太陽(yang)能(neng)灶具原(yuan)理 太陽(yang)能(neng)灶種類 太陽(yang)能(neng)灶生產(chan)工藝流(liu)程

太陽能灶

太陽能灶就是把太陽能收集起來，用于(yu)做飯(fan)、燒水的(de)一種器具。太陽灶的(de)關鍵(jian)部件是聚光(guang)(guang)鏡(jing)(jing)，不僅有(you)鏡(jing)(jing)面(mian)材料的(de)選擇，還有(you)幾何形狀的(de)設(she)計。最普(pu)通的(de)反光(guang)(guang)鏡(jing)(jing)為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡(jing)(jing)，也有(you)鋁拋光(guang)(guang)鏡(jing)(jing)面(mian)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(ji)節能(neng)、環(huan)保設備。在(zai)當今能(neng)源日益緊(jin)缺(que)的情況下太陽能(neng)環(huan)保設備越(yue)來越(yue)受人們的青瞇(mi)。

原理

太陽能灶的(de)鏡面設計，大都采用(yong)旋轉(zhuan)拋(pao)物面的(de)聚(ju)光原理。

在數學上若拋物線繞主軸旋轉一周，所得的面，即稱為“旋轉拋物面”。若有一束平行光沿主軸射向這個拋物面，遇到拋物面的反光，則光線都會集中反射到定點的位置，于是形成聚光，或叫“聚焦”作用。作為太陽灶使用，要求在鍋底形成一個焦面，才能達到加熱的目的。換言之，它并不要求嚴格地將陽光聚集到一個點上，而是要求一定的焦面。確定了焦面之后，我們就不難研究聚光器的聚光比，它是決定聚光式太陽灶的功率和效率的重要因素。聚光比K可用公式求得：K=采(cai)光面積/焦面(mian)面(mian)積(ji)(ji)。采光(guang)面(mian)積(ji)(ji)是指太(tai)陽灶在使用時反射鏡面(mian)陽光(guang)的(de)有效投影面(mian)積(ji)(ji)。根(gen)據我國(guo)推(tui)廣太(tai)陽灶的(de)經驗(yan)，設(she)計一個700～1200瓦功率的聚光式(shi)太陽灶，通(tong)常采光面(mian)積約為1.5～2.0平方米(mi)。個別大(da)型蒸汽(qi)太陽(yang)灶也是(shi)聚光(guang)式太陽(yang)灶，但其采光(guang)面積較大(da)，有(you)的要在5平方米以上。

旋轉拋物面聚光鏡是按照(zhao)陽(yang)光從主軸(zhou)線方向入(ru)射(she)，所以往往在通過(guo)焦點上的鍋具(ju)時(shi)會留下一個陰影(ying)，這就要(yao)減少陽(yang)光的反射(she)，直(zhi)接影(ying)響太(tai)陽(yang)灶(zao)的功(gong)率。我國大(da)部分太(tai)陽(yang)灶(zao)的設計均(jun)采用了偏(pian)軸(zhou)聚焦原理。

