Napfőző
A parabolikus napfőzők a napfényt egyetlen pontra koncentrálják. Ha ez a pont egy edény aljára fókuszálódik, akkor az edényt gyorsan nagyon magas hőmérsékletre képes felmelegíteni, ami gyakran a gáz- és faszéngrillekben elért hőmérséklethez hasonlítható. Az ilyen típusú napkollektoros tűzhelyek széles körben elterjedtek a világ számos régiójában, különösen Kínában és Indiában, ahol jelenleg családok százezrei használják a parabolikus napkollektoros tűzhelyeket ételkészítésre és vízmelegítésre. Néhány kínai parabolikus napkollektoros tűzhely-projekt évente 1-4 tonna szén-dioxidot csökkent, és a Tiszta Fejlesztési Mechanizmus (CDM) és a Gold Standard keretében szén-dioxid-krediteket kapnak.
Egyes parabolikus napkollektoros főzőkben a legmodernebb anyagokat és kialakításokat alkalmazzák, amelyek a napenergia hatásfokát >90%-ra teszik. Mások elég nagyok ahhoz, hogy naponta több ezer embert tápláljanak, mint például az indiai Auroville-ben található naptál, amely napi 2 ételt készít 1000 ember számára.
Ha egy reflektor tengelyesen szimmetrikus és úgy van kialakítva, hogy a keresztmetszete parabola legyen, akkor az a tulajdonsága, hogy a párhuzamos fénysugarakat (például a napfényt) egy pontba fókuszálja. Ha a szimmetriatengely a Nap felé irányul, a fókuszpontban lévő bármely tárgy erősen koncentrált napfényt kap, és ezért nagyon felforrósodik. Ez az alapja annak, hogy ezt a fajta reflektort napkollektoros főzéshez használják.
ParabolareflektorokSzerkesztés
A paraboloidok összetett görbék, amelyeket egyszerű eszközökkel nehezebb elkészíteni, mint az egyszerű görbéket. Bár a paraboloid alakú napkollektorok ugyanolyan jól vagy jobban főznek, mint egy hagyományos tűzhely, kézzel nehéz megépíteni őket. Gyakran ezeket a reflektorokat sok kis szegmensből készítik, amelyek mindegyike egyetlen görbe, amelyek együttesen megközelítik az összetett görbéket.
Noha a paraboloidokat nehéz sík lapokból, szilárd anyagból készíteni, elég egyszerűen elkészíthetők folyadékot tartalmazó, nyitott tetejű tartályok forgatásával. A függőleges tengely körül állandó sebességgel forgatott folyadék felső felülete természetesen paraboloid alakot vesz fel. A centrifugális erő hatására az anyag a forgástengelytől kifelé mozog, amíg a felületen elég mély mélyedés nem keletkezik ahhoz, hogy az erőt a gravitáció kiegyenlítő hatása ellensúlyozza. Kiderül, hogy a mélyedés egy pontos paraboloid. (Lásd: Folyadéktükrös távcső.) Ha az anyag forgás közben megszilárdul, a paraboloid alak a forgás leállása után is megmarad, és felhasználható reflektor készítésére. Ezt a forgatási technikát néha csillagászati távcsövek paraboloid alakú tükrök készítésére használják, és napkollektoroknál is alkalmazták már. Az ilyen paraboloidok építésére szolgáló berendezéseket forgókemencéknek nevezik.
A paraboloid alakú tükrök magas hőmérsékletet termelnek és gyorsan megsülnek, de a biztonságos működéshez gyakori beállításra és felügyeletre van szükség. Több százezer darab létezik, főként Kínában. Különösen hasznosak az egyéni háztartási és a nagyméretű intézményi főzéshez.
A Scheffler-főző (feltalálójáról, Wolfgang Schefflerről kapta a nevét) egy nagy, ideális esetben paraboloid alakú reflektort használ, amelyet egy mechanikus mechanizmus segítségével a Földdel párhuzamos tengely körül forgatnak, óránként 15 fokos fordulatszámmal, hogy kompenzálja a Föld forgását. A tengely áthalad a reflektor tömegközéppontján, így a reflektor könnyen elforgatható. A főzőedény a fókuszban helyezkedik el, amely a forgástengelyen van, így a tükör egész nap koncentrálja rá a napfényt. A tükröt időnként el kell dönteni egy merőleges tengely körül, hogy kiegyenlítse a nap deklinációjának szezonális változásait. Ez a merőleges tengely nem megy át a főzőedényen. Ezért, ha a tükör egy merev paraboloid lenne, a fókuszpontja nem maradna a főzőedényen, amikor a tükör megdől. Ahhoz, hogy a fókusz helyben maradjon, a reflektor alakjának változnia kell. Paraboloid marad, de a fókusztávolság és más paraméterek változnak, ahogy dől. A Scheffler-reflektor ezért rugalmas, és hajlítható, hogy alakját módosítani lehessen. Gyakran nagyszámú kis sík szelvényből, például üvegtükörből áll, amelyeket rugalmas műanyaggal kötnek össze. A reflektort tartó keret egy olyan mechanizmust tartalmaz, amellyel megdönthető és megfelelően hajlítható. A tükör soha nem pontosan paraboloid alakú, de a főzési célokra mindig elég közel van hozzá.
