солнечные лучи. Крепить бумагу к ящику необходимо гвоздиками с большой шляпкой или саморезами с шайбой.

Теперь вырежьте по размеру коробки отражатели из жести, обработайте все стороны наждачной бумагой или надфилем, чтобы удалить заусеницы, и прикрепите четыре отражателя к верхней части коробки. Это можно сделать с помощью металлических или пластмассовых уголков, или же просто прикрутить жесть шурупами и выгнуть ее под необходимым углом к Солнцу. Правильней будет установить отражатели на оконные петли, которые можно купить на рынке или в любом строительном магазине. С помощью петель вы сможете без проблем регулировать отражатели в зависимости от положения Солнца на небе.

Жестяные отражатели концентрируют и перенаправляют солнечные лучи в деревянную коробку, обеспечивая этим качественное и быстрое приготовление пищи.

Последний шаг в изготовлении солнечной печки - резка и установка стекла, которое будет выполнять основную функцию: поглощать солнечный свет, который будет преобразовываться в тепловую энергию для подогрева пищи. Кроме того, стекло является крышкой для вашей солнечной печки.

Теперь осталось только найти на своем участке или в другом месте несколько темных камней средних размеров и уложить их на дно ящика. Если вам попадаются слишком светлые камни, попробуйте перекрасить их в черный цвет и дать им полностью высохнуть. Для чего нужны камни? Они будут своего рода накопителем солнечного тепла. С их помощью можно регулировать температуру в печке, убирая или, наоборот, подкладывая новые камни. Раскаленные камни позволят заняться приготовлением ужина даже в то время, когда Солнце не будет таким ярким и теплым.

Если вы хотите точно знать, какая температура внутри вашей «солнечной духовки», не поленитесь установить небольшой пищевой термометр, который можно приобрести в любом продуктовом супермаркете.

Время нагрева солнечной печки составляет около 20-30 минут, в зависимости от времени суток и величины солнечной активности.

Вот и все, ваша печка готова. Наслаждайтесь только чистой и полезной едой!

Простейшая конструкция солнечных печей, изготовленных из картонных коробок

А теперь мастер класс, как сделать саму солнечную батарею.

Итак, что же такое солнечная батарея , панель (СБ)? По существу, это контейнер, содержащий массив солнечных элементов. Солнечные элементы, это те штуки, которые на самом деле делают всю работу по преобразованию солнечной энергии в электричество. К сожалению, для получения мощности, достаточной для практического применения, солнечных элементов надо достаточно много. Также, солнечные элементы ОЧЕНЬ хрупкие. Поэтому их и объединяют в СБ. Батарея содержит достаточное количество элементов для получения высокой мощности и защищает элементы от повреждения. Звучит не слишком сложно. Я уверен, что смогу сделать это сам.

Я начал свой проект, как обычно, с поиска в сети информации по самодельным СБ и был шокирован как же ее мало. Тот факт, что мало кто сделал свои собственные солнечные батареи, заставлял меня думать, что это должно быть очень сложно. Задумка была отложена в долгий ящик, но я никогда не переставал думать о ней.

Спустя какое-то время, я пришел к следующим умозаключениям:
- главное препятствие в постройке СБ это приобретение солнечных элементов за разумную цену
- новые солнечные элементы очень дороги и их сложно найти в нормальном количестве за любые деньги
- дефектные и поврежденные солнечные элементы есть в наличии на eBay и других местах гораздо дешевле
- солнечные элементы «второго сорта» возможно, могут быть использованы для изготовления солнечной батареи

Когда до меня дошло, что я могу использовать дефектные элементы, чтобы сделать свою СБ, я взялся за работу. Начал с покупки элементов на eBay .

Купил несколько блоков монокристаллических солнечных элементов размером 3х6 дюйма. Чтобы сделать СБ, необходимо соединить последовательно 36 таких элементов. Каждый элемент генерирует порядка 0,5В. 36 элементов, соединенных последовательно дадут нам около 18В, которые будут достаточны для зарядки батарей на 12В. (Да, такое высокое напряжение действительно необходимо для эффективной зарядки 12В аккумуляторов). Солнечные элементы этого типа тонкие как бумага, хрупкие и ломкие как стекло. Их очень легко повредить.

Продавец этих элементов окунул наборы из 18 шт. в воск для стабилизации и доставки без повреждений. Воск - это головная боль при его удалении. Если у вас есть возможность, ищите элементы, не покрытые воском. Но помните, что они могут получить больше повреждений при транспортировке. Заметьте, что мои элементы уже имеют припаянные проводники. Ищите элементы с уже припаянными проводниками. Даже с такими элементами вам нужно быть готовым много поработать паяльником. Если же вы купите элементы без проводников, приготовьтесь работать паяльником раза в 2-3 больше. Короче, лучше переплатить за уже припаянные провода.

Также я купил пару наборов элементов без заливки воском у другого продавца. Эти элементы пришли упакованные в пластиковую коробку. Они болтались в коробке и немного обкололись по бокам и углам. Незначительные сколы не имеют особого значения. Они не смогут снизить мощность элемента настолько, чтобы об этом надо было беспокоиться. Купленных мной элементов должно хватить на сборку двух СБ. Я знаю, что возможно сломаю парочку при сборке, поэтому купил чуть больше.

Солнечные элементы продаются самого широкого спектра форм и размеров. Вы можете использовать более крупные или мелкие, чем мои 3х6 дюймов. Просто помните:
- Элементы одного типа производят одинаковое напряжение независимо от их размера. Поэтому для получения заданного напряжения всегда потребуется одинаковое количество элементов.
- Большие по размеру элементы могут генерировать бОльший ток, а меньшие по размеру, соответственно - меньший ток.
- Общая мощность вашей батареи определяется как ее напряжение умноженное на генерируемый ток.

Использование больших по размеру элементов позволит получить большую мощность при том же напряжении, но батарея получится крупнее и тяжелее. Использование меньших элементов позволит уменьшить и облегчить батарею, но не сможет обеспечить такую же мощность. Также стоит отметить, что использование в одной батарее элементов разных размеров - плохая идея. Причина в том, что максимальный ток, генерируемый вашей батареей, будет ограничен током самого маленького элемента, а более крупные элементы не будут работать в полную силу.

Солнечные элементы, на которых я остановил выбор, имеют размер 3х6 дюйма и способны генерировать ток примерно 3 ампера. Я планирую соединить последовательно 36 таких элементов, чтобы получить напряжение чуть больше 18 вольт. В результате должна получиться батарея, способная выдавать мощность порядка 60 ватт на ярком солнце. Звучит не сильно впечатляюще, но все же это лучше чем ничего. При чем, это 60Вт каждый день, когда светит солнце. Эта энергия будет идти на зарядку аккумулятора, который будет использоваться для питания светильников и небольшой аппаратуры всего несколько часов после наступления темноты. Просто когда я иду спать, мои энергетические потребности сводятся к нулю. Короче, 60 Вт это вполне достаточно, особенно учитывая, что у меня есть ветрогенератор, который тоже производит энергию, когда дует ветер.

После того как вы купите свои солнечные элементы спрячьте их в безопасное место, где они не разобьются, не попадут детям для игр и не будут съедены вашей собакой до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Элементы очень хрупкие. Грубое обращение превратит ваши дорогие солнечные элементы в маленькие синенькие блестящие и ни для чего непригодные осколочки.

