Zonnekooktoestel
Parabolische zonnekooktoestellen concentreren het zonlicht op één enkel punt. Wanneer dit punt op de bodem van een pan wordt gericht, kan het de pan snel verhitten tot zeer hoge temperaturen, die vaak vergelijkbaar zijn met de temperaturen die worden bereikt in gas- en houtskoolgrills. Dit soort zonnekooktoestellen wordt op grote schaal gebruikt in verschillende regio’s van de wereld, met name in China en India, waar honderdduizenden gezinnen momenteel parabolische zonnekooktoestellen gebruiken voor het bereiden van voedsel en het verwarmen van water. Sommige parabolische zonne-energiekooktoestellen in China zorgen voor een vermindering van 1 tot 4 ton koolstofdioxide per jaar en ontvangen daarvoor koolstofkredieten via het mechanisme voor schone ontwikkeling (CDM) en de Gold Standard.
Sommige parabolische zonne-energiekooktoestellen zijn voorzien van geavanceerde materialen en ontwerpen die leiden tot een zonne-energierendement > van 90%. Andere zijn groot genoeg om duizenden mensen per dag te voeden, zoals de zonnekom in Auroville in India, die 2 maaltijden per dag maakt voor 1.000 mensen.
Als een reflector axiaal symmetrisch is en zo gevormd is dat de dwarsdoorsnede een parabool is, heeft hij de eigenschap parallelle lichtstralen (zoals zonlicht) naar een punt te brengen dat zich concentreert. Als de symmetrie-as op de zon is gericht, ontvangt elk voorwerp dat zich in het brandpunt bevindt zeer geconcentreerd zonlicht, en wordt daardoor zeer heet. Dit is de basis voor het gebruik van dit soort reflector voor solar cooking.
Parabolische reflectorenEdit
Paraboloïden zijn samengestelde krommen, die moeilijker te maken zijn met eenvoudige apparatuur dan enkelvoudige krommen. Hoewel paraboloïde zonnekooktoestellen even goed of beter kunnen koken dan een conventioneel fornuis, zijn ze moeilijk met de hand te construeren. Vaak worden deze reflectoren gemaakt met behulp van vele kleine segmenten die allemaal enkelvoudige krommen zijn die samen samengestelde krommen benaderen.
Hoewel paraboloïden moeilijk te maken zijn van vlakke platen massief materiaal, kunnen zij vrij eenvoudig worden gemaakt door het roteren van houders met een open deksel die vloeistoffen bevatten. Het bovenvlak van een vloeistof die met constante snelheid om een verticale as wordt gedraaid, neemt op natuurlijke wijze de vorm van een paraboloïde aan. Door de middelpuntvliedende kracht beweegt het materiaal zich vanaf de draaiingsas naar buiten, totdat er een voldoende diepe inzinking in het oppervlak is ontstaan, zodat de kracht wordt gecompenseerd door het nivellerende effect van de zwaartekracht. Het blijkt dat de depressie een exacte paraboloïde is. (Zie vloeistof-spiegeltelescoop.) Als het materiaal tijdens het roteren stolt, blijft de paraboloïde vorm behouden nadat de rotatie is gestopt, en kan deze worden gebruikt om een reflector te maken. Deze rotatietechniek wordt soms gebruikt om paraboloïde spiegels voor astronomische telescopen te maken, en is ook gebruikt voor zonnekooktoestellen. Apparaten voor de bouw van dergelijke paraboloïden staan bekend als roterende ovens.
Paraboloïdale reflectoren genereren hoge temperaturen en koken snel, maar vereisen frequente afstelling en toezicht voor een veilige werking. Er bestaan er enkele honderdduizenden, voornamelijk in China. Ze zijn vooral nuttig voor individueel huishouden en grootschalig institutioneel koken.
Een Scheffler-kooktoestel (genoemd naar de uitvinder, Wolfgang Scheffler) maakt gebruik van een grote ideaal parabolische reflector die met behulp van een mechanisme om een as draait die evenwijdig is aan de aardrotatie en die 15 graden per uur draait om de draaiing van de aarde te compenseren. De as loopt door het massamiddelpunt van de reflector, zodat de reflector gemakkelijk kan worden gedraaid. Het kooktoestel bevindt zich in het brandpunt dat op de draaiingsas ligt, zodat de spiegel er de hele dag zonlicht op concentreert. De spiegel moet af en toe om een loodrechte as worden gekanteld om de seizoensschommelingen in de declinatie van de zon te compenseren. Deze loodrechte as loopt niet door de kookpot. Als de reflector een starre paraboloïde zou zijn, zou het brandpunt dus niet stationair blijven op het kooktoestel wanneer de reflector kantelt. Om het brandpunt stationair te houden, moet de vorm van de reflector variëren. Hij blijft paraboloïde, maar zijn brandpuntsafstand en andere parameters veranderen naarmate hij kantelt. De Scheffler-reflector is daarom flexibel, en kan worden gebogen om zijn vorm aan te passen. Hij bestaat vaak uit een groot aantal kleine vlakke delen, zoals glazen spiegels, die met flexibele kunststof aan elkaar zijn bevestigd. Een raamwerk dat de reflector ondersteunt, omvat een mechanisme waarmee de spiegel kan worden gekanteld en ook op de juiste manier kan worden gebogen. De spiegel is nooit precies paraboloïdaal, maar hij komt altijd dicht genoeg in de buurt om te kunnen koken.
