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太陽灶
來源:互聯網

太陽灶于1956年在中國上海誕生,是利用太陽能輻射獲取熱量的裝置。太陽灶由于炊事過程較短,加之經濟和維修上的原因,大都采用人工調節跟蹤。在高度角跟蹤方面有拉桿或套管調節、提拉式齒條、螺桿調節、有級和無級相結合的齒桿調節機構等;方位角跟蹤方面采用小車調節和立軸調節。

太陽灶利用太陽能輻射,通過聚光等形式從而獲取熱量。它不燒任何燃料、沒有任何污染,方便簡單。太陽灶可分為箱式太陽灶、平板式太陽灶、聚光太陽灶和室內太陽灶。

太陽灶主要應用于燒水,發電和海水淡化。

發展歷史

中國第一臺太陽灶于1956年在上海市誕生,但作為一門技術為人們所重視應該從1974年在上海召開的部分省市太陽能技術交流會算起,當時,河南安陽研制出熱箱式太陽灶,上海、北京市甘肅省等地推出了不同類型的聚光太陽灶。隨著太陽灶技術的發展,各地的聚光大陽灶開始取代溫度和功率均較低的熱箱式太陽灶,并顯示出良好的實用性。1979年,西安市召開的全國第二次太陽能利用工作經驗交流會上,河南省河北省、甘肅和上海等地分別推出了水泥聚光灶、紙殼正拋軸外聚光灶、凹面玻璃正拋聚光灶以及塑料殼聚光灶,全國第二次太陽能利用工作經驗交流會之后,各種聚光大陽灶如雨后春筍般地出現,全國四、五個太陽灶研制單位紛紛推出各種新型太陽灶。這期間各種設計思想與設計方法相繼出臺,各抒己見,呈現出百家爭鳴的勢頭,如“偏拋”“正拋”“正拋軸外聚光”“斜四邊形自動平衡鍋架”和“太陽灶有效面分析圖表法”等等;各種制作工藝和材料不斷推出,上海市研制成真空鍍鋁薄膜,為太陽灶提供了急需的新型反光材料;對太陽灶熱性能測試方法也開展了研究。

1983年3月,在中國計委、科委、農業部及國務院“三西”辦的支持下,中國農業上怪研究設計院牽頭組織了河南省能源研究所、鄭州工學院、上海市能源研究所、甘肅省能源研究所、河北省能源研究所、蘭州市科技所、甘肅省臨夏回族自治州能源站、江蘇省無錫市能源所和鹽城市鍋廠等18個國內研究、試制太陽灶有成效的單位,組成太陽灶聯合攻關組。同年9月在北京召開了全國太陽灶評選交流會,會后攻關組開始對太陽灶的設計理論、測試方法和材料工藝等方面進行系統研究,并重點研制了幾種不同類型的太陽灶。

1986年9月,由農業部主持在北京召開了第二次全國太陽灶評選交流會,這次會議是對中國太陽灶在“六五”期間取得的成果的一次總結和檢閱。會上評出了13種優秀太陽灶。這些太陽灶一般都具有熱性能指標高、炊事功能完善、設計合理、結構簡單、操作方便、成本比較合理等特點。通過這次評比活動,可以看出,采用聯合攻關的形式對提高太陽灶的質量、推廣應用起到了積極的作用。

1986年,中國將太陽灶的研究列入“七五”科技攻關項目,從財力、物力上給予大力支持,使太陽灶的發展逐步走向了歸口管理、系統研究、計劃推廣的健康發展軌道。“七五”期間,中國在科技攻關項目上共安排了12項研究課題,包括理論研究、新型太陽灶研究、制作工藝研究、反光材料研究以及測試方法的研究。課題于1990年通過驗收,其整體水平達到了國內先進,在實用性方面為中國提供了較為成熟的太陽灶技術。太陽灶攻關組成立后,把原來分散的理論研究逐步納入系統的、圍繞中國太陽灶實用化上來。提出的“三圓計算作圖法”是一種太陽灶采光面的優化設計方法,使灶面設計由定性變為定量,由技術制圖推向解析計算,大大提高了太陽灶的熱性能。“七五”攻關期間,又在太陽灶“三圓計算作圖法”的基礎上,探討了太陽灶作為光學接收器時的光效率以及光學參數--反射率、截獲率和吸收率;研究了太陽灶作為太陽能熱能轉換器時的熱效率、功率以及光、熱效率的關系,提出了光效率和熱效率之間關系的計算式。以太陽灶光效率為優化設計目標,對設計太陽灶的主要參數進行優化分析、計算,根據用戶的不同需要,提出了設計取值范圍和計算方法,編制了實用的太陽灶設計程序,逐步完善了太陽灶的設計理論。