Итак, солнечная батарея это просто неглубокий ящик. Я начал с постройки такого ящика. Я сделал его неглубоким, чтобы борта не затеняли солнечные элементы, когда солнце светит под углом. Сделан он из фанеры толщиной 3/8 дюйма с бортиками из реек толщиной 3/4 дюйма. Бортики приклеены и привинчены на место. Батарея будет содержать 36 элементов размером 3х6 дюймов. Я решил разделить их на две группы по 18 шт. просто для того, чтобы их было проще паять в будущем. Отсюда и центральная планка посередине ящика.

Вот небольшой набросок, показывающий размеры моей СБ. Все размеры в дюймах (простите меня, поклонники метрической системы). Бортики толщиной 3/4 дюйма идут вокруг всего листа фанеры. Такой же бортик идет по центру и делит батарею на две части. В общем, я решил сделать так. Но в принципе, размеры и общий дизайн не критичны. Можете свободно все варьировать в своем эскизе. Размеры же тут я приводу для тех людей, которые постоянно ноют, чтобы я включил их в свои эскизы. Я всегда поощряю народ экспериментировать и изобретать что-то свое, нежели слепо следовать инструкциям, написанным мной (или кем-то еще). Возможно, у вас получится лучше.

Вид одной из половин моей будущей батареи. В этой половине будет размещена первая группа из 18 элементов. Обратите внимание на небольшие отверстия в бортиках. Это будет нижняя часть батареи (на фото верх находится внизу). Это вентиляционные отверстия, предназначенные для выравнивания давления воздуха внутри и снаружи СБ и служащие для удаления влаги. Эти отверстия должны быть только внизу батареи, иначе дождь и роса попадут внутрь. Такие же вентиляционные отверстия должны быть сделаны в центральной разделительной планке.

Далее я вырезал два подходящих по размеру куска ДВП. Они будут служить подложками, на которых будут собираться солнечные элементы. Они должны свободно помещаться между бортиками. Не обязательно использовать именно перфорированные листы ДВП, просто у меня оказались такие под рукой. Пойдет любой тонкий, жесткий и не проводящий ток материал.

Чтобы защитить батарею от погодных неприятностей, лицевую сторону закрываем оргстеклом. Эти два куска оргстекла были вырезаны, чтобы закрывать всю батарею полностью. У меня не было одного достаточно большого куска. Стекло тоже можно использовать, но стекло бьется. Град, камни и летящий мусор могут разбить стекло, а от оргстекла просто отскочат. Как видите, начинает вырисовываться картинка, как солнечная батарея будет выглядеть в итоге.

Упс! На фото два листа оргстекла соединенные на центральной перегородке. Я сверлил отверстия вокруг кромки, чтобы посадить оргстекло на шурупы. Будьте осторожны, сверля отверстия возле кромки оргстекла. Будете сильно давить - сломается, что у меня и произошло. В итоге, я просто приклеил отломавшийся кусок и просверлил недалеко новое отверстие.

После этого, я окрасил все деревянные части солнечной батареи несколькими слоями краски, чтобы защитить их от влаги и воздействия окружающей среды. Ящик я покрасил внутри и снаружи. При выборе типа краски и ее цвета был использован научный подход. Я взболтал всю краску из остатков, имеющихся у меня в гараже, и выбрал ту банку, в которой краски хватит, чтобы сделать всю работу.

Подложки тоже были окрашены в несколько слоев с обеих сторон. Убедитесь, что вы хорошо все прокрасили, иначе дерево может покоробиться от влаги. А это может повредить солнечные элементы, которые будут приклеены к подложкам.

Теперь, когда у меня есть основа для СБ, самое время подготовить солнечные элементы.

Как я говорил раньше, удаление воска с солнечных элементов - это настоящая головная боль. После нескольких проб и ошибок я все-таки нашел неплохой способ. Но я по-прежнему рекомендую покупать элементы у того, кто не заливает их воском.

Первый шаг, это «купание» в горячей воде, чтобы растопить воск и отделить элементы друг от друга. Не дайте воде закипеть, иначе пузырьки пара будут сильно бить элементы один о другой. Кипящая вода также может быть слишком горячей, в элементах могут быть нарушены электрические контакты. Я также рекомендую погружать элементы в холодную воду, а потом медленно их нагревать, чтобы исключить неравномерный нагрев. Пластиковые щипцы и лопатка помогут отделить элементы, когда воск растает. Постарайтесь сильно не тянуть за металлические проводники - могут порваться. Я обнаружил это, когда пробовал разделить свои элементы. Хорошо, что я купил их с запасом.

Тут показана финальная версия «установки» которую я использовал. Моя подруга спросила, что это я готовлю. Вообразите ее удивление, когда я ответил: «Солнечные элементы». Первая «горячая ванна» для растапливания воска находится на заднем плане справа. На переднем плане слева - горячая мыльная вода, а справа - чистая горячая вода. Температуры во всех кастрюлях ниже температуры кипения воды. Сначала в дальней кастрюле растапливаем воск, переносим элементы по одному в мыльную воду, чтобы удалить остатки воска, после чего промываем в чистой воде. Выкладываем элементы для просушки на полотенце. Вы можете менять мыльную воду и воду для промывки почаще. Только не сливайте использованную воду в канализацию, т.к. воск затвердеет и засорит сток. Этот процесс удалил практически весь воск с солнечных элементов. Только на некоторых остались тонкие пленки, но это не помешает пайке и работе элементов. Промывка растворителем, возможно, удалит остатки воска, но это может быть опасно и зловонно.

Несколько разделенных и очищенных солнечных элементов сушатся на полотенце. После разделения и удаления защитного воска из-за своей хрупкости они стали удивительно сложными в обращении и хранении. Я рекомендую оставить их в воске до тех пор, пока вы не будете готовы установить их в вашу СБ. Это позволит вам не разбить их до того, как вы сможете их использовать. Поэтому постройте сначала основу для батареи. У меня же пришло уже время установить их.

Я начал с отрисовки сетки на каждой основе, для упрощения процесса установки каждого элемента. Потом я выложил элементы по этой сетке обратной стороной вверх, так их можно спаять вместе. Все 18 элементов для каждой половины батареи должны быть соединены последовательно, после чего обе половины также должны быть соединены последовательно для получения требуемого напряжения.

Спаивать элементы между собой поначалу сложно, но я быстро приловчился. Начинайте только с двух элементов. Разместите соединительные проводники одного из них так, чтобы они пересекали точки пайки на обратной стороне другого. Также нужно убедиться, что расстояние между элементами соответствует разметке.

Я использовал маломощный паяльник и прутковый припой с сердцевиной из канифоли. Также перед пайкой я смазывал флюсом точки пайки на элементах при помощи специального карандаша. Не давите на паяльник! Элементы тонкие и хрупкие, нажмете сильно - сломаете. Я был неаккуратен пару раз - пришлось выбросить несколько элементов.

Повторять пайку пришлось до тех пор, пока не получилась цепочка из 6-ти элементов. Соединительные шины от сломанных элементов я припаял к обратной стороне последнего элемента цепочки. Таких цепочек я сделал три, повторив процедуру еще дважды. Всего 18 элементов для первой половины батареи.

Три цепочки элементов должны быть соединены последовательно. Поэтому среднюю цепочку поворачиваем на 180 градусов по отношению к двум другим. Ориентация цепочек получилась правильной (элементы все еще лежат обратной стороной вверх на подложке). Следующий шаг - приклеивание элементов на место.

