СОЛНЕЧНАЯ КУХНЯ ФАСЕТНОГО ТИПА
В Узбекистане более 60% населения проживает в сельской местности. Сельские территории, в силу большой протяженности, не обеспечены надежными источниками энергии. Поэтому для жителей удаленных поселков единственным доступным топливом до сих пор является древесина. Порой и в более крупных поселках и городах для приготовления традиционной пищи в тандыре или в казане часто используются дрова. В равнинных районах после уборки хлопка-сырца его стебель широко применяется местным населением как топливный материал. В пустынных регионах жители заготавливают дрова на окружающих территориях. При этом уничтожается в больших объемах не только древесная и кустарниковая растительность пустынь - саксаул, кандым, но и полукустарники - полынь. Уничтожение древесной растительности в условиях жаркого и сухого климата Узбекистана приводит к возникновению весьма серьезной для этих мест проблемы - опустыниванию.
Один из возможных путей решения проблемы - использование в бытовых целях возобновляемой энергии Солнца, в частности солнечных кухонь. Солнечные кухни весьма перспективное направление использования солнечной энергии - только в Индии в настоящее время применяется более миллиона солнечных кухонь, при этом в год более четырех десятков производителей выпускают 90 тысяч солнечных кухонь.
Использование солнечных кухонь сохраняет время, деньги и "персональную" энергию. Солнечные кухни позволяют не разжигать огонь, не следить за очагом во время приготовления еды, и не беспокоиться о том, что дети пострадают от огня. Солнечная кухня не нуждается в особой заботе, как традиционный очаг. Она готовит сама по себе и фактически исключены любые инциденты с возможным загоранием, не нужно и топливо [1].
На кафедре «Электроника и микроэлектроника» ТашГТУ разработана технология изготовления отражателей и несколько конструкций солнечных кухонь индивидуального использования, предназначенных для приготовления различных типов блюд. Разработаны конструкции солнечных кухонь типа «горячий ящик» с квазипараболическим дополнительным отражателем, солнечная кухня-пекарня с параболоцилиндрическим концентратором, а также солнечная кухня фасетного типа со сферическими зеркалами.
Для любых зеркальных концентрирующих устройств технология изготовления отражателя с высоким и стабильным в эксплуатации коэффициентом отражения имеет большое значение для достижения высоких эксплуатационных характеристик [2].
Возможен метод создания отражающей поверхности - оклеивание пластиковой металлизированной пленкой гладкой металлической или пластиковой поверхности подложки таким образом, чтобы металлизированный слой пленки был приклеен к основе. В этом случае отражающий слой защищен износостойкой пластиковой пленкой от абразивного износа и химической коррозии (рис. 1). Внешнюю поверхность пластика легко очистить, она практически не поддается абразивному износу. Кроме того, при необходимости ее можно легко заменить в условиях эксплуатации. Однако при изготовлении такой конструкции отражающей поверхности выявились существенные технологические трудности. При наклейке металлизированной пленки возникает хорошо заметная локальная деформация отражающего слоя, видимо, вызванная набуханием пленки под действием органических растворителей, содержащихся в клее.
Получающаяся «рябь» (рис.2) имеет относительно небольшую площадь и не влияет существенно на интегральный коэффициент отражения поверхности. Однако такие выступы отражающего слоя очень затрудняют очистку отражателя и резко увеличивают вероятность его повреждения и отслоения.
В связи с этим в качестве отражателя при изготовлении фасет использовалась приклеенная алюминиевая фольга малой толщины.
Для изготовления фасетных отражателей с формой близкой к параболической можно использовать различные технологии - выклейка на шаблоне, штамповка, гидравлическая штамповка, выдавливание и другие. Эти методы либо обладают низкой точностью, либо требуют сложного технологического оборудования.
Учитывая малую кривизну поверхности фасет, необходимую в конструкции солнечной печи, появляется возможность изготовить их методом «выдувания». Технологическая оснастка, использованная для «выдувания» фасет, состоит из прочной круглой основы диаметром 700 мм, выполненной из стали, зажимного кольца и фиксирующих зажимов - струбцин. На краю основы и на зажимном кольце приклеены резиновые уплотнители.
Для получения фасет использовалась следующая технология:
1. Проводился отжиг алюминиевой фольги толщиной 40 мкм, которая пременялась для отражающего слоя.
2. На основу укладывалась «выдуваемая» сплошная алюминиевая фольга.
3. Укладывалось зажимное кольцо и закреплялось струбцинами.
4. Фольга надувалась подачей воздуха под давлением между основанием и фольгой. Резиновые уплотнители на основании герметизировали зазоры.
5. Регулировкой давления устанавливалась необходимая кривизна поверхности фасеты.
6. На поверхность фольги наклеивался с помощью эпоксидного клея слой стеклоткани.
7. После затвердевания клея давление снималось и наносилось еще два слоя ткани с промежуточным затвердеванием.
8. На край фасеты эпоксидной смолой наклеивалось ребро жесткости.
9. Готовая фасета снималась с технологической оснастки.
На рис. 3 показан момент выдувания и оклейки первым слоем стеклоткани.
Для улучшения отражающих свойств поверхность фольги полировали механически с использованием пасты ГОИ. Полировка велась мягким полировальным кругом с помощью электродрели. После полировки поверхность тщательно отмывалась бензином и лакировалась. Несмотря на кажущуюся сложность и длительность технологии, весь цикл выклейки фасеты может занимать время менее 2 часов при условии затвердевания смолы при температуре выше 70 0С. Это позволяет организовать даже мелкосерийное производство фасет на одном технологическом приспособлении.
Основные характеристики солнечной кухни фасетного типа:
-мощность тепловая - около 800 Вт;
-угол слежения в горизонтальной плоскости - 360 0;
-угол слежения в вертикальной плоскости - 80 0;
-масса - не более 30 кг;
-ориентировочное время приготовления пищи - 1,5 часа.
На рис.4 показано расположение фасет на опорно-поворотном устройстве. Для наведения по горизонту используется поворот треугольного основания, которое имеет одну неподвижную опору и два самоустанавливающихся колеса. Это необходимо для безопасной эксплуатации кухни в ветреную погоду. Наведение по высоте солнца производится простейшим подъемником типа винт-гайка.
Проведенные нами исследования показывают возможные пути изготовления дешевых солнечных кухонь для непосредственного преобразования прямого солнечного излучения в тепловую энергию готовящейся пищи с высоким КПД и повышенной производительностью для индивидуального использования. Разработанная солнечная кухня позволяет варить и жарить пищу, может использоваться для обслуживания до 10 человек.
По нашим оценкам, одна солнечная кухня позволяет сохранить до 10-15 кг древесного топлива в день, следовательно в год по республике можно сохранить не менее 100000 тонн древесного топлива, что соответствует сотням тысяч деревьев! Кроме того, нужно учесть значительный социальный эффект от использования солнечных кухонь в отдаленных и труднодоступных районах.
Таким образом, использование разработанных солнечных кухонь позволит: сохранить все виды природных ресурсов, снизить выбросы углекислого газа, улучшить среду обитания, здоровье населения, условия жизни женщин и детей, и, в целом, существенно повысить уровень жизни сельского населения.