聚(ju)光(guang)式太陽(yang)灶(zao)(zao)除采用(yong)(yong)旋轉(zhuan)拋(pao)物面(mian)(mian)反射(she)鏡(jing)(jing)(jing)外，還有將拋(pao)物面(mian)(mian)分割(ge)成(cheng)若干(gan)段的(de)(de)反射(she)鏡(jing)(jing)(jing)，光(guang)學上稱之為(wei)菲涅耳鏡(jing)(jing)(jing)，也(ye)有把菲涅耳鏡(jing)(jing)(jing)做(zuo)成(cheng)連(lian)續的(de)(de)螺旋式反光(guang)帶片，俗稱“蚊香式太陽(yang)灶(zao)(zao)”。這(zhe)類灶(zao)(zao)型都是可(ke)折(zhe)疊的(de)(de)便(bian)攜式太陽(yang)灶(zao)(zao)。聚(ju)光(guang)式太陽(yang)灶(zao)(zao)的(de)(de)鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)，有用(yong)(yong)玻璃整(zheng)體熱彎(wan)成(cheng)型，也(ye)有用(yong)(yong)普通玻璃鏡(jing)(jing)(jing)片碎塊粘貼在(zai)設計好(hao)的(de)(de)底板(ban)上，或者(zhe)用(yong)(yong)高反光(guang)率的(de)(de)鍍鋁(lv)滌綸薄膜(mo)裱糊在(zai)底板(ban)上。底板(ban)可(ke)用(yong)(yong)水(shui)泥制(zhi)成(cheng)，或用(yong)(yong)鐵皮、鈣塑材(cai)料等加(jia)工成(cheng)型。也(ye)可(ke)直接用(yong)(yong)鋁(lv)板(ban)拋(pao)光(guang)并涂以(yi)防(fang)(fang)氧化(hua)(hua)劑制(zhi)成(cheng)反光(guang)鏡(jing)(jing)(jing)。聚(ju)光(guang)式太陽(yang)灶(zao)(zao)的(de)(de)架體用(yong)(yong)金屬管材(cai)彎(wan)制(zhi)，鍋架高度應(ying)適中(zhong)要便(bian)于操作(zuo)，鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)仰角可(ke)靈活調(diao)節(jie)。為(wei)了移動方(fang)便(bian)，也(ye)可(ke)在(zai)架底安裝(zhuang)兩個小輪，但(dan)必須保(bao)證灶(zao)(zao)體的(de)(de)穩(wen)定性。在(zai)有風(feng)(feng)的(de)(de)地(di)方(fang)，太陽(yang)灶(zao)(zao)要能(neng)抗風(feng)(feng)不倒。可(ke)在(zai)鍋底部位加(jia)裝(zhuang)防(fang)(fang)風(feng)(feng)罩，以(yi)減少鍋底因受風(feng)(feng)的(de)(de)影響(xiang)而功率下降。有的(de)(de)太陽(yang)灶(zao)(zao)裝(zhuang)有自動跟蹤(zong)太陽(yang)的(de)(de)跟蹤(zong)器，但(dan)是一般認(ren)為(wei)這(zhe)只會(hui)增加(jia)整(zheng)灶(zao)(zao)的(de)(de)造價。中(zhong)國(guo)農村推廣的(de)(de)一些聚(ju)光(guang)式太陽(yang)灶(zao)(zao)。大部分為(wei)水(shui)泥殼體加(jia)玻璃鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)，造價低，便(bian)于就(jiu)地(di)制(zhi)作(zuo)，但(dan)不利于工業(ye)化(hua)(hua)生產和運輸。

種類

第一種：室外太陽灶

這種太陽灶只能用于室外燒水做飯，在70年(nian)代由各地(di)方政府推(tui)廣。其(qi)優(you)點是能(neng)獲得太(tai)陽能(neng)高溫，節(jie)省燃料。其(qi)制作(zuo)成本適合當時農民的(de)生(sheng)活(huo)水平(ping)，其(qi)缺點是人工(gong)操(cao)作(zuo)，極為不便。一(yi)般(ban)僅用手工(gong)操(cao)作(zuo)，只能(neng)在室外做飯(fan)，負重低，可(ke)以滿(man)足(zu)個人家(jia)庭(ting)生(sheng)活(huo)部分的(de)需要。由于造價特別(bie)低廉，這(zhe)種太(tai)陽灶如今(jin)在許多地(di)方仍在使用。

第二種：菲涅爾透鏡聚焦

其(qi)優點極為(wei)明顯，聚焦(jiao)精度(du)高(gao)。為(wei)片狀塑(su)性材料，輕便(bian)，性能(neng)(neng)好。是(shi)當今太陽(yang)能(neng)(neng)聚焦(jiao)最(zui)好的(de)方式(shi)之一(yi)，主要用(yong)于(yu)(yu)太陽(yang)能(neng)(neng)發電。但(dan)其(qi)缺點是(shi)造價(jia)(jia)(jia)十分(fen)昂(ang)貴(gui)(gui)，技術要求精度(du)高(gao)，在我國能(neng)(neng)生產(chan)大型菲(fei)(fei)涅(nie)(nie)爾透鏡的(de)廠家基本沒(mei)有，即使個別能(neng)(neng)生產(chan)的(de)，其(qi)產(chan)品(pin)也全部轉為(wei)出口。且(qie)造價(jia)(jia)(jia)十分(fen)昂(ang)貴(gui)(gui)，一(yi)個一(yi)平方以內的(de)菲(fei)(fei)涅(nie)(nie)爾透鏡售價(jia)(jia)(jia)約(yue)一(yi)千多元，即使在國外，一(yi)個兩平方的(de)菲(fei)(fei)涅(nie)(nie)爾透鏡約(yue)六千多元。由于(yu)(yu)成本極高(gao)，使用(yong)者(zhe)往往望而(er)卻(que)步，這使我國菲(fei)(fei)涅(nie)(nie)爾透鏡生產(chan)廠家的(de)生產(chan)能(neng)(neng)力因價(jia)(jia)(jia)格和消費市(shi)場而(er)受到了抑制。

