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無線電子工学および電気工学の百科事典 ソーラーオーブン。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
ソーラーオーブン (調理器) の使用の成功は、18 世紀にはすでにヨーロッパとインドで注目されていました。 ソーラークッカーとオーブンは太陽エネルギーを吸収して熱に変換し、密閉された空間内に蓄えます。 吸収された熱は調理、揚げ物、ベーキングなどに利用されます。 ソーラーオーブン内の温度は摂氏200度に達することがあります。 ソーラーオーブンにはさまざまな形やサイズがあります。 以下にいくつかの例を示します: オーブン、濃縮オーブン、反射板、ソーラースチーマーなど。 さまざまなモデルのすべてのオーブンが熱を捕らえ、断熱チャンバー内に保持します。 ほとんどのモデルでは、太陽光が食品に直接影響します。 ボックスソーラーオーブン ボックスソーラーオーブンは、内側が黒く塗装された断熱性の高いボックスで構成されており、その中に食品の入った黒いポットが置かれます。 ボックスは XNUMX 層の「窓」で覆われており、日射をボックス内に取り込み、内部の熱を保ちます。 また、内側に鏡が付いた蓋が取り付けられており、折り返すことで入射放射線を高め、閉じると炉の断熱性が向上します。
ボックスソーラーオーブンの主な利点：
それらは比較的安価です（他のタイプのソーラーオーブンと比較して）。 もちろん、いくつかの欠点もあります。
その利点により、ボックスソーラーオーブンは最も一般的なタイプのソーラーオーブンです。 工業生産、手工芸品、自家製など、さまざまな種類があります。 形状は平らなスーツケースや幅広の低い箱に似ています。 水平蓋（熱帯および亜熱帯地域）または傾斜蓋（温帯気候）を備えた、粘土で作られた固定式ストーブもあります。 0,25人家族なら開口面積（入口面積）約2平方メートルの標準モデルがおすすめ。 1平方メートル以上のより大きなバージョンの炉も販売されています。 ソーラーオーブンの建設に関する推奨事項 ボックスの内面で吸収した熱を鍋に伝える必要があるため、ボックスの材質は熱伝導率の高いアルミニウムが最適です。 また、アルミニウムは腐食しません。 たとえば、スチール製のボックスは、たとえ亜鉛メッキが施されていても、調理プロセス中のオーブン内の高温多湿な環境に長時間耐えることはできません。 銅板は高価すぎる。 熱橋を形成する可能性のある金属部品をボックスの外側に取り付けないでください。 ガラス、合成ウール、または天然素材 (ピーナッツ、ココナッツ、米、トウモロコシなど) は断熱材として機能します。 どのような素材を使用する場合でも、乾燥した状態を保つ必要があります。 炉のカバーは、空隙のある 10 枚または 20 枚のガラスで構成されます。 3 つのガラス層の間の距離は通常 XNUMX ～ XNUMX mm です。 研究によると、内部を小さな垂直セルに分割する透明なハニカム素材を使用すると、オーブンの熱損失が大幅に減少し、効率が向上することが示されています。 内部のガラスは熱応力を受けるため、強化ガラスがよく使用されます。 または、両方の層が厚さ約 XNUMX mm の通常のガラスで構成されていてもよい。 ソーラーオーブンの外側カバーは、入射放射線を増幅する反射板です。 反射面には、通常のガラスミラー、反射コーティングを施したプラスチックシート、または割れない金属ミラーを使用できます。 最後の手段として、タバコの箱のホイルを使うこともできます。 ソーラーオーブンの外箱は、木材、グラスファイバー、または金属で作ることができます。 グラスファイバーは軽量で安価で耐水性がありますが、連続使用に対する耐久性はあまり高くありません。 木材は強度に優れていますが、重く、湿気による劣化を受けやすくなります。 アルミニウムシートと木製の留め具を組み合わせることで、機械的ストレス、温度変化、湿度に耐性のある最高品質の表面が形成されます。 アルミ強化木箱が一番丈夫ですが、高価でかなり重く、作るのに時間がかかります。 開口面積0,25 m2の標準的なソーラーオーブンの性能は、4日あたり約XNUMX kgの食品に達します。 XNUMX人家族には十分です。 ソーラー オーブン内の最高温度は 150 度以上に達することがあります。°C 熱帯地方の晴れた日。 