Приклеивание элементов потребует некоторой сноровки. Наносим небольшую каплю силиконового герметика в центре каждого из шести элементов одной цепочки. После этого переворачиваем цепочку лицевой стороной вверх и размещаем элементы по разметке, которую нанесли раньше. Легонько прижмите элементы, надавливая по центру, чтобы приклеить их к основе. Сложности возникают в основном при переворачивании гибкой цепочки элементов. Вторая пара рук тут не повредит.

Не наносите слишком много клея и не приклеивайте элементы нигде кроме центра. Элементы и подложка, на которой они смонтированы, будут расширяться, сжиматься, гнуться и деформироваться при изменении температуры и влажности. Если вы приклеите элемент по всей площади, он со временем сломается. Приклеивание только в центре дает элементам возможность свободно деформироваться отдельно от основы. Элементы и основа могут деформироваться по-разному и элементы не сломаются.

Вот полностью собранная половина батареи. Я использовал медную оплетку от кабеля для соединения первой и второй цепочки элементов.

Можно использовать специальные шины или даже обычные провода. Просто у меня под рукой была медная оплетка от кабеля. Такое же соединение делаем с обратной стороны между второй и третьей цепочкой элементов. Каплей герметика я прикрепил провод к основанию, чтобы он не «гулял» и не гнулся.

Тест первой половины солнечной батареи на солнце. При слабом солнце в дымке эта половина генерирует 9,31В. Ура! Работает! Теперь мне нужно сделать еще одну такую же половину батареи.

После того как обе основы с элементами будут готовы, я смогу установить их на место в подготовленную коробку и соединить.

Каждая из половин помещается на свое место. Я использовал 4 небольших шурупа для крепления основы с элементами внутри батареи.

Провод для соединения половин батареи я пропустил через одно из вентиляционных отверстий в центральном бортике. Тут тоже пара капель герметика поможет закрепить провод на одном месте и предотвратить его болтание внутри батареи.

Каждая солнечная панель в системе должна быть снабжена блокирующим диодом, соединенным последовательно с батареей. Диод нужен для предотвращения разряда аккумуляторов через батарею ночью и в пасмурную погоду. Я использовал диод Шоттки на 3,3А. Диоды Шоттки имеют гораздо более низкое падение напряжения, чем обычные диоды. Соответственно, будут меньше потери мощности на диоде. Я купил набор из 25 диодов марки 31DQ03 на eBay всего за пару баксов. У меня останется еще много диодов для моих будущих СБ.

Сначала я планировал присоединить диод снаружи батареи. Но после того как посмотрел технические характеристики диодов, решил поместить их внутри батареи. У этих диодов падение напряжения уменьшается с ростом температуры. Внутри моей батареи будет высокая температура, диод будет работать более эффективно. Используем еще немного силиконового герметика чтобы закрепить диод.

Я просверлил отверстие в днище батареи ближе к верху, чтобы вывести провода наружу. Провода завязаны на узел, чтобы предотвратить их вытягивание из батареи, и закреплены все тем же герметиком.

Важно дать герметику высохнуть до того, как мы будем крепить оргстекло на место. Советую, опираясь на предыдущий опыт. Испарения из силикона могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла и элементов, если вы не дадите силикону высохнуть на открытом воздухе.

И еще немного герметика для герметизации выходного отверстия.

На выходной провод я прикрутил двухконтактный разъем. Розетка этого разъема будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторов, который я использую для своего ветрогенератора. Таким образом, солнечная батарея сможет работать с ним параллельно.

Вот как выглядит законченная СБ с прикрученным экраном из оргстекла. Оргстекло пока еще не герметизировано. Я сначала не производил герметизацию стыков. Провел сначала небольшое тестирование. По результатам тестов мне потребовался доступ к внутренностям батареи, там обнаружилась проблема. У меня на одном из элементов отошел контакт. Может быть, это произошло из-за перепада температур или из-за неаккуратного обращения с батареей. Кто знает? Я разобрал батарею и заменил этот поврежденный элемент. С тех пор проблем не было. В будущем, возможно, я герметизирую стыки под оргстеклом при помощи герметика или закрою их алюминиевой рамкой.

Вот результаты тестирования напряжения законченной батареи на ярком зимнем солнце. Вольтметр показывает 18,88В без нагрузки. Это в точности как я и рассчитывал.

А вот тест по току в тех же условиях (яркое зимнее солнце). Амперметр показывает 3,05А - ток короткого замыкания. Это как раз недалеко от расчетного тока элементов. Солнечная батарея прекрасно работает!

Солнечная батарея в работе. Я перемещаю ее пару раз в день для сохранения ориентации на солнце, но это не такая уж и большая сложность. Возможно, когда-нибудь я построю автоматическую систему слежения за солнцем.

Учёные уже давно нашли способ использовать солнечную энергию для подпитки различных устройств или даже жилых объектов. На прилавках магазинов встречается много различного оборудования, работающего на солнечных батареях. Но не все обязательно приобретать за деньги, поскольку некоторые агрегаты можно собрать дома из подручных материалов. Речь идёт о солнечной печи.

Солнечные печи уже давно можно приобрести в магазинах или через интернет. Они оснащены множеством полезных приспособлений, облегчающих работу с оборудованием.

Солнечная печь лёгкая, ее можно сложить как чемодан за несколько минут и также быстро разложить в рабочее положение – это идеальный инструмент для путешествий.

Печи, изготавливаемые в промышленных масштабах, сочетают в себе все положительные свойства солнечных параболоцилиндрических концентраторов, а также вакуумных трубок. Благодаря этому, температура нагрева достигает 300 градусов по Цельсию.

Для контроля температуры, в оборудование также встраивается термометр – это составная часть блока управления.

Также в печь монтируется термостат с определённой установкой рабочей температуры, а также система поворота зеркал.

В современное устройство устанавливают таймер, который по истечении определённого времени, начнёт закрывать зеркала, находящиеся внутри солнечной печи. Когда наступит установленное время, таймер также подаст звуковой сигнал, оповещающий о готовности блюда.

Электронная часть оборудования подпитывается от энергии солнца через батарею, установленную в корпус.

В собранном виде чемодан имеет следующие размеры:

• длину в 75 см;
• высоту в 40 см;
• толщину – 11 см.

Вес довольно небольшой и комфортный для переноски на большое расстояние – всего 4 кг.

При помощи печи можно готовить овощи, грибы, мясо или даже испечь пирожки. Основным достоинством является экологичность и экономия на электроэнергии. Оборудование совершенно не загрязняет окружающую среду.

Разновидности солнечных печей

Современные устройства выпускаются в трех основных разновидностях:

1. Коробочные.
2. С зеркалом концентратором.
3. Комбинированные.

Коробочная печь

Оборудование представляет собой теплоизоляционную коробку, покрытую зеркальным материалом или пластиком. Чтобы увеличить сбор тепла, внутрь добавляют несколько зеркал, которые служат в качестве отражателей.

Подобный вид оборудования используется для медленного приготовления пищи. Поскольку при самостоятельном изготовлении коробка может быть любых размеров, то на ней можно приготовить большие объемы продуктов. Магазинные образцы не отличаются большими размерами.

Печь с концентратором

Устройство – вогнутое зеркало, собирающее в своём фокусе солнечные лучи и перенаправляющее его на установленную пользователем точку. При самостоятельном изготовлении нет никакой необходимости соблюдать идеально геометрию зеркала, поскольку в фокусе будет располагаться большая по площади кастрюля или иная ёмкость с едой.

Особенностью сооружения является достижение большой температуры нагрева. Оборудование удобно использовать, когда нужно разогреть небольшое количество еды.