基本構造

針對中國太陽灶的使用對象主要是農民的這一特點,在滿足基本功能的前提下,近年來,中國太陽灶的結構設計盡量做到簡化,制作容易、價格低廉,與常規能源有可比性。選取操作參數時,盡量便于使用和操作。太陽灶由于炊事過程較短,加之經濟和維修上的原因,大都采用人工調節跟蹤。在高度角跟蹤方面有拉桿或套管調節、提拉式齒條、螺桿調節、有級和無級相結合的齒桿調節機構等;方位角跟蹤方面采用小車調節和立軸調節。此外在跟蹤調節方面還有隨遇平衡式、輪轉式、擺頭式等等,自動跟蹤因成本高,維修不便,未能進入實用性階段。“七五”期間,甘肅省自然能源研究所曾研制出戶內太陽灶,比國外報道過的室內太陽灶的工作溫度還高50℃以上,但因經濟上無法和常規灶具競爭、也未進入實用化階段。

鍋架支承機構有平行四邊行和斜四邊型兩種。斜四邊型是在不影響正常使用情況下,把鍋架傾斜一個小角度,這樣能增大有效采光面積。近年還研制出一種不隨灶體轉動的固定式鍋架,較適合輕型灶使用。

工作原理

太陽是萬物之源,人類對于太陽的利用方面越來越多,生活中最常見的太陽能工具便是太陽灶了,通過把太陽光線集中在一處迅速升高溫度來轉換能量。太陽灶往往是一面凹狀的鏡子組成,大小也是半人高方便轉移。

太陽灶是利用一種太陽能輻射,通過聚光等形式獲取熱量,對食物進行加熱,進行炊事烹食物的裝置。它不燒任何燃料、沒有任何污染,方便簡單。

太陽灶已是較成熟的產品,人類利用太陽能烹飪食物已有久遠的歷史,特別是近二、三十年來,世界各國都先后研制生產了各種不同類型的太陽灶。尤其是發展中的中國,太陽灶受到了廣大用戶的好評,并得到了較好的推廣和應用。

太陽灶是一種利用太陽能進行炊事、烹飪食品的一種裝置,屬于太陽能中、高溫利用的一種太陽能熱利用設備。太陽灶主要有兩種類型:熱箱式太陽灶(又稱悶曬式太陽灶)和聚焦式太陽灶。目前應用于生活中的主要為聚集式太陽灶。

分類

箱式太陽灶

根據黑色物體吸收太陽輻射較好的原理研制而成。它像一只箱子,使用時溫度可達100℃以上,能夠滿足蒸、煮食物的要求。這種太陽灶不需要跟蹤裝置,能夠吸收太陽的直射和散射能量,但由于箱內溫度相對不高,不能滿足所有的炊事要求,推廣應用受到限制。

平板式太陽灶

利用平板集熱器和箱式太陽灶的箱體結合起來就形平板式太陽灶。平板集熱器可用全玻璃真空管,通過產生蒸汽或高溫液體,將熱量傳入箱內進行烹調。這種太陽灶只能用于蒸煮或燒開水,推廣應用也受到很大限制。

聚光太陽灶

采用拋物面發射鏡或特殊的透鏡,將單射的太陽輻射聚集在某一較小的區域,此區域即焦區或焦斑,直徑大約為15~30厘米,溫度可達400℃以上,可以滿足燒、炒、蒸煮、烤等多種烹調需求。

室內太陽灶

采用傳熱介質(液體)把室外聚集接收到的太陽輻射能傳遞到室內,然后用來烹調食物。考慮到室內操作的穩定性,應增加蓄熱裝置。

使用方法

安全使用技術

太陽灶的安放

一是太陽灶應選擇坐北朝南的開闊、避風、平坦處安放,且底座要平穩牢靠;二是要避開周圍高大建筑物及樹木、電桿等能遮陰擋光的地方,使用期間不應受到任何建筑和物體對陽光的遮擋;三是要遠離柴草、秸稈易燃物;四是不要放在人畜、機械經常活動和容易阻礙其它活動的場所;五是不要放在陰冷潮濕的地方;六是不能放在公共設施場所。

安全使用方法和注意事項

一是太陽灶使用的灶具底部要涂黑,新灶具要用柴草熏黑底部,以提高熱太陽灶的使用效率,減少光的反射;二是使用太陽灶時,要隨當日時間的變化調整太陽灶的方位和高度,一般每20~40分鐘進行一次跟蹤調整,使太陽灶的焦斑始終保持在鍋(壺)底部中央;三是在使用太陽灶時嚴禁小孩在灶的周圍玩耍,以免造成燙傷;四是由于光斑溫度很高,調整時要特別注意不要使光斑落到人體或其他物體上,特別要注意農家院落內晾曬的衣物、堆積的柴草(秸稈)等易燃物,以免造成人身傷害或引起火災導致財產損失;五是太陽灶使用完畢后,應背對陽光擱置,以免引起火災造成人體損傷和對建筑物的破壞;六是如遇刮風時,應將灶背風放置,必要時底座加壓重物,以防太陽灶被風刮倒,損壞灶體;七是太陽灶上的炊具要加蓋,減少熱量損耗;八是不能損壞灶面鍍鋁膜。

