太陽能灶
利用太陽能做飯、燒水的一種器具
太陽能灶(太陽灶)就是把太陽能收集起來,用於做飯、燒水的一種器具(灶)。太陽灶的關鍵部件是聚光鏡,不僅有鏡面材料的選擇,還有幾何形狀的設計。最普通的反光鏡為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡,也有鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁材料等。
隨著時代的進步,先進的科技逐漸進入人們的生活,太陽能是21世紀節能、環保設備。在當今能源日益緊缺的情況下太陽能環保設備越來越受人們的青眯。
太陽能灶照片
旋轉拋物面聚光鏡是按照陽光從主軸線方向入射,所以往往在通過焦點上的鍋具時會留下一個陰影,這就要減少陽光的反射,直接影響太陽灶的功率。我國大部分太陽灶的設計均採用了偏軸聚焦原理。
聚光式太陽灶除採用旋轉拋物面反射鏡外,還有將拋物面分割成若干段的反射鏡,光學上稱之為菲涅耳鏡,也有把菲涅耳鏡做成連續的螺旋式反光帶片,俗稱“蚊香式太陽灶”。這類灶型都是可摺疊的攜帶型太陽灶。聚光式太陽灶的鏡面,有用玻璃整體熱彎成型,也有用普通玻璃鏡片碎塊粘貼在設計好的底板上,或者用高反光率的鍍鋁滌綸薄膜裱糊在底板上。底板可用水泥製成,或用鐵皮、鈣塑材料等加工成型。也可直接用鋁板拋光並塗以防氧化劑製成反光鏡。聚光式太陽灶的架體用金屬管材彎制,鍋架高度應適中要便於操作,鏡面仰角可靈活調節。為了移動方便,也可在架底安裝兩個小輪,但必須保證灶體的穩定性。在有風的地方,太陽灶要能抗風不倒。可在鍋底部位加裝防風罩,以減少鍋底因受風的影響而功率下降。有的太陽灶裝有自動跟蹤太陽的跟蹤器,但是一般認為這隻會增加整灶的造價。中國農村推廣的一些聚光式太陽灶。大部分為水泥殼體加玻璃鏡面,造價低,便於就地製作,但不利於工業化生產和運輸。
第一種:室外太陽灶
這種太陽灶只能用於室外燒水做飯,在70年代由各地方政府推廣。其優點是能獲得太陽能高溫,節省燃料。其製作成本適合當時農民的生活水平,其缺點是人工操作,極為不便。一般僅用手工操作,只能在室外做飯,負重低,可以滿足個人家庭生活部分的需要。由於造價特別低廉,這種太陽灶如今在許多地方仍在使用。
第二種:菲涅爾透鏡聚焦
太陽能灶照
第三種:固定焦點太陽能灶
太陽能灶圖
其優點是由於集熱和聚光分為兩個不同體,因此聚光方便,使用動力小,費用低,而儲能部分在其靶心上,所以其重量體積不受限制,因而這種固定焦點太陽能灶可以用於集體食堂、高溫集熱、熱水工程、海水淡化及太陽能發電。該技術已領先於世界前列。也是我國科學工作者對太陽能利用做出的新貢獻。
此外,我國太陽能專家又研製出一種模塊式太陽能發電系統,它可以進行集約化生產,生產能力不受限制,加工方便,成本低廉,效能高。一個組件就可以發出一個千瓦的電能,支持任何發電系統,這是其它太陽能發電系統性價比所無法比擬的,這必將為我國太陽能產業的發展起到促進的作用。
太陽灶的灶體是太陽灶最重要的組成部分。它可以用有機的、無機的,金屬的或者非金屬材料製作。我國所擁有的大陽灶,絕大多數是菱苦土灶體、水泥砂漿或鑄鐵灶體。而其它材料的灶體卻由於種種原因沒有得到廣泛應用。
在農村批量生產太陽灶,可以採用菱苦土或水泥砂漿製作灶體。步驟是這樣的:
1.製作模型。為了保證太陽能灶灶體的凹面是旋轉拋物面,灶體應該在具有拋物面凸面的模型上製作。模型表面的旋轉拋物面形狀是用有拋物線刃口的刮板刊出來的。