Но у печи есть и конструкционный недостаток: необходимо постоянно следить за лучами солнца и время от времени поворачивать зеркало, перенаправления луч в необходимом направлении. Если не умело обращаться с печью, то можно ожечь руки и глаза. Но соблюдая технику безопасности, этой неприятности получится избежать.

Комбинированная

Комбинированный тип представляет собой совокупность двух предыдущих вариантов. Кастрюля с едой, которую нужно подогреть, помещается в коробку, которая с одной стороны обрамляется вогнутой пластиной с зеркальной поверхностью. Печь быстро складывается и собирается в рабочее положение.

Пошаговая инструкция изготовления солнечной печи своими руками

Собрать солнечную печь своими руками не составит большого труда. Можно использовать разные методы, основываясь на чертежах, которые очень простые и интуитивно понятные.

У пользователей могут возникнуть вопросы по размерам печей. Желательно основываться на следующих советах:

1. Если необходимо изготовить печь для дачи, или загородного дома, то задуматься необходимого о более основательной и неподвижной конструкции.
2. Если устройство понадобится для пешего похода, тогда конструкция должна быть разборной и максимально легкой – для удобства транспортировки.
3. Если перемещение печи планируется на машине, то конструкцию можно сделать более сложной, но она все равно должна быть разборной.

Наиболее простой вариант солнечной печи – использование обычного зонтика. Для изготовления нет необходимости использовать чертежи, поскольку устройство максимально постое и понятное.

На раскрытый зонт с внутренней стороны приклеивается зеркальная пленка или алюминиевая фольга. Ручку нужно отсоединить, чтобы не мешалась при помещении в центр посуды для разогрева. Это все необходимые работы. Печь полностью готова к использованию.

Теперь в земли необходимо воткнуть подставку, где будет крепиться котелок и чайник, а около предметов поместить импровизированное зеркало и сфокусировать солнечный луч на емкости с едой.

Некоторые мастера используют разбитое зеркало и внутреннюю часть зонтика покрывают своеобразной мозаикой. Но конструкция в таком случае получается тяжелой, и не разборной.

Коробочная

При сборке коробочной конструкции нужно учитывать несколько основных факторов:

1. Стенки, располагающиеся с внутренней стороны ящика, покрываются фольгой, и должны иметь очень хорошее отражение.
2. Кастрюля, помещающаяся внутри, должна поглощать солнечные лучи, а потому желательно покрасить ее в чёрный цвет или закоптить.
3. Термоизоляция должна быть на высоком уровне. Стенки ящика должны плотно прилегать друг другу, чтобы тепло не ушло наружу. Для осуществления качественной термоизоляции, применяют обычный картон или другие естественные материалы, которые не будут выделять вредных веществ при нагреве. После сборки, температура внутри печи может достигнуть 170 градусов по Цельсию. Но при этом возгорания коробки опасаться не стоит, поскольку этой температуры будет недостаточно.

Если подойти к сооружению конструкции со всей ответственностью, то прослужит печь до 10 лет или дольше.

Неразборный агрегат:

1. Из досок сбивается надежный ящик.
2. Внутрь по всей площади укладывается бумага черного цвета (уплотненной). Это нужно, чтобы энергия солнца максимально поглощалось устройством.
3. Основываясь на размерах полученной коробки, вырезаются отражатели из жести. Края перед монтажом следует закруглить и обработать наждачной бумагой, чтобы не порезаться.
4. Отражатели фиксируются сверху короба. Используются обычные петли или шурупы – на усмотрение мастера. После листы выгибаются под нужным углом, чтобы аккумулировать солнечные лучи на определенный объект внутри агрегата.
5. Крышка должна быть из стекла. Таким образов, ультрафиолетовые лучи преобразуются в тепловую энергию, необходимую для разогрева еды.
6. Под печью желательно соорудить небольшой помост из кирпичей. Они будут накапливать полученное тепло.
7. Если есть желание следить за температурой, к ящику следует прикрепить термометр.

Такой вид солнечной печи идеально подойдет для дачных условий. Взять с собой в путешествие ее не получится из-за относительно большого веса, габаритов и неразъёмности.

Зеркальная с отражателем

Чтобы сделать зеркальную печь с отражателем, можно использовать вариант с зонтиком, который был представлен выше, или собрать конструкцию по чертежу.

1. Потребуется раскроить лепестки из картона в количестве 12 штук.
2. После все детали соединяются по длинной стороне.
3. Далее происходит скрепление внутренней части полученной “тарелки”.
4. Все детали стягиваются проволокой или хорошей веревкой у основания.
5. Тарелку покрывают фольгой, которая хорошо отражает солнечные лучи.

Комбинированная печь

Комбинированный тип наиболее прост в изготовлении, и представляет собой концентратор, который изготавливается из нескольких плоских зеркал. Также понадобится кастрюля с хорошей термоизоляцией.

Чтобы изолировать внутренний объект, используют обычные полиэтиленовые пакеты.

В качестве зеркала можно использовать плотный картон, к которому приклеена алюминиевая фольга.

Конструкция примечательна тем, что ее можно складывать и переносить. Примерные размеры – 33 на 33 см. Но по желанию можно собрать и большие размеры.

Процесс сборки:

1. Для начала следует подготовить основу для корпуса. Желательно использовать лист фанеры. В центр помещается и надежно крепится алюминиевый или стальной стержень. Длина – полметра. На стержне предварительно делается резьба, чтобы на нее поместить в дальнейшем подставку.
2. Делаются пазы, в которые помещаются ребра жесткости из фанеры.
3. Стенки собираются из той же фанеры. Потребуется четыре прямоугольных листа. С одной стороны их следует вырезать выгнутой дугой, а с дугой проделать пазы для скрепления с ребрами.
4. Соединяемые части качественно покрываются клеем и соединяются. Для дополнительной фиксации желательно использовать скрепки. После высыхания короба, следует потрясти заготовки, слабо потянуть за стенки, чтобы удостовериться в надежности. Если конструкция прошла испытания, можно переходить к следующему этапу. Но в случае, если какая-то часть болтается, то ее потребуется поставить на место, залить клеем еще раз.

После создания короба, можно переходить к зеркалу.

1. Нужен треугольный плотный картон с гладкой текстурой.
2. Все детали из картона накладываются внахлест и на верхнюю часть прикрепленных ребер.
3. После фиксации, картон покрывается слоем клея. После накладывается алюминиевая фольга.
4. На стержень помещается подставка в точке, равной половине радиуса зеркальной поверхности.

Солнечная печь своими руками выполненная готова к эксплуатации. Вместо дерева для короба также используют алюминий. Он хорошо проводит тепло и не подвержен коррозии.

Инструкции ответят на вопрос о том, как сделать солнечную печь в домашних условиях.

Преимущества и недостатки

Солнечные печи, собранные своими руками, разнообразны по размерам, но идентичны по строению, а потому не возникает трудностей со сборкой. С помощью печей можно с легкостью аккумулировать тепло для разогрева пищи. Принцип действия основан на впитывании энергии солнечных лучей и перенаправлении их на необходимый объект.

Солнечные печи обладают следующими преимуществами:

1. Дешевизна. Для работы не нужно покупать топливо и использовать дополнительные источники энергии. Для работы потребуются только солнечные лучи.
2. Пища приготавливается максимально безопасно – не стоит опасаться возгорания, как при разведении костра.
3. За печью легко ухаживать и просто эксплуатировать – нужно только направить солнечный луч на нужный объект через зеркальную поверхность.
4. Мобильность. Печь быстро собирается и разбирается. Поэтому не возникает проблем с транспортировкой.
5. Экологичность.
6. Пища нагревается равномерно, и нет риска подгорания. Еду не нужно перемешивать.