Soms staat de roterende reflector buiten en valt het weerkaatste zonlicht via een opening in een muur in een binnenkeuken, vaak een grote gemeenschappelijke keuken, waar wordt gekookt.
Parabolische reflectoren waarvan het massamiddelpunt samenvalt met het brandpunt, zijn nuttig. Ze kunnen gemakkelijk worden gedraaid om de bewegingen van de zon aan de hemel te volgen, waarbij ze draaien om elke as die door het brandpunt loopt. Er kunnen twee loodrechte assen worden gebruikt, die elkaar in het brandpunt snijden, zodat de paraboloïde zowel de dagelijkse als de seizoensbeweging van de zon kan volgen. De kookpot blijft stationair in het brandpunt. Als de paraboloïde reflector axiaal symmetrisch is en gemaakt is van materiaal van uniforme dikte, valt zijn massamiddelpunt samen met zijn brandpunt als de diepte van de reflector, gemeten langs de symmetrieas vanaf het hoekpunt tot het vlak van de rand, 1,8478 maal de brandpuntsafstand bedraagt. De straal van de rand van de reflector is 2,7187 maal de brandpuntsafstand. De hoekstraal van de rand, gezien vanuit het brandpunt, is 72,68 graden.
Parabolische troggenEdit
Parabolische troggen worden gebruikt om zonlicht te concentreren voor zonne-energiedoeleinden. Er zijn zonne-kooktoestellen gebouwd die ze op dezelfde manier gebruiken. In het algemeen wordt de trog met zijn brandpunt horizontaal en oost-west gericht. Het te koken voedsel wordt langs deze lijn geplaatst. De trog wordt zo gericht dat de symmetrie-as op het middaguur naar de zon wijst. Dit betekent dat de trog in de loop der seizoenen op en neer moet worden gekanteld. Tijdens de equinoxen is er overdag geen beweging van de trog nodig om de zon te volgen. In andere perioden van het jaar is er elke dag rond het middaguur een periode van enkele uren waarin de trog niet hoeft te worden bewogen. Gewoonlijk wordt het fornuis alleen in deze periode gebruikt, zodat er geen automatische zonvolging in is ingebouwd. Deze eenvoud maakt het ontwerp aantrekkelijk in vergelijking met het gebruik van een paraboloïde. Omdat de trogreflector uit één enkele kromme bestaat, is hij ook eenvoudiger te construeren.
Het is mogelijk om twee parabolische troggen, gebogen in loodrechte richtingen, te gebruiken om zonlicht naar een puntfocus te brengen, net als bij een parabolische reflector. Het invallende licht valt op een van de troggen, die het naar een lijnfocus stuurt. De tweede trog onderschept het convergerende licht en stelt het scherp op een punt.
Vergeleken met een enkele paraboloïde heeft het gebruik van twee gedeeltelijke troggen belangrijke voordelen. Elke trog is een enkele kromme, die eenvoudig kan worden gemaakt door een platte metalen plaat te buigen. Bovendien wordt het licht dat de gerichte kookpot bereikt, ongeveer naar beneden gericht, wat het gevaar van beschadiging van de ogen van iedereen in de buurt vermindert. Aan de andere kant zijn er ook nadelen. Er is meer spiegelmateriaal nodig, waardoor de kosten stijgen, en het licht wordt gereflecteerd door twee oppervlakken in plaats van één, waardoor er onvermijdelijk meer verloren gaat.
De twee troggen worden in een vaste stand ten opzichte van elkaar gehouden doordat ze beide aan een frame zijn bevestigd. Het geheel van frame en troggen moet worden bewogen om de zon te volgen als die aan de hemel beweegt. Er zijn in de handel verkrijgbare fornuizen die van deze methode gebruik maken.In praktische toepassingen (zoals in koplampen van auto’s) zijn concave spiegels van parabolische vorm
Bolvormige reflectorenEdit
Sferische reflectoren werken ongeveer zoals paraboloïde reflectoren, zodanig dat de symmetrie-as naar de zon is gericht, zodat het licht tot een brandpunt wordt geconcentreerd. Het brandpunt van een sferische reflector zal echter geen punt zijn, omdat het lijdt aan een verschijnsel dat sferische aberratie wordt genoemd. Sommige concentrerende schotels (zoals schotelantennes) die geen nauwkeurig brandpunt vereisen, kiezen voor een sferische kromming in plaats van een paraboloïde. Indien de straal van de rand van een sferische reflector klein is in vergelijking met de kromtestraal van zijn oppervlak (de straal van de bol waarvan de reflector deel uitmaakt), benadert de reflector een paraboloïde met een brandpuntsafstand die gelijk is aan de helft van de kromtestraal.
Vacuümbuis-technologieEdit
Evacuümbuis zonne-energie kooktoestellen zijn in wezen vacuüm afgesloten tussen twee lagen glas. Door het vacuüm fungeert de buis zowel als een “super”-kas als een isolator. De centrale kookbuis is gemaakt van borosilicaatglas, dat bestand is tegen thermische schokken, en heeft een vacuüm onder het oppervlak om de binnenkant te isoleren. De binnenzijde van de buis is bekleed met koper, roestvrij staal en aluminiumnitril om de warmte van de zonnestralen beter te kunnen absorberen en geleiden.