120くらいです°周囲温度より ℃ 以上。 食べ物に含まれる水分は100℃以上にはならないので、°C、満たされたオーブン内の温度は常にそれに対応して低くなります。 ソーラーオーブン内に食べ物の入った皿を置くと、庫内の温度が急激に下がります。 温度を100℃未満に保つことも重要です°C 調理時間のほとんどを占めます。 でも沸点は100です°ほとんどの野菜や穀物には C は必要ありません。 ソーラーオーブンでの平均調理時間は、晴天が良く、負荷が中程度の場合は 1 ～ 3 時間です。 薄肉アルミニウム鍋を使用することで、ステンレス製の調理器具に比べて調理時間を大幅に短縮できます。 さらに、次の要因も影響します。
リフレクター付きミラーストーブ 最も単純なミラーオーブンは、放物線状の反射鏡とオーブンの中心に配置された鍋スタンドです。 ストーブが太陽にさらされている場合、太陽光はすべての反射板から中心点 (焦点) に反射され、鍋が加熱されます。 反射器は、例えば鋼板または反射箔で作られた放物面であってもよい。 反射面は通常、研磨されたアルミニウム、ミラーメタル、またはプラスチックでできていますが、放物面の内面に取り付けられた多数の小さな平面ミラーで構成されることもあります。 希望の焦点距離に応じて、反射板は、食品の入った鍋が完全に浸る深いボウルの形にすることも（焦点距離が短く、皿が風から保護される）、鍋が取り付けられている場合は浅いプレートの形にすることもできます。反射鏡から一定の距離にある焦点。
すべての反射式オーブンは直接太陽放射のみを使用するため、常に太陽の方向を向く必要があります。 これにより、ユーザーは天候や制御装置に依存することになるため、操作が複雑になります。 ミラーオーブンの利点:
これらの利点にはいくつかの欠点があります。
これらのオーブンの扱いが難しいことと、料理人が太陽の下に立たなければならないという事実が、オーブンが人気がない主な理由です。 しかし、伝統的に調理に高熱と電力が必要な中国では、それらの調理法が広く普及している。 ソーラーオーブンの熱出力 ソーラーオーブンの熱出力は、太陽放射量、オーブンの作業吸収面（通常0,25m2から2m2の間）、およびその熱効率（通常20〜50%）によって決まります。 この表は、ボックスオーブンと反射式オーブンの面積、効率、電力の一般的な値を比較しています。 ボックスオーブンおよび反射式オーブンの面積、効率および出力の基準値
一般に、リフレクターオーブンはボックスオーブンよりもはるかに広い作業面を備えています。 その結果、より強力になり、より多くの水を沸騰させたり、より多くの食品を調理したり、同等の量をより短い時間で処理したりすることができます。 その反面、大気の影響で食器が冷えてしまうため、熱効率は低くなってしまいます。 熱帯および亜熱帯の国では、ほぼ一年中晴天と通常の日照が期待できます。 正午頃、総太陽放射量が1000 W / m2に達すると、ストーブの種類とサイズに応じて、50〜350 Wの熱出力を期待するのが非常に現実的です。 朝と日中の放射線量は当然低くなり、太陽追尾システムでは完全に補うことはできません。 比較のために、1kgの乾燥した木材を燃やすと、ストーブの熱効率の約5000ワット倍になります（原始的な囲炉裏では15％、発展途上国で使用される改良型ストーブでは25〜30％）。 したがって、実際に食器に到達する熱出力は 750 ～ 1500 ワットになります。 曇りや梅雨時には日射量が急激に減少します。 直接放射線がない状況では、ソーラーオーブンは他の用途には適していません。 調理済みの食品を保温すること。 ソーラーオーブンの弱点は（種類に関係なく）、曇りや雨の日（ほとんどの発展途上国では年間2〜4か月）には、木材、ガス、または灯油バーナーなどの従来の手段を使用して食品を調理しなければならないことです。 日射とストーブ ソーラーオーブンをうまく使用するための主な前提条件は、年間を通じて曇りの日が少なく、適切な照明が得られることです。 太陽放射の継続時間と強さにより、ソーラーオーブンを長期間使用できる必要があります。 中央ヨーロッパでは太陽熱調理は晴れた夏の日に可能ですが、ソーラーオーブンには年間最低 1500 kWh/m2 の太陽エネルギーが望ましいです (4 日の平均日射量 2 kWh/mXNUMX に相当)。 しかし、年間平均値は誤解を招く場合があります。 ソーラーオーブンの適合性の必須条件は、夏の天候が安定していること、つまり、雲のない日が定期的に予測可能な期間であることです。 