Panela solar
Fogões solares parabólicos concentram a luz solar até um único ponto. Quando este ponto é focalizado no fundo de uma panela, pode aquecer a panela rapidamente a temperaturas muito altas, que muitas vezes podem ser comparáveis com as temperaturas alcançadas nas grelhas a gás e a carvão. Estes tipos de fogões solares são amplamente utilizados em várias regiões do mundo, especialmente na China e Índia, onde centenas de milhares de famílias utilizam actualmente fogões solares parabólicos para preparar alimentos e aquecer água. Alguns projetos de fogões solares parabólicos na China reduzem entre 1-4 toneladas de dióxido de carbono por ano e recebem créditos de carbono através do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) e Gold Standard.
alguns fogões solares parabólicos incorporam materiais e desenhos de vanguarda que levam a eficiências de energia solar >90%. Outros são suficientemente grandes para alimentar milhares de pessoas todos os dias, como a bacia solar em Auroville, na Índia, que faz 2 refeições por dia para 1.000 pessoas.
Se um reflector é axialmente simétrico e moldado de forma a que a sua secção transversal seja uma parábola, tem a propriedade de trazer os raios de luz paralelos (como a luz solar) a um foco pontual. Se o eixo de simetria é dirigido para o sol, qualquer objeto que está localizado no foco recebe luz solar altamente concentrada e, portanto, torna-se muito quente. Esta é a base para o uso deste tipo de reflector para cozedura solar.
Reflectores parabólicosEdit
Parabolóides são curvas compostas, que são mais difíceis de fazer com equipamentos simples do que com curvas simples. Embora os fogões solares parabolóides possam cozinhar tão bem ou melhor que um fogão convencional, eles são difíceis de construir à mão. Frequentemente, estes reflectores são feitos usando muitos segmentos pequenos que são todos curvas simples que juntas aproximam as curvas compostas.
Embora os parabolóides sejam difíceis de fazer a partir de folhas planas de material sólido, eles podem ser feitos simplesmente através da rotação de recipientes abertos que contêm líquidos. A superfície superior de um líquido que está sendo girada a uma velocidade constante em torno de um eixo vertical toma naturalmente a forma de um parabolóide. A força centrífuga faz com que o material se mova para fora do eixo de rotação até se formar uma depressão suficientemente profunda na superfície para que a força seja equilibrada pelo efeito de nivelamento da gravidade. Acontece que a depressão é um parabolóide exato. (Ver telescópio de espelho líquido.) Se o material solidifica enquanto está em rotação, a forma parabolóide é mantida após a interrupção da rotação, e pode ser usada para fazer um refletor. Esta técnica de rotação é por vezes utilizada para fazer espelhos parabolóides para telescópios astronómicos, e também tem sido utilizada para fogões solares. Os dispositivos para a construção desses parabolóides são conhecidos como fornos rotativos.
Refletores parabolóides geram altas temperaturas e cozinham rapidamente, mas requerem ajuste e supervisão freqüentes para uma operação segura. Existem várias centenas de milhares, principalmente na China. Eles são especialmente úteis para cozimento individual doméstico e institucional em larga escala.
Uma panela Scheffler (nome do seu inventor, Wolfgang Scheffler) utiliza um grande reflector idealmente parabolóide que é rodado em torno de um eixo que é paralelo ao da terra utilizando um mecanismo mecânico, rodando a 15 graus por hora para compensar a rotação da terra. O eixo passa através do centro de massa do refletor, permitindo que o refletor seja girado facilmente. O recipiente de cozedura está localizado no foco que está sobre o eixo de rotação, de modo que o espelho concentra a luz solar sobre ele durante todo o dia. O espelho tem de ser ocasionalmente inclinado em torno de um eixo perpendicular para compensar a variação sazonal na declinação do sol. Este eixo perpendicular não passa através do recipiente de cozedura. Portanto, se o reflector fosse um parabolóide rígido, o seu foco não permaneceria estacionário no recipiente de cozedura enquanto o reflector se inclina. Para manter o foco estacionário, a forma do refletor tem que variar. Ele permanece parabolóide, mas sua distância focal e outros parâmetros mudam conforme ele se inclina. O reflector Scheffler é portanto flexível, e pode ser dobrado para ajustar a sua forma. É frequentemente composto por um grande número de pequenas secções planas, tais como espelhos de vidro, unidas por um plástico flexível. Uma estrutura que suporta o reflector inclui um mecanismo que pode ser usado para o inclinar e também para o dobrar adequadamente. O espelho nunca é exactamente parabolóide, mas está sempre suficientemente perto para cozinhar.
