Solární vařič
Parabolické solární vařiče soustřeďují sluneční světlo do jednoho bodu. Když se tento bod soustředí na dno hrnce, může ho rychle ohřát na velmi vysokou teplotu, která může být často srovnatelná s teplotami dosahovanými v plynových grilech a grilech na dřevěné uhlí. Tyto typy solárních vařičů se hojně využívají v několika oblastech světa, především v Číně a Indii, kde parabolické solární vařiče v současnosti používají statisíce rodin k přípravě jídla a ohřevu vody. Některé projekty parabolických solárních vařičů v Číně snižují produkci 1 až 4 tun oxidu uhličitého ročně a získávají uhlíkové kredity prostřednictvím mechanismu čistého rozvoje (CDM) a zlatého standardu.
Některé parabolické solární vařiče využívají špičkové materiály a konstrukce, které vedou k účinnosti solární energie >90 %. Jiné jsou dostatečně velké, aby denně nasytily tisíce lidí, jako například solární miska v Auroville v Indii, která denně připraví 2 jídla pro 1 000 lidí.
Pokud je reflektor osově symetrický a má tvar paraboly, má tu vlastnost, že přivádí rovnoběžné světelné paprsky (například sluneční světlo) do bodového ohniska. Pokud osa symetrie směřuje ke Slunci, na jakýkoli objekt, který se nachází v ohnisku, dopadá vysoce koncentrované sluneční světlo, a proto se velmi zahřívá. To je základem pro použití tohoto typu reflektoru pro solární vaření.
Paraboloidní reflektoryEdit
Paraboloidy jsou složené křivky, které se s jednoduchým vybavením vyrábějí obtížněji než jednoduché křivky. Přestože paraboloidní solární vařiče mohou vařit stejně dobře nebo lépe než běžná kamna, jejich ruční konstrukce je obtížná. Často se tyto reflektory vyrábějí pomocí mnoha malých segmentů, které jsou všechny jednoduchými křivkami, které se dohromady přibližují složeným křivkám.
Ačkoli je obtížné vyrobit paraboloidy z plochých plátů pevného materiálu, lze je vyrobit poměrně jednoduše otáčením nádob s otevřeným víkem, které obsahují kapaliny. Horní povrch kapaliny, která se otáčí konstantní rychlostí kolem svislé osy, má přirozeně tvar paraboloidu. Odstředivá síla způsobuje, že se materiál pohybuje směrem ven od osy otáčení, dokud se na povrchu nevytvoří dostatečně hluboká prohlubeň, aby se síla vyrovnala vyrovnávacím účinkem gravitace. Ukazuje se, že tato prohlubeň má tvar přesného paraboloidu. (Viz Dalekohled s kapalinovým zrcadlem.) Pokud materiál během rotace tuhne, paraboloidní tvar se zachová i po zastavení rotace a lze jej použít k výrobě reflektoru. Tato rotační technika se někdy používá k výrobě paraboloidních zrcadel pro astronomické dalekohledy a byla také použita pro sluneční vařiče. Zařízení pro konstrukci takových paraboloidů se nazývají rotační pece.
Paraboloidní reflektory vytvářejí vysoké teploty a rychle vaří, ale pro bezpečný provoz vyžadují časté seřizování a dohled. Existuje jich několik set tisíc, především v Číně. Jsou užitečné zejména pro individuální vaření v domácnostech a ve velkých institucích.
Schefflerův vařič (pojmenovaný po svém vynálezci Wolfgangu Schefflerovi) používá velký ideálně paraboloidní reflektor, který se pomocí mechanického mechanismu otáčí kolem osy rovnoběžné se Zemí a otáčí se rychlostí 15 stupňů za hodinu, čímž kompenzuje rotaci Země. Osa prochází středem hmotnosti reflektoru, což umožňuje snadné otáčení reflektoru. Varná nádoba je umístěna v ohnisku, které leží na ose otáčení, takže zrcadlo na ni soustřeďuje sluneční světlo po celý den. Zrcadlo se musí občas naklonit kolem kolmé osy, aby se vyrovnala sezónní změna deklinace Slunce. Tato kolmá osa neprochází varnou nádobou. Pokud by tedy zrcadlo bylo tuhým paraboloidem, jeho ohnisko by při naklápění zrcadla nezůstávalo na varné nádobě. Aby ohnisko zůstalo nehybné, musí se tvar reflektoru měnit. Zůstává paraboloidní, ale jeho ohnisková vzdálenost a další parametry se při naklápění mění. Schefflerův reflektor je proto flexibilní a lze jej ohýbat, aby se upravil jeho tvar. Často se skládá z velkého počtu malých rovinných částí, například skleněných zrcadel, spojených pružným plastem. Rám, který reflektor podpírá, obsahuje mechanismus, pomocí něhož lze reflektor naklánět a také vhodně ohýbat. Zrcadlo není nikdy přesně paraboloidní, ale pro účely vaření se mu vždy dostatečně blíží.