Эти качества и обеспечили солнечным печам большую популярность среди путешественников. На печи просто готовить еду. Для приготовления пищи только нужно направить луч солнца на нужный объект.

Сравнительная характеристика тепловой мощности печи и время приготовления пищи

Солнечная печь – это автономная печь, работающая без использования горючего топлива и электроэнергии, а только за счет солнечной энергии, которая является экологичным бесплатным возобновляемым природным ресурсом большой емкости.

Описание:

Солнечная печь – это автономная печь, работающая без использования горючего топлива и электроэнергии , а только за счет солнечной энергии, которая является экологичным бесплатным возобновляемым природным ресурсом большой емкости.

Для максимальной эффективности солнечная печь должна использоваться в местах с высокой освещенностью, с наибольшим количеством дней ясной погоды и теплой температурой окружающей среды. Чем меньше освещенность и холоднее температура окружающей среды, тем меньше КПД печи.

Общий принцип работы солнечных печей:

Конструкция солнечной печи может быть любой, но принцип их работы одинаковый.

Прямые и отраженные от зеркальной поверхности солнечные лучи направляются и концентрируются, повышая температуру в определенной области, в которую ставится посуда для приготовления пищи, окрашенная в темный цвет для лучшего нагрева.

Преимущества:

– автономность. Солнечная печь не зависит от подключения к сети электроснабжения, склада и топлива , так как для работы она использует только тепловую энергию от солнца,

– экологичность. Работа печи не наносит вред окружающей среде,

– мобильность. Возможность перенести печь в нужно место без особых усилий,

– пожаробезопасность. Исключено использование горючего топлива и электричества.

Применение:

Солнечная печь используется для:

– нагревания воды;

– приготовления пищи;

При меняющихся условиях окружающей среды, солнечную печь можно использовать совместно с другими видами печей для экономии топливных ресурсов.

Виды солнечных печей, которые наиболее распространены:

Коробчатый вид:

Солнечная печь представляет собой ящик, закрывающийся сверху стеклом, которое пропускает внутрь солнечные лучи, но не выпускает наружу тепловую энергию. По боковым сторонам конструкции для увеличения нагрева устанавливаются отражающие панели, которые при настроенном угле наклона направляют внутрь печи лучи солнца. В таком виде печей предусматривается, чтобы панели закрывались после использования для более удобной и безопасной транспортировки и хранения.

Для нагрева печь использует прямые и отраженные рассеянные солнечные лучи.

Параболический отражатель:

Солнечная печь представляет собой вогнутый зеркальный диск, в фокусе которого размещена площадки для емкости, где происходит приготовление пищи. Такой вид солнечных печей требует подстройки под солнце, что осуществляется ручным или автоматическим приводом, который позволяет направлять конструкцию по движению солнца и получать максимальную тепловую энергию.

Мастер решил сделать этот проект, чтобы узнать немного больше о резке больших предметов на его новом станке с ЧПУ. Однако его также мотивировал постоянный интерес, как к солнечной энергии, так и к хот-догам. Важно отметить, что печь будет работать с любым видом ​​пищи, которую можно нанизать на шампур или сделать цилиндрической формы. Если вы в конечном итоге используете другие виды продуктов, убедитесь, что они полностью прожарились, прежде чем есть их.

Первоначально он пытался построить эту печь из пенопласта. После некоторых начальных испытаний мастер обнаружил, что пенопласт тяжело порезать ровно. Пенопластовая плита слишком легко крошится даже при использовании самого острого ножа. Встал выбор или делать резак для пенопласта или использовать другой материал. В итоге мастер остановился на фанере.

В местном магазине был куплен отличный материал для отражателя - алюминизированный лист бумаги. Отражательная способность его оказалась достаточно высокой, чтобы проект работал. Если вы не сможете найти этот материал, алюминиевая фольга, закрепленная на картоне, тоже подойдет.

Общая стоимость изделия составила около 35 долларов, включая фанеру, светоотражающую плакатную бумагу, и т.д.

Инструменты и материалы:
-Фанера;
-Крепеж;
-Бумага с алюминиевым покрытием;
-Петли;
-Деревянные шампура;
-Столярный клей;
-Отделка для дерева;
-Станок с ЧПУ с полезной рабочей площадью не менее 24 (609,6 мм) х 28 дюймов (711,2);
-Наждачная бумага;
-Нож;
-Пила;
-Дрель;
-Зажимы;

Шаг первый: теория
На Земле общий поток энергии (плотность потока) от Солнца называется солнечной постоянной. Значение солнечной постоянной составляет приблизительно 1360 Вт на квадратный метр или 1,995 калорий на квадратный см, если измерять на поверхности, перпендикулярной падающему солнечному свету. Это число не меняется, поскольку расстояние между Землей и Солнцем приблизительно постоянно по годовой орбите.

Солнечная печь, которую строит мастер, имеет ширину около 60 см. Параболическая форма коллектора концентрирует энергию на вертеле, поэтому энергия на каждый сантиметр длины будет энергией, которая сосредоточена на локальном 1 см ширины в коллекторе. В данном случае получается 1,991 калорий на квадратный см в минуту x 60 см (ширина) = 117 калорий в минуту солнечной энергии на каждый см длины вдоль шампура.

Детальные научные измерения -))) показали, что типичная сосиска имеет диаметр около 2,5 см. Это дает радиус сосиски около 1,25 см. Объем хот-дога или чего-либо еще - это его длина, умноженная на площадь поперечного сечения. Площадь поперечного сечения будет равна A = Pi, умноженному на квадрат радиуса. Это означает, что каждый линейный сантиметр сосиски имеет объем (1,25 х 1,25 х 3,14) = 5 кубических сантиметров.

Масса любого объекта - это плотность, умноженная на объем. По словам производителя сосисок, которые мастер использовал, каждая сосиска весила 57 граммов. При её длине около 12 см, это дает объем около 4,8 г на см. Получается плотность сосиски чуть ниже 1 грамма на кубический сантиметр.

Комбинируя эти энергозатраты на сантиметр и массу на сантиметр, получается, что в сосиску каждую минуту добавляется 117 / 4,8 = 24 калорий энергии на грамм. Таким образом, каждую секунду мы получаем достаточно энергии, чтобы повышать температуру хот-дога примерно на 24 градуса по Цельсию каждую минуту, когда ее внутренняя температура составляет около 20 ° C.

Но это верно при идеальных условиях без потерь. Учитывая потери, фактическая чистая эффективность плиты составляет около 20%, повышение температуры хот-дога и должно составлять около 5 градусов Цельсия в минуту при ярком солнечном свете. Чтобы нагреть сосиску до температуры 80 ° C от начальной температуры 20 ° C, понадобиться около 15 минут.

Шаг второй: резка
Макет печи мастер спроектировал, используя программу Easel Inventable. Затем на станке ЧПУ была порезана фанера.
Файлы для резки можно скачать ниже.
hotdog.py
sundogger-edited.svg
sundogger.svg
design.svg

Шаг третий: доработка деталей
После вырезки необходимо детали разъединить и обработать. Мастер обрезает соединения и шлифует проблемные места напильником и наждачной бумагой.

Шаг четвертый: сборка
Теперь можно приступить к сборке солнечной печи.
Сначала мастер собирает рамку. Для фиксации деталей использует столярный клей и мебельные винты. После сборки рамки мастер покрывает несколькими слоями шеллака.