Por vezes o reflector rotativo está localizado no exterior e a luz solar reflectida passa através de uma abertura numa parede para uma cozinha interior, muitas vezes uma grande cozinha comunitária, onde a cozedura é feita.
Reflectores parabolares que têm os seus centros de massa coincidentes com os seus pontos focais são úteis. Eles podem ser facilmente girados para seguir os movimentos do sol no céu, girando sobre qualquer eixo que passe através do foco. Dois eixos perpendiculares podem ser usados, cruzando-se no foco, para permitir ao parabolóide seguir tanto o movimento diário do sol como o seu movimento sazonal. O tacho de cozedura permanece estacionário no foco. Se o reflector parabolóide é axialmente simétrico e é feito de material de espessura uniforme, o seu centro de massa coincide com o seu foco se a profundidade do reflector, medida ao longo do seu eixo de simetria desde o vértice até ao plano do aro, for 1.8478 vezes a sua distância focal. O raio da jante do reflector é 2.7187 vezes a distância focal. O raio angular da jante, visto do ponto focal, é de 72,68 graus.
Canal parabólicoEdit
Canal parabólico são utilizados para concentrar a luz solar para fins de energia solar. Foram construídos alguns fogões solares que os utilizam da mesma forma. Geralmente, a calha está alinhada com a sua linha focal horizontal e este-oeste. Os alimentos a serem cozinhados são dispostos ao longo desta linha. A calha é apontada de modo a que o seu eixo de simetria aponte para o sol ao meio-dia. Isto requer que o cocho seja inclinado para cima e para baixo à medida que as estações avançam. No equinócio, não é necessário nenhum movimento da gamela durante o dia para seguir o sol. Em outras épocas do ano, há um período de várias horas por volta do meio-dia a cada dia, quando não é necessário rastrear. Normalmente, o fogão é usado apenas durante esse período, portanto, nenhum rastreamento automático do sol é incorporado a ele. Esta simplicidade torna o design atraente, em comparação com a utilização de um parabolóide. Além disso, sendo uma única curva, o reflector de calha é mais simples de construir. No entanto, sofre de menor eficiência.
É possível usar dois canais parabólicos, curvados em direções perpendiculares, para trazer a luz solar para um foco pontual, assim como um refletor parabolóide. O segundo canal intercepta a luz convergente e focaliza-a num ponto.
Comparado com um único parabolóide, a utilização de dois canais parciais tem vantagens importantes. Cada calha é uma única curva, que pode ser feita simplesmente dobrando uma chapa de metal plana. Além disso, a luz que chega ao recipiente de cozedura pretendido é direccionada aproximadamente para baixo, o que reduz o perigo de danos para os olhos de qualquer pessoa próxima. Por outro lado, existem desvantagens. É necessário mais material espelhado, aumentando o custo, e a luz é reflectida por duas superfícies em vez de uma, o que inevitavelmente aumenta a quantidade que se perde.
Os dois recipientes são mantidos numa orientação fixa em relação um ao outro, sendo ambos fixados a uma moldura. Todo o conjunto de moldura e calhas tem que ser movido para seguir o sol enquanto ele se move no céu. Estão disponíveis panelas comercialmente feitas que utilizam este método.Em aplicações práticas (como em faróis de carro), os espelhos côncavos são de forma parabólica
Reflectores esféricosEdit
Os reflectores esféricos funcionam muito como reflectores parabolóides, de tal forma que o eixo de simetria é apontado para o sol de modo a que a luz seja concentrada para um foco. Contudo, o foco de um refletor esférico não será um foco pontual porque sofre de um fenômeno conhecido como aberração esférica. Algumas antenas concentradoras (como as antenas parabólicas) que não requerem um foco preciso optam por uma curvatura esférica sobre um parabolóide. Se o raio da borda do refletor esférico é pequeno comparado com o raio de curvatura da sua superfície (o raio da esfera da qual o refletor faz parte), o refletor aproxima-se de um parabolóide com comprimento focal igual a metade do raio de curvatura.
Tecnologia do tubo de vácuoEdit
A panela de tubo de vácuo solar é essencialmente selada a vácuo entre duas camadas de vidro. O vácuo permite que o tubo actue tanto como uma “super” estufa como um isolante. O tubo de cozedura central é feito de vidro borosilicato, resistente ao choque térmico, e tem um vácuo sob a superfície para isolar o interior. O interior do tubo é revestido com cobre, aço inoxidável e nitrilo de alumínio para melhor absorver e conduzir o calor dos raios solares.