第三世界の熱帯地帯の中でも、各国の太陽エネルギー資源は大きく異なります。 たとえば、インドのほとんどの地域の日射量は、太陽エネルギー利用の点で非常に優れていると考えられています。 太陽エネルギーの平均量は、地域によって異なりますが、5 日あたり 7 ～ 2 kWh/mXNUMX です。 国の多くの地域では、照度は雨季に最も低くなり、XNUMX 月と XNUMX 月もほぼ同じくらいになります。 ケニアの気候と太陽光発電の可能性は、ソーラーオーブンの使用に適しています。 ケニアは赤道に近いため、熱帯気候に属します。 首都ナイロビの太陽エネルギー量は、3,5月の2日あたり6,5 kWh/m2から6,0月の6,5日あたり2 kWh/mXNUMXまでの範囲ですが、他の地域ではほぼ変化がありません（ロドワールではXNUMX日あたりXNUMX〜XNUMX kWh/mXNUMX）。 ）。 ナイロビでは日射量が多いため、XNUMX 年のうち XNUMX か月間 (XNUMX 月から XNUMX 月を除く) 太陽エネルギーを利用して料理をすることができます。 一方、曇りや霧の日には、従来の燃料に頼る必要があります。 ただし、ロドワール州ではソーラーオーブンは一年中使用できます。 発展途上国向けソーラーオーブン ソーラーオーブンを使用する目的は、間違いなく、二重のエネルギー危機に直面してエネルギーを節約することです。XNUMXつは、薪不足の深刻化による貧困層の危機と、国際収支への圧力を増大させる国家エネルギー危機です。
他の国と比較すると、発展途上国はエネルギー消費量が非常に少ないです。 たとえば、1982 年のインドの一人当たりのエネルギー消費率は 7325 GJ で、世界で最も低いものの XNUMX つでした。 しかし、この国のエネルギー消費は国内総生産のほぼXNUMX倍の速さで増加している。 他の発展途上国でも同じことが起こっています。 発展途上国のほとんどの人々は、エネルギーの大部分を非商業的資源、つまり伝統的な地元のエネルギー資源や肉体労働を通じて得ています。 彼らは商業的に生産された適切な量のエネルギーを購入する余裕がありません。 このことの論理的な帰結は、貧しい人々にとって相対的に燃料が不足し、その結果、彼らの生活水準がさらに低下するということです。 ソーラーオーブンは、彼らの生活環境を改善するための一歩です。 第三世界諸国の住民の「貧しい多数派」のうち、ソーラーオーブンは主に農村部の住民によって使用されるべきである。 料理をするのにどれくらいのエネルギーが必要ですか 1 日に必要な燃料は、調理する食品の種類とその量によって異なります。 発展途上国の居住者は、年間平均 3 トンの薪を燃やします。 典型的なインドの家庭では、7 日に 20 ～ 14 kg の薪が必要です。 涼しい地域では、15 家族あたり 15 日あたりの薪の量は、冬には約 19 kg、夏には約 XNUMX kg になります。 マリ南部では、平均的な家族 (XNUMX 人) が XNUMX 日に約 XNUMX kg の薪を燃やします。 パキスタンのアフガニスタン難民キャンプで行われた調査によると、そこでは一家族当たり毎日最大XNUMXkgの薪が必要だという。 一般家庭にある木材の半分以上はパンを焼くために使用され、残りは他の食品の調理に使用されます。 冬には当然、より多くの薪が必要になります。 調理に必要なエネルギー量は異なりますが、ソーラークッカーは大幅なエネルギー節約を実現します。 ソーラーオーブンの主な目的は、依然として調理用の最も重要な燃料である薪の必要性を減らすことです。 問題は、木材が灯油、ボトル入りガス、電気に比べて安価であることです。 自分用や販売目的での無秩序な木の伐採の増加は、森林破壊、砂漠の拡大、土壌侵食、地下水位の低下の主な原因となっており、生態系のバランスに長期的な悪影響を及ぼしています。 パキスタンには森林がほとんど残っておらず、ケニアでは森林伐採が蔓延していることは、これに対する懸念が誇張されていないことを証明している。 スーダンの森林破壊が止まらなければ、2005 年までに何も残らないでしょう。 一般に、太陽熱オーブンが国家エネルギーに大きく貢献する可能性は低いです。 しかし、それらは貧しい人々の生活条件を大幅に改善し、個人的なエネルギー危機を克服するのに役立ちます。
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