Kuchenki słoneczne
Paraboliczne kuchenki słoneczne skupiają światło słoneczne w jednym punkcie. Kiedy ten punkt jest skupiony na dnie garnka, może szybko podgrzać garnek do bardzo wysokich temperatur, które często mogą być porównywalne z temperaturami osiąganymi w grillach gazowych i węglowych. Te rodzaje kuchenki słoneczne są szeroko stosowane w kilku regionach świata, przede wszystkim w Chinach i Indiach, gdzie setki tysięcy rodzin obecnie używać paraboliczne kuchenki słoneczne do przygotowywania żywności i podgrzewania wody. Niektóre projekty parabolicznych kuchenek słonecznych w Chinach redukują od 1 do 4 ton dwutlenku węgla rocznie i otrzymują kredyty węglowe w ramach mechanizmu czystego rozwoju (CDM) i Złotego Standardu.
Niektóre paraboliczne kuchenki słoneczne zawierają najnowocześniejsze materiały i projekty, które prowadzą do wydajności energii słonecznej >90%. Inne są wystarczająco duże, aby nakarmić tysiące ludzi każdego dnia, takie jak słoneczna miska w Auroville w Indiach, która przygotowuje 2 posiłki dziennie dla 1000 osób.
Jeśli reflektor jest osiowo symetryczny i ukształtowany tak, że jego przekrój jest parabolą, ma właściwość sprowadzania równoległych promieni światła (takich jak światło słoneczne) do punktu skupienia. Jeśli oś symetrii jest skierowana w stronę słońca, każdy obiekt znajdujący się w ognisku otrzymuje silnie skoncentrowane światło słoneczne, a zatem staje się bardzo gorący. Jest to podstawa wykorzystania tego rodzaju reflektora do gotowania solarnego.
Paraboloidalne reflektoryEdit
Paraboloidy są krzywymi złożonymi, które są trudniejsze do wykonania za pomocą prostego sprzętu niż krzywe pojedyncze. Chociaż paraboloidalne kuchenki słoneczne mogą gotować równie dobrze lub lepiej niż konwencjonalna kuchenka, są one trudne do ręcznego skonstruowania. Często reflektory te są wykonywane przy użyciu wielu małych segmentów, które są pojedynczymi krzywymi, które razem przybliżają krzywe złożone.
Ale chociaż paraboloidy są trudne do wykonania z płaskich arkuszy stałego materiału, mogą być wykonane dość prosto przez obracanie otwartych pojemników, które trzymają ciecze. Górna powierzchnia cieczy, która jest obracana ze stałą prędkością wokół pionowej osi, w naturalny sposób przybiera formę paraboloidy. Siła odśrodkowa powoduje, że materiał przesuwa się na zewnątrz od osi obrotu, aż do momentu, gdy na powierzchni powstanie wystarczająco głębokie wgłębienie, aby siła ta została zrównoważona przez wyrównujący efekt grawitacji. Okazuje się, że to wgłębienie jest dokładną paraboloidą. (Patrz: Teleskop z ciekłym zwierciadłem.) Jeśli materiał zestali się podczas rotacji, paraboloidalny kształt zostanie zachowany po zatrzymaniu rotacji i może być użyty do wykonania reflektora. Ta technika rotacji jest czasami używana do produkcji paraboloidalnych zwierciadeł dla teleskopów astronomicznych, a także w kuchenkach słonecznych. Urządzenia do konstruowania takich paraboidów znane są jako piece obrotowe.
Paraboloidalne reflektory generują wysokie temperatury i szybko się gotują, ale wymagają częstej regulacji i nadzoru dla bezpiecznej pracy. Istnieje ich kilkaset tysięcy, głównie w Chinach. Są one szczególnie przydatne do indywidualnego gotowania w gospodarstwach domowych i instytucjach na dużą skalę.
Kuchenka Schefflera (nazwana tak na cześć jej wynalazcy, Wolfganga Schefflera) wykorzystuje duży, idealnie paraboloidalny reflektor, który jest obracany wokół osi równoległej do osi ziemskiej za pomocą mechanicznego mechanizmu, obracającego się z prędkością 15 stopni na godzinę, aby skompensować ruch obrotowy Ziemi. Oś przechodzi przez środek masy reflektora, co pozwala na łatwe obracanie reflektora. Naczynie do gotowania jest umieszczone w ognisku, które znajduje się na osi obrotu, więc lustro skupia na nim światło słoneczne przez cały dzień. Lustro musi być od czasu do czasu przechylane wokół osi prostopadłej, aby skompensować sezonowe zmiany w deklinacji Słońca. Ta prostopadła oś nie przechodzi przez naczynie do gotowania. Dlatego też, gdyby reflektor był sztywną paraboloidą, jego ognisko nie pozostałoby nieruchome w naczyniu do gotowania podczas przechylania reflektora. Aby utrzymać ognisko w miejscu, kształt reflektora musi się zmieniać. Pozostaje on paraboloidalny, ale jego ognisko i inne parametry zmieniają się w miarę przechylania. Reflektor Schefflera jest zatem elastyczny i może być wyginany w celu dostosowania jego kształtu. Często składa się on z dużej liczby małych płaskich sekcji, takich jak szklane lustra, połączonych ze sobą za pomocą elastycznego tworzywa sztucznego. Rama, która podtrzymuje reflektor, zawiera mechanizm, który może być użyty do przechylenia go, a także do odpowiedniego wygięcia. Lustro nigdy nie jest dokładnie paraboloidalne, ale zawsze jest wystarczająco blisko do celów gotowania.