Теперь нужно закрепить фольгированную бумагу.

Проблема освоения возобновляемых источников энергии с каждым годом становится всё более актуальной. Интерес к этим ним постоянно растет, поскольку во многих отношениях они неограниченны, а ископаемое топливо конечно и дорогостояще. Эта проблема актуальна как в общемировом масштабе, так и в частной жизни. Можно ли использовать возобновляемые источники энергии в повседневной жизни отдельно взятой семьи? Можно ли, применяя различные конструкции, использовать солнечную энергию?

Летом я часто езжу на рыбалку, и вопрос приготовления еды там связан с разжиганием костра, а значит, поиском дров, подготовкой площадки, не говоря уже о технике безопасности. Во многих местах зачастую вообще запрещено разводить огонь. Как же тогда готовить пищу? В связи с этим меня особенно интересует вопрос получения тепла из энергии света. Поиск ответов на поставленные вопросы определил задачи моего исследования:

Изучить, что такое солнечная энергия и каковы особенности её использования.

Изучить историю развития солнечной энергетики в целом и гелиотермальной энергетики, в частности.

Рассмотреть возможности применения гелиотермальных конструкций (солнечных печей).

Сконструировать несколько моделей солнечных печей.

Провести эксперимент с целью установить, в какой печи быстрее и эффективнее можно приготовить еду.

Провести презентацию и продемонстрировать достоинства и недостатки солнечной печи.

Цель: изготовить солнечную печь самостоятельно в домашних условиях и продемонстрировать результаты её работы.

Актуальность данной работы обусловлена малой осведомленностью школьников об альтернативных источниках энергии и возможностью их применения в повседневной жизни.

Гипотеза моего исследования: можно изготовить своими руками печь, работающую на солнечной энергии.

Объект исследования – солнечная печь.

Предмет исследования – тепловая энергия, полученная путем преобразования солнечной энергии.

Методы исследования: изучение и сбор информации в печатных изданиях, интернет-сайтах; изготовление солнечных печей разных конструкций; эксперимент.

Практическая значимость моей работы: в результате исследования я выяснил, как можно использовать энергию Солнца для получения тепла с целью приготовления пищи, изготовил несколько различных моделей солнечных печей и доказал, что они работают эффективно, представил результаты своей работы на презентации с целью продемонстрировать возможности применения солнечной печи.

Обзор литературы . В процессе работы я использовал интернет-источники для получения информации о возобновляемых источниках энергии (7), возможностях применения солнечной энергии (10, 11, 15), истории развития солнечной энергетики (6, 13). Используя энциклопедии и учебники по физике, я узнал, как солнечная энергия превращается в тепловую (2), какие конструкции необходимы для сбора солнечной энергии (1, 3). В статьях я прочитал о существующих солнечных печах (5, 12, 14), узнал о том, как можно изготовить такую печь своими руками (4, 8, 9). Информация, найденная в Википедии, позволила мне убедиться в том, что применение солнечной печи в Омске будет возможно (16).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Солнечная энергия и особенности её использования

Одним из основных источников энергии является Солнце. Солнечная энергия – это энергия излучения (в основном света), образующаяся в результате реакций в недрах Солнца. Поскольку ее запасы практически неистощимы (астрономы подсчитали, что Солнце будет «гореть» еще несколько миллионов лет), ее относят к возобновляемым энергоресурсам .

Сфера применения солнечной энергии довольно обширна, и с каждым годом она расширяется. Ведь энергия солнца сравнительно дешева, неисчерпаема и экологична. Использование всего 0,0125% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а 0,5% - полностью покрыть потребности на перспективу .

Солнечную энергию используют для получения электрической, механической и тепловой энергии как в промышленных масштабах, так и для частных нужд.

Солнечная энергия падает на поверхность Земли довольно равномерно, нигде не достигая особой интенсивности. Для эффективного использования её нужно уловить, сконцентрировать и превратить в форму, которую можно использовать для бытовых, промышленных и транспортных нужд .

С этой целью конструируются солнечные коллекторы. Они используются для электроснабжения, теплоснабжения (горячего водоснабжения, отопления), сушки различных продуктов и материалов, в сельском хозяйстве, в технологических процессах в промышленности.

Однако, помимо неоспоримых плюсов (неисчерпаемость и безопасность для окружающей среды), использование солнечной энергии имеет ряд минусов. Они представлены в Приложении 1. Там же представлены варианты решения указанных проблем. Особенности, связанные с гелиотермальной энергетикой (получением тепла из солнечной энергии), рассмотрены в следующих главах данной работы.

История развития солнечной энергетики

С давних пор человечество начало использовать энергию Солнца с целью получения тепла. По археологическим данным известно, что древние люди обустраивали свои жилища в открытых солнечным лучам местах.

Древние греки и римляне также старались использовать солнечную энергию для освещения и обогрева своих жилищ. Древнегреческий драматург Эсхил писал, что цивили­зованные народы тем и отличаются от варваров, что их дома «обра­щены лицом к солнцу». Римский писатель Плиний Младший указы­вал, что его дом, расположенный севернее Рима, «собирал и увели­чивал тепло солнца за счет того, что его окна располагались так, чтобы улавливать лучи низкого зим­него солнца».

В 287 году до н. э., Архимед сконструировал солнечную пушку при помощи зеркал и отполированных до блеска щитов. Согласно легенде, во время осады Сиракуз римским флотом этой пушкой защитники города сожгли корабли противника .

В 1839 году француз Александр Беккерель открыл фотогальванический элемент. А спустя 44 года Чарльз Фриттс сконструировал первый модуль с использованием солнечной энергии. Именно 1883 год принято считать годом рождения эры солнечной энергетики. А в 1905 году Альберт Эйнштейн дал его объяснение этого явления с позиции квантовой теории. В 1921 году за это открытие он был удостоен Нобелевской премии .

В то время использование солнечной энергии для получения электричества и тепла осуществлялось в основном с научными целями. Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам ХХ столетия. В 1989 году американской фирмой Loose industries была введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция, которая продемонстрировала, что газ и Солнце как основные источники энергии ближайшего будущего способны дополнять друг друга. В ночное время и зимой энергию дает газ, а летом и в дневное время – Солнце .

Солнечное теплоснабжение получило развитие во многих странах мира. Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы площадью 10 млн. кв.м, что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. тонн.

Одним из лидеров использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено примерно 2600 гелиоустановок на кремниевых фото-преобразователях мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Программа «Солар-91» вносит существенный вклад в решение проблемы энергетической независимости Швейцарии, которая импортирует более 70% энергии .

В 2010 году в Белгородской области была введена в эксплуатацию первая в России промышленная солнечная станция мощностью 100 кВт; разрабатываются проекты строительства станций в Ставропольском крае («Хевел») и Иркутской области («НИТОЛ»). Однако в целом в России солнечная энергетика пока развита слабо. Использование солнечных коллекторов в России составляет около 0,2 кв.м на 1000 чел. Для сравнения: в Германии эксплуатируется 140 кв.м на 1000 чел., в Австрии 450 кв.м. на 1000 чел., на Кипре около 800 кв.м. на 1000 чел.

По данным Объединенного института высоких температур РАН, на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/кв.м (для сравнения: на юге Испании - 5,5-6,0 кВтч/кв.м, на юге Германии - до 5 кВтч/кв.м). То есть показатели, сравнимые с европейскими условиями, где солнечная энергетика широко распространена .