維護與保養

1、灶面的維護與保養。灶面是太陽灶重要的一個部件,應特別注意鍍鋁膜表面的清潔,在清洗時應用棉布等柔軟物輕擦表面,不要用硬物或帶有腐蝕性的化學品擦洗,以免損壞反光材料而影響太陽灶的熱效率,減少使用壽命。不使用期間,要將灶面背向陽光,以延長反光材料的使用壽命。遇到陰雨天將太陽灶搬至空閑的房子,防止冰雹打破反光面和雨水侵入縫隙縮短壽命。

2、支架及轉動部分的維護與保養。當太陽灶使用一段時間后,要及時對各轉動部件定期進行保養,如加潤滑油等,必要時還需要噴刷防銹漆,以便轉動靈活、方便使用,延長使用時間。

3、冬季不使用時保護。應將太陽灶的灶面擦拭干凈、對支架及轉動部分加入潤滑油,并放置到妥善位置,不讓太陽灶受到雨雪損害,待來年再使用。

應用領域

燒水

太陽灶是利用一種太陽能輻射,通過聚光等形式獲取熱量,對食物進行加熱,進行炊事烹飪食物的裝置。它不燒任何燃料、沒有任何污染;方便快捷、簡單易制。是利用凹面鏡會聚光的性質把太陽能收集起來,用于做飯、燒水的一種器具。太陽灶的作用就是把低密度、分散的太陽輻射能聚集起來,進行烹調作業。

發電

法國南部比利牛斯山脈上,一個巨型建筑物矗立在空曠的原野上。這就是世界上最大的“太陽灶”,足足由上萬面鏡子裝配而成,肉眼看上去仿佛一個巨大的玻璃墻。太陽爐選取在這個地點上也是有原因的,這里地勢較高云層稀薄正好有利于高效地接受太陽輻射。并且這里也是法國境內太陽光照時間較長的場所,完美具備了太陽爐的最佳條件。中國最大聚光太陽能熱發電項目在距離敦煌市西南22公里的戈壁里,有一片巨大的同心環區域。最短半徑超過1000米,這里是中國最大的CSP塔式太陽能熱發電項目。

海水淡化

運用太陽灶聚光集熱太陽能作為海水淡化的加熱系統,為海水提供熱源,有效利用了太陽能這一清潔無污染、持續可再生的特點,將太陽灶與減壓病蒸餾結合,在光強度和溫度方面表現出了良好的性能。采用的PP中空纖維膜具有很好的疏水性,在使用太陽灶聚光集熱-減壓膜蒸餾海水淡化系統進行實驗時,進料液海水的溫度與膜的滲透通量成正比,餾出液的電導率平均在5.59μS/cm左右,且PP中空纖維膜的截留效果很好,截留率達到99.9%。

優缺點

優點

1、熱量高。太陽灶匯集的光線溫度相當于1000瓦功率的電爐,1千克生水僅用8分鐘即可煮沸,熱效率高。

2、節約能源。不用煤、電、柴草、液化石油氣,利用太陽光就可直接燒水、做飯、取暖等。

3、環保。對環境和人體沒有任何污染。

4、操作方便。結構簡單,裝配方便,容易拆裝,成本比較低,在任何有陽光的地區都可以使用。

缺點

1、對環境有一定依賴,只能在白天晴天使用,陰雨雪天和夜晚無法使用。

2、總體熱性能不高,多數時刻的太陽高度角,距離“設計初始太陽高度角”較遠,斜射角較大,散光嚴重,總體熱性能比較差。

3、設計工作復雜,難有使用范圍較廣的設計方案。

相關事件

2022年6月8日中國西藏阿里地區某居民住宅因使用太陽灶,并將太陽灶朝向一直對著圍墻柴火堆垛處,從而引發火災。火災燒毀2021年購置的電動自行車1輛、圍墻處木材等雜物、大門門樓及少部分住宅玻璃受損。

參考資料 >

太陽灶的原理和發展類型 我國巨大的“太陽灶”發電.中研網.2023-12-07

太陽能學報.太陽能學報.2023-12-08

太陽灶有哪些常見形式?.中國農業信息網.2023-12-07

太陽灶的原理和發展類型 我國巨大的“太陽灶”發電.中研網.2023-12-07

太陽灶的原理和發展類型 我國巨大的“太陽灶”發電.中研網.2023-12-07

太陽灶聚光集熱-減壓膜蒸餾式海水淡化實驗研究.中國知網.2023-12-07

太陽能系列——太陽能利用之熱利用(二).中國科學院.2023-12-07

白河:太陽灶安全使用與維護保養.新浪財經.2023-12-07

太陽灶有什么優缺點?.中國農業信息網.2023-12-07

噶爾消防家庭防火(四)太陽灶的安全使用.澎湃新聞.2023-12-07

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