Někdy je otočný reflektor umístěn venku a odražené sluneční světlo prochází otvorem ve zdi do vnitřní kuchyně, často velké společné, kde se vaří.
Užitečné jsou parabolické reflektory, jejichž středy hmotností se shodují s ohnisky. Lze je snadno natáčet podle pohybu Slunce na obloze a otáčet kolem libovolné osy, která prochází ohniskem. Lze použít dvě kolmé osy, které se protínají v ohnisku, aby paraboloid mohl sledovat jak denní, tak sezónní pohyb Slunce. Varná nádoba zůstává v ohnisku nehybná. Je-li paraboloidní reflektor osově souměrný a je vyroben z materiálu o stejné tloušťce, jeho těžiště se shoduje s ohniskem, jestliže hloubka reflektoru měřená podél jeho osy souměrnosti od vrcholu k rovině okraje je 1,8478násobkem jeho ohniskové vzdálenosti. Poloměr okraje reflektoru je 2,7187násobek ohniskové vzdálenosti. Úhlový poloměr okraje z pohledu od ohniska je 72,68 stupně.
Parabolické žlabyEdit
Parabolické žlaby se používají ke koncentraci slunečního světla pro účely získávání sluneční energie. Byly sestrojeny některé solární vařiče, které je využívají stejným způsobem. Obecně je žlab zarovnán tak, že jeho ohnisková čára je vodorovná a směřuje od východu na západ. Potraviny určené k vaření jsou uspořádány podél této linie. Žlab je nasměrován tak, aby jeho osa symetrie směřovala v poledne ke Slunci. To vyžaduje, aby se koryto naklápělo nahoru a dolů podle ročních období. Při rovnodennosti není třeba během dne korýtkem pohybovat, aby sledovalo slunce. V ostatních ročních obdobích je každý den kolem poledne období několika hodin, kdy není sledování nutné. Obvykle se vařič používá pouze v tomto období, takže do něj není zakomponováno automatické sledování Slunce. Tato jednoduchost činí konstrukci atraktivní ve srovnání s použitím paraboloidu. Jelikož je žlabový reflektor tvořen jedinou křivkou, je také jednodušší na konstrukci. Trpí však nižší účinností.
K přivedení slunečního světla do bodového ohniska je možné použít dva parabolické žlaby, zakřivené v kolmých směrech, stejně jako paraboloidní reflektor. přicházející světlo dopadá na jeden ze žlabů, který ho posílá do přímkového ohniska. Druhý žlab zachytí sbíhající se světlo a zaostří ho do bodu.
V porovnání s jedním paraboloidem má použití dvou dílčích žlabů důležité výhody. Každý žlab je jedna křivka, kterou lze vyrobit jednoduchým ohýbáním plochého plechu. Také světlo, které dopadá na cílový hrnec, je nasměrováno přibližně dolů, což snižuje nebezpečí poškození očí osob v blízkosti. Na druhou stranu existují i nevýhody. Je zapotřebí více zrcadlového materiálu, což zvyšuje náklady, a světlo se odráží od dvou povrchů namísto jednoho, což nevyhnutelně zvyšuje množství, které se ztrácí.
Dva žlaby jsou vůči sobě udržovány v pevné orientaci tím, že jsou oba připevněny k rámu. Celá sestava rámu a žlabů se musí pohybovat, aby sledovala Slunce při jeho pohybu po obloze. K dispozici jsou komerčně vyráběné vařiče, které používají tuto metodu.V praktických aplikacích (například ve světlometech automobilů) mají konkávní zrcadla parabolický tvar
Sférické reflektoryEdit
Sférické reflektory fungují podobně jako paraboloidní reflektory tak, že osa symetrie směřuje ke Slunci, takže světlo je soustředěno do ohniska. Ohnisko sférického reflektoru však nebude bodovým ohniskem, protože trpí jevem známým jako sférická aberace. Některé soustřeďovací antény (např. satelitní antény), které nevyžadují přesné ohnisko, volí místo paraboloidu sférické zakřivení. Je-li poloměr okraje sférického reflektoru malý ve srovnání s poloměrem zakřivení jeho povrchu (poloměr koule, jejíž je reflektor součástí), blíží se reflektor paraboloidu s ohniskovou vzdáleností rovnou polovině poloměru zakřivení.
Technologie vakuových trubicEdit
Solární vařiče s vakuovou trubicí jsou v podstatě vakuově uzavřeny mezi dvěma vrstvami skla. Vakuum umožňuje, aby trubice fungovala jako „super“ skleník a zároveň jako izolant. Centrální varná trubice je vyrobena z borosilikátového skla, které je odolné vůči tepelným šokům, a pod povrchem má vakuum, které izoluje vnitřní prostor. Vnitřek trubice je vyložen mědí, nerezovou ocelí a hliníkovým nitrilem, aby lépe absorboval a odváděl teplo ze slunečních paprsků.