第三種：固定焦點太陽能灶

固(gu)定焦點太(tai)陽(yang)(yang)能灶(zao)是由我國科(ke)學工(gong)作者經過十多年(nian)的(de)(de)研制(zhi)而(er)開發的(de)(de)一種新(xin)型(xing)太(tai)陽(yang)(yang)能灶(zao)。其特點是將(jiang)(jiang)聚光(guang)集熱(re)與蓄熱(re)儲能分為兩個(ge)不同部分，將(jiang)(jiang)聚光(guang)結構在(zai)自動跟(gen)蹤器(qi)(qi)的(de)(de)引導下使鍋形聚光(guang)器(qi)(qi)始終對準陽(yang)(yang)光(guang)并沿著地軸方向反射到集熱(re)儲能器(qi)(qi)的(de)(de)靶心上。并將(jiang)(jiang)獲得的(de)(de)高能光(guang)熱(re)轉換到集熱(re)器(qi)(qi)上。

其(qi)優(you)點是(shi)由于(yu)集熱(re)(re)和聚光分為兩個不同體(ti)，因此聚光方便，使用(yong)動力小，費用(yong)低，而(er)儲(chu)能(neng)部分在其(qi)靶心上，所以(yi)其(qi)重量體(ti)積不受(shou)限制，因而(er)這(zhe)種固(gu)定焦(jiao)點太(tai)陽(yang)能(neng)灶可以(yi)用(yong)于(yu)集體(ti)食堂、高(gao)溫(wen)集熱(re)(re)、熱(re)(re)水工(gong)程、海水淡化及太(tai)陽(yang)能(neng)發電。該技術已領先于(yu)世界前列(lie)。也是(shi)我國科學工(gong)作者對太(tai)陽(yang)能(neng)利用(yong)做出的(de)新貢(gong)獻(xian)。

此外，我(wo)國太(tai)陽能專家又研制(zhi)出一種模塊式太(tai)陽能發(fa)電(dian)系統，它可以進行集約(yue)化生產，生產能力不受限制(zhi)，加工方便，成本低廉，效能高。一個組件就(jiu)可以發(fa)出一個千瓦的(de)電(dian)能，支(zhi)持任(ren)何發(fa)電(dian)系統，這是其(qi)它太(tai)陽能發(fa)電(dian)系統性價(jia)比(bi)(bi)所無(wu)法(fa)比(bi)(bi)擬的(de)，這必(bi)將(jiang)為我(wo)國太(tai)陽能產業的(de)發(fa)展(zhan)起到促進的(de)作用。

工藝流程

太(tai)陽(yang)灶(zao)(zao)(zao)的(de)灶(zao)(zao)(zao)體是太(tai)陽(yang)灶(zao)(zao)(zao)最重(zhong)要的(de)組成部分。它(ta)可以用(yong)有(you)機(ji)的(de)、無機(ji)的(de)，金屬的(de)或者非金屬材料(liao)制作。我國所擁有(you)的(de)大陽(yang)灶(zao)(zao)(zao)，絕大多(duo)數是菱苦(ku)土灶(zao)(zao)(zao)體、水泥(ni)砂漿或鑄鐵灶(zao)(zao)(zao)體。而其它(ta)材料(liao)的(de)灶(zao)(zao)(zao)體卻由于種種原因沒有(you)得(de)到廣泛(fan)應(ying)用(yong)。

在農村批量生產太陽(yang)灶(zao)，可以采用菱苦土或水(shui)泥砂漿(jiang)制作灶(zao)體(ti)。步驟是這樣(yang)的：

1、制作模型。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制作。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。

刮板一般用金屬板制做。首先在坐標紙上精確地畫出焦距為750或800毫米的拋(pao)(pao)物線(xian)，拋(pao)(pao)物線(xian)的橫坐標一般取1200毫米(mi)左右。然(ran)后(hou)在(zai)鋼板(ban)上(shang)畫出同(tong)樣的(de)(de)，拋物(wu)(wu)線(xian)，切割出刮(gua)板(ban)的(de)(de)凹形刃口，經(jing)過仔(zi)細打磨并(bing)與(yu)坐(zuo)(zuo)標紙(zhi)上(shang)的(de)(de)拋物(wu)(wu)線(xian)進行比對(dui)，最(zui)后(hou)固定在(zai)一條金屬軸(zhou)(zhou)上(shang)，一方面使它的(de)(de)因形刃口與(yu)坐(zuo)(zuo)標紙(zhi)上(shang)的(de)(de)拋物(wu)(wu)線(xian)貼合(he)，同(tong)時，軸(zhou)(zhou)的(de)(de)中心線(xian)與(yu)坐(zuo)(zuo)標紙(zhi)上(shang)的(de)(de)拋物(wu)(wu)線(xian)的(de)(de)縱坐(zuo)(zuo)標重合(he)。需(xu)要強調的(de)(de)是，制作刮(gua)板(ban)是保證太陽灶質量最(zui)關鍵的(de)(de)一步，必須認真仔(zi)細。