Czasami obracający się reflektor znajduje się na zewnątrz, a odbite światło słoneczne przechodzi przez otwór w ścianie do wewnętrznej kuchni, często dużej wspólnej, gdzie odbywa się gotowanie.
Paraboloidalne reflektory, których środki masy pokrywają się z ich punktami ogniskowymi, są użyteczne. Mogą one być łatwo obracane, aby podążać za ruchami słońca na niebie, obracając się wokół dowolnej osi, która przechodzi przez ognisko. Dwie prostopadłe osie mogą być użyte, przecinając się w ognisku, aby umożliwić paraboloidom podążanie zarówno za dziennym, jak i sezonowym ruchem Słońca. Garnek do gotowania pozostaje nieruchomy w ognisku. Jeżeli reflektor paraboloidalny jest osiowo symetryczny i wykonany z materiału o jednakowej grubości, jego środek masy pokrywa się z ogniskiem, jeżeli głębokość reflektora, mierzona wzdłuż osi symetrii od wierzchołka do płaszczyzny krawędzi, jest 1,8478 razy większa od jego ogniskowej. Promień obręczy reflektora jest 2,7187 razy większy od ogniskowej. Promień kątowy obręczy, widziany z punktu ogniskowego, wynosi 72,68 stopni.
Koryta paraboliczneEdit
Koryta paraboliczne są używane do koncentracji światła słonecznego do celów energii słonecznej. Niektóre kuchenki słoneczne zostały zbudowane, które wykorzystują je w ten sam sposób. Ogólnie rzecz biorąc, koryto jest ustawione z jego linii ogniskowej poziomo i wschód-zachód. Żywność, która ma być gotowana jest ułożona wzdłuż tej linii. Rynna jest skierowana w taki sposób, że jej oś symetrii jest skierowana w stronę słońca w południe. Wymaga to przechylania koryta w górę i w dół w miarę upływu pór roku. W czasie równonocy nie ma potrzeby przesuwania koryta w ciągu dnia, aby śledzić słońce. W innych porach roku istnieje okres kilku godzin w okolicach południa każdego dnia, kiedy śledzenie nie jest potrzebne. Zazwyczaj kuchenka jest używana tylko w tym okresie, więc nie jest w nią wbudowany automatyczny system śledzenia słońca. Ta prostota czyni tę konstrukcję atrakcyjną w porównaniu z paraboloidą. Ponadto, będąc pojedynczą krzywą, reflektor korytkowy jest prostszy w konstrukcji. Jednak cierpi z powodu niższej wydajności.
Możliwe jest użycie dwóch parabolicznych koryt, zakrzywione w prostopadłych kierunkach, aby przynieść światło słoneczne do punktu ostrości, jak to robi paraboloidal reflector.The przychodzące światło uderza jeden z koryt, które wysyła go w kierunku ostrości linii. Drugie koryto przechwytuje zbiegające się światło i skupia je w punkcie.
W porównaniu z pojedynczą paraboloidą, użycie dwóch częściowych koryt ma ważne zalety. Każda rynna jest pojedynczą krzywą, którą można wykonać po prostu przez zginanie płaskiego arkusza metalu. Ponadto światło, które dociera do docelowego garnka, jest skierowane mniej więcej w dół, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia oczu osób znajdujących się w pobliżu. Z drugiej strony, są też wady. Potrzebna jest większa ilość materiału lustrzanego, co zwiększa koszty, a światło jest odbijane przez dwie powierzchnie zamiast jednej, co nieuchronnie zwiększa ilość, która jest tracona.
Dwa koryta są utrzymywane w stałej orientacji względem siebie dzięki temu, że są przymocowane do ramy. Cały zespół ramy i koryta musi być przesuwany, aby śledzić słońce, gdy porusza się ono po niebie. Dostępne są komercyjnie wykonane kuchenki wykorzystujące tę metodę.W praktycznych zastosowaniach (jak w reflektorach samochodowych) wklęsłe zwierciadła mają kształt paraboliczny
Zwierciadła sferyczneEdit
Odbłyśniki sferyczne działają podobnie jak odbłyśniki paraboloidalne, takie, że oś symetrii jest skierowana w stronę słońca, tak że światło jest skupione do ogniska. Jednak ostrość reflektora sferycznego nie będzie punkt ostrości, ponieważ cierpi z powodu zjawiska znanego jako aberracja sferyczna. Niektóre anteny koncentrujące (takie jak anteny satelitarne), które nie wymagają precyzyjnego ogniska, wybierają krzywiznę sferyczną zamiast paraboloidy. Jeżeli promień brzegu reflektora sferycznego jest mały w porównaniu z promieniem krzywizny jego powierzchni (promień kuli, której reflektor jest częścią), reflektor jest zbliżony do paraboloidy o ogniskowej równej połowie promienia krzywizny.
Technologia rur próżniowychEdit
Słoneczne kuchenki próżniowe rurowe są zasadniczo zamknięte próżniowo pomiędzy dwiema warstwami szkła. Próżnia pozwala tubie działać zarówno jako „super” szklarnia, jak i izolator. Centralna rura kuchenna wykonana jest ze szkła borokrzemianowego, odpornego na szok termiczny, a pod jej powierzchnią znajduje się próżnia, która izoluje wnętrze. Wnętrze tuby wyłożone jest miedzią, stalą nierdzewną i aluminium nitrylowym, aby lepiej pochłaniać i przewodzić ciepło z promieni słonecznych.