Néha a forgó reflektor a szabadban található, és a visszavert napfény egy falon lévő nyíláson keresztül jut be egy beltéri konyhába, gyakran egy nagy közösségi konyhába, ahol a főzés történik.
Hasznosak azok a parabolareflektorok, amelyek tömegközéppontja egybeesik a fókuszpontjukkal. Könnyen elforgathatók, hogy kövessék a Nap mozgását az égbolton, bármely tengely körül forogva, amely áthalad a fókuszon. Két egymásra merőleges tengelyt lehet használni, amelyek a fókuszpontban metszik egymást, így a paraboloid követni tudja a Nap napi és évszakos mozgását is. A főzőedény a fókuszban mozdulatlan marad. Ha a paraboloid tükör tengelyesen szimmetrikus és egyenletes vastagságú anyagból készült, akkor a tömegközéppontja egybeesik a fókuszával, ha a tükör mélysége a szimmetriatengelye mentén a csúcsponttól a perem síkjáig mérve a fókusztávolság 1,8478-szorosa. A fényvisszaverő peremének sugara a fókusztávolság 2,7187-szerese. A perem szögsugara a fókuszpontból nézve 72,68 fok.
Parabolikus vályúkSzerkesztés
A parabolikus vályúkat a napfény napenergia célú koncentrálására használják. Néhány napkollektoros főzőlapot is építettek, amelyek ugyanilyen módon használják őket. Általában a vályú fókuszvonala vízszintesen és kelet-nyugati irányban helyezkedik el. A főzni kívánt ételek e vonal mentén helyezkednek el. A vályút úgy irányítják, hogy szimmetriatengelye délben a Nap felé nézzen. Ehhez a vályút az évszakok előrehaladtával felfelé és lefelé kell dönteni. A napéjegyenlőségek idején a vályú napközbeni mozgatására nincs szükség, hogy a napot kövesse. Az év más időszakaiban minden nap dél körül van egy többórás időszak, amikor nincs szükség követésre. A tűzhelyet általában csak ebben az időszakban használják, ezért nincs automatikus napkövetés beépítve. Ez az egyszerűség teszi vonzóvá a konstrukciót, összehasonlítva egy paraboloid használatával. Továbbá, mivel a vályúreflektor egyetlen görbe, egyszerűbb megépíteni. A hatékonysága azonban alacsonyabb.
A paraboloid-reflektorhoz hasonlóan két, egymásra merőleges irányban görbült parabolikus vályúval is lehet a napfényt egy pontfókuszba juttatni.A beérkező fény az egyik vályúra esik, amely egy vonalfókusz felé küldi azt. A második vályú felfogja a konvergáló fényt, és egy pontra fókuszálja.
Az egyetlen paraboloiddal szemben a két részleges vályú használata fontos előnyökkel jár. Mindegyik vályú egyetlen görbe, amely egyszerűen egy lapos fémlemez meghajlításával készíthető el. Emellett a célzott főzőedénybe érkező fény nagyjából lefelé irányul, ami csökkenti a közelben tartózkodók szemének sérülésének veszélyét. Másrészt vannak hátrányai is. Több tüköranyagra van szükség, ami növeli a költségeket, és a fény egy helyett két felületről verődik vissza, ami óhatatlanul növeli a fényveszteséget.
A két vályút egymáshoz képest fix tájolásban tartják azáltal, hogy mindkettőt egy kerethez rögzítik. A keret és a vályúk teljes egységét mozgatni kell, hogy követni tudja a Napot, ahogy az az égen mozog. A kereskedelemben kaphatók olyan főzők, amelyek ezt a módszert alkalmazzák.A gyakorlati alkalmazásokban (például autófényszórókban) a homorú tükrök parabola alakúak
Gömb alakú tükrökSzerkesztés
A gömbreflektorok hasonlóan működnek, mint a parabolareflektorok, úgy, hogy a szimmetriatengely a Nap felé mutat, így a fény egy fókuszba koncentrálódik. A gömbreflektor fókusza azonban nem lesz pontfókusz, mivel a gömbi aberráció néven ismert jelenségtől szenved. Egyes koncentráló antennák (pl. parabolaantennák), amelyek nem igényelnek pontos fókuszt, a gömbgörbületet választják a parabolával szemben. Ha a gömbreflektor peremének sugara kicsi a felületének görbületi sugarához képest (annak a gömbnek a sugara, amelynek a reflektor része), akkor a reflektor megközelíti a paraboloidot, amelynek fókusztávolsága a görbületi sugár felével egyenlő.
Vákuumcsöves technológiaSzerkesztés
A vákuumcsöves napelemes főzők lényegében két üvegréteg között vákuummal vannak lezárva. A vákuum lehetővé teszi, hogy a cső “szuper” üvegházként és szigetelőként is működjön. A központi főzőcső boroszilikát üvegből készül, amely ellenáll a hőhatásnak, és a felszíne alatt vákuum található, amely szigeteli a belső teret. A cső belseje rézzel, rozsdamentes acéllal és alumínium-nitrittel van kibélelve, hogy jobban elnyelje és elvezesse a napsugarakból származó hőt.