Солнечная энергетика обладает огромным потенциалом в таких районах как Краснодарский край, Ставрополье, Якутия, Магаданская область и Сибирь. Применение солнечной энергии особенно полезным будет для регионов, где подключение к единой энергосистеме обойдется слишком дорого. К таким регионам относятся районы Восточной Сибири и Дальнего Востока, на долю которых выпадает большое количество солнечных часов.

Возможности применения гелиотермальных конструкций

Предметом исследования в данной работе стала тепловая энергия, получаемая из солнечной, поэтому рассмотрим особенности её применения подробнее.

Преобразование солнечной энергии в тепловую обеспечивается за счет способности атомов вещества поглощать электромагнитное излучение. При этом энергия электромагнитного излучения преобразуется в кинетическую энергию атомов и молекул, то есть в тепловую энергию. Результатом этого процесса является повышение температуры тела .

Примером могут служить камни, раскаленные на солнце в жаркий солнечный день. Однако в других погодных условиях или для того, чтобы температура тела достигла более высоких величин, необходимо уловить большее количество солнечных лучей, сконцентрировать их и направить на нагреваемую поверхность. Это можно сделать с помощью гелиотермальных конструкций (или солнечных печей) .

Самая большая солнечная печь в мире была построена во Франции в 1970 году в Пиренейских горах, на высоте 1700 метров, где воздух чист, более 300 дней в году светит солнце и очень мало пыли, которая мешала бы отражению солнца (Рис.1) .

Крупнейшая на территории бывшего СССР солнечная печь находится в Узбекистане, около 45 км от Ташкента на высоте 1050 метров (Рис. 2) .

На склоне горы установлены в шахматном порядке зеркала – гелиостаты, которые отражают солнечные лучи на концентратор, представляющий собой зеркало размером почти в 2000 квадратных метров. Концентратор собирает лучи в одну точку, и отражает их в печь, высотой с девятиэтажный дом. Температура в печи достигает 3000-4000 градусов . Солнечных печей такого размера в мире всего две. В основном они используются для научных исследований в области плавления металлов.

К настоящему времени изобретены и изготовлены гелиоконструкции гораздо меньших размеров. Они направлены актуальны для промышленного использования: для обогрева зданий, нагрева воды, приготовлении пищи.

В районах альпийского высокогорья, где нерентабельно прокладывать линии электропередач, строятся автономные гелиоустановки. Их монтируют на крышах и фасадах зданий. Одна установка занимает примерно 20-30 квадратных метров. Она вырабатывает достаточно энергии для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома.

Крупные фирмы также монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции, способные покрыть потребности предприятия в электричестве и тепле на 50-70%. Так, солнечные панели, установленные по заказу фирмы Biral на крыше ее производственного корпуса в Мюнзингене, почти полностью покрывают технологические потребности предприятия в тепле и электроэнергии.

Можно сделать вывод, что развитые европейские страны активно используют солнечную энергию для получения электричества и тепла для обогрева зданий. А вот использование гелиотермальных установок для приготовления пищи особенно актуально в развивающихся странах, где топливо очень дорого для подавляющего большинства населения (Индия, Мали, Кения, Пакистан), а солнечная энергия присутствует в избытке.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Солнечная печь

Объектом исследования данной работы стало устройство, позволяющее преобразовать солнечную энергию в тепловую, – гелиотермальная установка. Особенно меня заинтересовала возможность самостоятельно изготовить небольшую солнечную печь, которая может использоваться в повседневной жизни для приготовления пищи.

Актуальность применения подобных печей подтвердили результаты конкурса, организованного газетой The Financial Times и благотворительной организацией Forum for the Future. Участники представляли проекты, которые могут положительно сказаться на состоянии окружающей среды. Победителем стал норвежский изобретатель Йон Бомер, предложивших простую конструкцию солнечной печи из картонной коробки и куска фольги .

Комиссар ООН по беженцам поддержал использование таких печей в лагере беженцев Иридими, где нашли убежище около 18 тысяч людей, вынужденных покинуть Суданскую провинцию Дарфур. В этом регионе нет местных энергоносителей. В результате проекта ООН, беженцы получили около 15 тысяч картонных солнечных печей для приготовления пищи. Как мы видим, использование подобных конструкций актуально во всем мире.

Почему еду лучше готовить в солнечной печи? Во-первых, это удобно: можно положить продукты в кастрюлю, поставить в печь и заниматься другими делами . Еда, приготовленная солнцем, не подгорит, не прилипнет к посуде и не переварится. Это особенно актуально на отдыхе или на рыбалке, когда не хочется тратить время на приготовление обеда. Нужно лишь периодически поворачивать печь вслед за движением солнца.

Во-вторых, солнечная печь не требует денежных вложений. За нее нужно заплатить только один раз при покупке или изготовить самостоятельно из подручных материалов. При использовании солнечной печки не придется покупать уголь и баллоны с газом или платить за электричество,

В-третьих, можно готовить еду на улице в течение всего лета, тем самым сохраняя прохладу внутри дома.

В-четвертых, солнечные печи не наносят вреда окружающей среде. Воздух не загрязняется дымом или парниковыми газами. Готовить в такой печи можно даже в парках, где обычно запрещено разведение открытого огня. Солнечная печь не представляет никакой угрозы возгорания.

В-пятых, солнечная печь не зависит от электричества, что позволяет не зависеть от перебоев с электроэнергией, которые частенько случаются, например, на дачном участке.

Конечно, у солнечной печи есть и ряд недостатков:

Еда в некоторых моделях солнечных печей приготовляется медленно (с другой стороны это можно рассматривать как достоинство, ведь медленно приготовленная пища содержит больше витаминов).

Солнечная печь работает только когда светит Солнце.

Нужны первоначальные затраты на приобретение печи или на её изготовление.

В зависимости от типа конструкции, выделяют три основных вида солнечных печей: коробочная печка, с зеркалом-концентратором, комбинированная печь.

Я решил изготовить три вида печей и сравнить их между собой – по стоимости, сложности конструкции и быстроте приготовления пищи.

Изготовление коробочной солнечной печи

Благодаря своим преимуществам, солнечные коробочные печи являются наиболее распространенным видом солнечных печей. Они бывают разных видов: промышленного производства 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).

Коробочная печь применяется для небыстрого приготовления еды в большом количестве. Это коробка со стеклянным или пластиковым верхом с наличием отражательных зеркал. Как правило, требует теплоизоляции .

Такую печь можно сделать совсем просто (из двух обувных коробок разного размера) или чуть посложнее, но из более долговечных материалов – из металла и дерева. Примеры коробочных печей представлены на Рис.3

Рис. 3. Примеры коробочных солнечных печей

Я решил изготовить коробочную солнечную печь из картона. Для этого мне понадобились следующие материалы: две обувные коробки разного размера, утеплитель (минеральная вата, кусок пенопласта), фольга, черная пленка и кусок стекла (Рис.4).

Рис. 4. Изготовление коробочной солнечной печи

Я взял большую коробку, выстелил её дно слоем ваты. Маленькую коробку я оклеил изнутри фольгой и вставил внутрь большой коробки. Затем я проложил между стенок коробок пенопласт для теплоизоляции. Наружную сторону большой коробки я оклеил черной пленкой. Сверху печь накрывается стеклом , которое пропускает солнечное излучение в ящик и удерживает тепло внутри .

Внешняя крышка коробки также оклеена фольгой , будучи откинутой, она усиливает падающее излучение, а в закрытом виде улучшает теплоизоляцию печи (Рис.) .