刮板一般用金屬板製做。首先在坐標紙上精確地畫出焦距為750或800毫米的拋物線,拋物線的橫坐標一般取1200毫米左右。然後在鋼板上畫出同樣的,拋物線,切割出刮板的凹形刃口,經過仔細打磨並與坐標紙上的拋物線進行比對,最後固定在一條金屬軸上,一方面使它的因形刃口與坐標紙上的拋物線貼合,同時,軸的中心線與坐標紙上的拋物線的縱坐標重合。需要強調的是,製作刮板是保證太陽灶質量最關鍵的一步,必須認真仔細。
太陽灶模型一般用混凝土製做。模型表面用具有拋物線刃口的刮板竣轉刮制而成。具體做法是:在地面上畫出一個直徑為2.4厘米(假定我們準備生產的太陽灶,其截光面積為2平方米〕的圓,周圍用磚或石頭砌成20厘米高的牆、中間填土夯實,同時在土裡埋好用於支撐刮板軸的支架,在突起的土堆上面糊5厘米厚的草泥,待草泥基本乾燥后、上面覆蓋50毫米厚的100號混凝土,架好刮板,使其刃口與混凝土表面之間有15至20毫米的間隙,隨後在混凝土上抹150號水泥砂漿,旋轉刮板把砂漿刮勻,然後用泥刀趕壓。在砂漿表面上還需要上一層素灰漿。上漿前把刮板提起少許,擦凈刃口上的沙粒,調整刮板,使其刃口距離砂漿表面大約5毫米,待砂漿表面略干,在砂漿表面澆一層素灰漿。具體做法是:把素灰漿澆到刮板的根部(也就是凸模的頂部〕,在均勻而緩慢地轉動刮板的同時,輕輕敲打刮板,使灰漿順暢地流到摸型的邊緣。模型上澆滿灰漿后,提起刮板,對摸型進行養護。養護時間一般需要10至15天,在澆灰漿的過程中,由於刮板的振動,可能會在模型表面形成徑向型波紋。養護完畢,需要用砂紙模型表面上的波紋輕輕磨光,以保證模型表面光滑。
2.畫線及製作圍框。太陽灶的模型表面就是一個旋轉拋物面凸面,製作太陽灶的灶體只需要這個表面的一部分。在不同地區,根據對太陽灶功能的不同要求,太陽灶灶體可能設計成不同形狀和大小。這就需要根據設計在模型表面畫出太陽灶灶體的輪廓線。在太陽灶設計中,一般只給出灶體的投影形狀,那麼,在模型上畫灶體的實際輪廓線的時候,就需要使輪廓線在地面上的投影儘可能接近設計的形狀、大小。同時,要在模型上標出預埋件和開孔的位置。太陽灶灶體的中部需要預留一個長方形孔,以適應太陽灶進行仰角角調節的需要。孔的寬度一般為50毫米、長度應該與太陽灶仰角調節的角度相適應。如果根據設計需要在灶件內配筋,也應該畫出配筋走向。
由於模型的表面為光滑的凸面,製作灶體的材料是水泥砂漿或菱苦土,因而需要按照輪廓線製作圍框。圍框一般用扁鐵或角鐵製作,高度為30至50毫米。
3.搗制灶體。水泥砂漿灶體一般刷成溥殼加肋結構。薄殼部分厚度15至20毫米,邊緣及肋部分厚度為30至40毫米。加肋部分需配筋,薄殼部分需加玻璃纖維。
菱苦土灶體所需材料主要為氧化美、氯化鎂,它們之間的比例大約為4比3,還可以加入8%一10%的鋸末、15%一18%的細綿沙,或者其他填充物。此外為了保證灶體有足夠的強度;開減少脆裂,還需加入0.3%一0.5%左右的磷酸三鈉作為增強劑。在配料時,氧化鎂溶液的濃度應該根據氣濕的高低掌握在26至28波美度,氣溫低時濃度高一些。
搗制灶體的過程是這樣的:首先在凸模上薄薄地抹上一層廢機油(或鋪上一層塑料薄膜,注意把嚴重摺疊的部分剪開〕把圍框、預埋件、預留孔木塊定好位置,布好筋,就可以將攪拌均勻的料撒在圍框內,用白木板均勻、拍實,然後在表面苦上薄膜就可以進入養護階段。菱苦土材料需要養護3天,水泥砂漿需要養護7天,然後就可以起摸。灶體起模后,凹面朝上;下面適當地墊上支撐物,繼續養護10至15天,便可以粘貼反光材料。
一個合格的灶體,應當形狀規整、尺寸準確、薄厚均白、沒有斑疤和裂紋,輕輕敲擊時聲音清脆,從各個方向搬動時都不發生變形。
4.粘貼反光材料。太陽能灶反光材料可以用2最毫米厚的鍍鋁玻璃鏡片,也可以用鍍鋁聚酯薄膜。用玻璃鏡片時,需要裁成40毫米見方的小塊。粘結劑可以是乳膠或乳化瀝青。用鍍鋁薄膜時,以把它裁成100毫米寬的條,直接粘貼。薄膜背後的壓敏就是粘結劑。