太陽灶模型一般用混凝土制做。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(mi)（假定我們準備生(sheng)產的(de)太陽灶，其截光面積(ji)為(wei)2平方米〕的(de)圓，周圍用磚(zhuan)或石頭砌成20厘米(mi)高的墻、中間填土(tu)夯實，同時在土(tu)里埋(mai)好用于支(zhi)撐刮板軸的支(zhi)架(jia)，在突起的土(tu)堆上(shang)面糊5厘米厚的草泥，待(dai)草泥基本(ben)干燥(zao)后、上面(mian)覆蓋50毫米厚(hou)的100號混(hun)凝土，架好刮板，使其刃口與混(hun)凝土表面(mian)之間有(you)15至20毫米的間隙，隨后在(zai)混凝(ning)土上抹(mo)150號水泥砂(sha)漿，旋轉刮(gua)板把(ba)砂(sha)漿刮(gua)勻，然后用泥刀趕壓。在砂(sha)漿表(biao)面(mian)上(shang)還需要上(shang)一層素(su)灰漿。上(shang)漿前把(ba)刮(gua)板提起少許，擦凈刃口(kou)上(shang)的沙(sha)粒，調整刮(gua)板，使其(qi)刃口(kou)距離(li)砂(sha)漿表(biao)面(mian)大(da)約5毫米，待砂(sha)漿(jiang)表(biao)面略干，在砂(sha)漿(jiang)表(biao)面澆一層素灰漿(jiang)。具(ju)體(ti)做法是：把素灰漿(jiang)澆到刮板的根(gen)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(tian)，在澆灰漿的過程中，由(you)于刮板(ban)的振動，可能會在模型表(biao)面(mian)形成徑向型波(bo)紋。養護完畢，需要用砂紙模型表(biao)面(mian)上(shang)的波(bo)紋輕輕磨光，以保證模型表(biao)面(mian)光滑。

2、畫線及制作圍框。太陽灶的模型表面就是一個旋轉拋物面凸面，制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，那么，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盡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(gai)與太陽灶仰角(jiao)調節的角(jiao)度相(xiang)適應。如果根據(ju)設計需要(yao)在灶件內配筋(jin)，也應該(gai)畫出配筋(jin)走向。

由于模型的表面為光滑的凸面，制作灶體的材料是水泥砂漿或菱苦土，因而需要按照輪廓線制作圍框。圍框一般用扁鐵或角鐵制作，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(mi)，邊緣及肋(lei)部分厚(hou)度為30至40毫米。加(jia)肋部分需配筋，薄殼(ke)部分需加(jia)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(zhe)其他填充物。此外(wai)為了保證灶體有足夠的強度；開減少脆裂，還需加入0.3%一(yi)0.5%左右的磷酸(suan)三鈉(na)作為增強劑。在配(pei)料時(shi)，氧化鎂(mei)溶液的濃度(du)應該根據氣濕的高低(di)掌握在26至28波美度(du)，氣溫(wen)低時濃(nong)度(du)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，注意把嚴重折疊的部分剪開〕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，然后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(ni)砂漿需(xu)要(yao)養(yang)護7天，然后就可以起(qi)摸(mo)。灶體起(qi)模后，凹面(mian)朝上；下面(mian)適當(dang)地墊上支撐物，繼續(xu)養護10至15天，便可以粘貼反光材料(liao)。

一個合格的灶體，應當形(xing)狀規(gui)整、尺寸(cun)準(zhun)確、薄(bo)厚均白、沒有斑(ban)疤和裂紋，輕輕敲擊時聲音清脆，從各個方(fang)向搬動(dong)時都不發生(sheng)變(bian)形(xing)。

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(lv)玻璃鏡片(pian)，也可以用鍍鋁(lv)聚(ju)酯薄膜。用玻璃鏡片(pian)時，需要(yao)裁成40毫(hao)米(mi)見(jian)方的小塊(kuai)。粘結劑(ji)可以(yi)是(shi)乳膠或(huo)乳化瀝青。用鍍鋁薄(bo)膜時(shi)，以(yi)把它裁(cai)成100毫米寬(kuan)的(de)條，直接粘(zhan)貼。薄膜背(bei)后的(de)壓敏就(jiu)是粘(zhan)結(jie)劑。

粘貼反光材料之前，需要把灶體的凹表面上可能存在的小孔填平，打磨光滑，擦去粉塵。在粘貼反光材料的時候，鏡片之間要均勻過渡、鏡片與灶體間要緊密貼合，以保證反光材料表面盡可能接近旋轉拋物面。在粘貼鏡片過程中，應該使粘結劑擠滿鏡片之間的縫隙。貼完鏡片以后，需要在太陽灶整個反光表面撒上一些干燥水泥（或氧化鎂粉），均勻涂抹，使水泥（或氧化鎂粉）填入鏡片之間不可避免的縫隙中。