Рис. 5. Готовая коробочная солнечная печь

Стоимость изготовления печки составила 50 рублей (стоимость фольги, остальные материалы не потребовали финансовых затрат).

Изготовление солнечной печи с зеркалом-концентратором

Солнечная печь с зеркалом-концентратором представляет собой вогнутое зеркало, собирающее солнечные лучи. В фокусе такого зеркала располагается кастрюля, в которой готовится пища. Особенность такой печки – большая температура нагрева. Это очень удобно, когда нужно быстро приготовить небольшое количество пищи.

Солнечную печь с зеркалом-концентратором также можно изготовить из разных материалов (картон, пластик, дерево или металл, отражающим материалом могут стать фольга или зеркало). Зеркало-концентратор можно сконструировать самостоятельно, а можно использовать старую спутниковую тарелку или даже зонтик.

Примеры печей с зеркалом-концентратором приведены на Рис.6.

Рис. 6. Примеры солнечных печей с зеркалом-концентратором

Основная сложность при изготовлении такого зеркала – соблюсти его параболическую форму. Только в зеркале такой формы солнечные лучи будут собираться в одной точке (Рис.7.) .

Рис. 7. Схема падения и отражения солнечных лучей в сферическом и параболическом зеркале

Кроме того, нужно правильно рассчитать точку фокуса, чтобы солнечные лучи приходились точно на кастрюлю. Её можно найти экспериментальным путем. Для этого концентратор нужно установить перпендикулярно солнцу, поднести кусок деревянной доски к центру и постепенно отводить от концентратора. Минимальное солнечное пятно и будет являться точкой фокуса.

При этом обязательно нужно соблюдать технику безопасности, так как в данном месте сконцентрирована высокая энергия, и дерево может воспламениться. Поэтому необходимо использовать индивидуальные средства защиты (солнечные очки или сварочную маску и кожаные или брезентовые перчатки).

Для изготовления солнечной печи с зеркалом-концентратором я решил использовать спутниковую тарелку, поскольку она сконструирована так, чтобы собирать солнечные лучи в определенной точке. Кроме того, мне понадобился рулон фольги (Рис.8).

Рис. 8. Изготовление солнечной печи с зеркалом-концентратором

На рисунке 9 представлена фотография печи, которая у меня получилась.

Рис. 9. Готовая солнечная печь с зеркалом-концентратором

Стоимость изготовления такой печи с зеркалом-концентратором составила 300 рублей (250 руб. старая спутниковая тарелка, 50 руб. фольга).

Изготовление комбинированной солнечной печи

Комбинированная солнечная печь имеет очень простую конструкцию. Она представляет собой зеркало-концентратор, состоящее из нескольких плоских отражающих поверхностей (зеркал или обклеенных фольгой картонных листов) и кастрюли, которая термоизолирована от окружающего воздуха полиэтиленовым пакетом.

Для изготовления такой печи мне понадобилась металлическая фольга и картон. На картоне я начертил развертку будущей печки (выкройка приведена в Приложении 2) и обклеил её фольгой (Рис.10).

Рис. 10. Изготовление комбинированной солнечной печи

Особенностью данной конструкции является её компактность и мобильность. Она складывается в компактный блок размером 33*33 см. Схема сворачивания печи приведена в Приложении 3.

На рисунке 11 представлена фотография печи, которая у меня получилась.

Рис. 11. Готовая комбинированная солнечная печь

Стоимость изготовления такой печки составила 50 руб. (стоимость фольги).

Кастрюля, используемая при готовке, должна быть черной, так как черный цвет лучше других поглощает солнечные лучи. Самый лучший вариант – тонкостенная алюминиевая кастрюля (она быстро нагревается и не подвержена коррозии). Поскольку в продаже нет черных алюминиевых кастрюль, я решил их закоптить (Рис.12

Рис. 12. Кастрюли, используемые для приготовления пищи в солнечных печах

Точно такая же кастрюля используется и в других моделях солнечных печей. Кастрюлю, используемую в комбинированной солнечной печи, следует поместить в термостойкий пакет для лучшей теплоизоляции.

Эксперимент

Одной из задач моего исследования стало проведение эксперимента с целью установить, в какой печи быстрее и эффективнее получится приготовить пищу.

При проведении эксперимента я решил сварить кашу при помощи всех изготовленных мной солнечных печей. Кашу я решил приготовить по следующему рецепту: 1 стакан воды, полстакана гречки, соль (Рис.13).

Рис. 13. Продукты, необходимые для проведения эксперимента

Для проведения эксперимента я выбрал солнечный день 14 августа (температура воздуха в этот день составляла 27 градусов).

Сначала я вскипятил воду: установил печки, поставил кастрюли и налил в каждую стакан воды. В печи с зеркалом-концентратором вода закипела через 5 минут. В комбинированной печи – через час, в коробочной – через 1 час 10 минут. После закипания воды я положил гречку (Рис.14).

Рис. 14. Приготовление каши в различных моделях солнечных печей

В печи с зеркалом-концентратором каша сварилась за 13 минут (т.е. через 18 минут после начала эксперимента). В комбинированной печи каша приготовилась за 50 минут после закладки крупы (т.е. через 1 час 50 минут после начала эксперимента). В коробочной солнечной печи каша сварилась за 1 час 10 минут после закладки крупы (т.е. через 2 часа 20 минут после начала эксперимента).

Можно сделать вывод, что самой быстрой является солнечная печь с зеркалом-концентратором. Однако мне пришлось поворачивать её вслед за Солнцем и соблюдать технику безопасности, так как температура нагрева в точке фокуса была очень высокой. Комбинированная и коробочная солнечные печи приготовили кашу гораздо позже, однако она получилась более вкусной и рассыпчатой. Солнечная печь с зеркалом-концентратором более громоздкая и имеет более строгие требования по технике безопасности. Зато она надежнее картонных конструкций, и еда в ней приготовляется гораздо быстрее. Её можно использовать для того, чтобы быстро вскипятить воду или разогреть еду на приусадебном участке.

Можно изготовить все три модели солнечных печей и использовать их в различных жизненных ситуациях, как это сделал я.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования я выяснил, что использование солнечной энергии актуально во всем мире.

В теоретической части исследования я узнал, что такое солнечная энергия и рассмотрел особенности её использования в различных областях жизнедеятельности человека; познакомился с историей развития солнечной энергетики; узнал современные возможности применения гелиотермальных конструкций.

В практической части исследования я рассмотрел, что такое солнечная печь; узнал её достоинства и недостатки; выяснил, какие типы конструкций бытовых солнечных печей бывают; изготовил самостоятельно из подручных материалов три модели солнечных печей; провел сравнительный эксперимент и убедился в том, что использование солнечной печи в Омске оправданно и эффективно.

Практическая значимость моего исследования: в процессе изучения данной темы я выяснил, как можно своими руками из подручных материалов изготовить солнечную печь для приготовления пищи. На презентации я рассказал своим одноклассникам об исследовании и познакомил их с особенностями работы солнечной печки. Я снял свой эксперимент на видео и выложил в сеть Интернет. Думаю, что демонстрация простоты использования солнечных печей привлечет внимание людей и побудит их изготовить подобную печь с целью экономии невосполняемых источников энергии.

В будущем я бы хотел продолжить исследования, изучить теоретические основы преобразования солнечной энергии в тепловую, научиться рассчитывать мощность солнечных печей. Я планирую изготовить солнечную печь большего размера и использовать её для обогрева жилья на дачном участке и подогрева вода для летнего душа.