[科普中国]-太阳灶

基本简介

太阳灶已是较成熟的产品，人类利用太阳能烹饪食物已有久远的历史，特别是近二、三十年来，世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。尤其是发展中的国家，太阳灶受到了广大用户的好评，并得到了较好的推广和应用。

太阳灶是利用凹面镜会聚光的性质把太阳能收集起来，用于做饭、烧水的一种器具。太阳灶的作用就是把低密度、分散的太阳辐射能聚集起来，进行烹调作业。1

发展历史利用太阳热烤制食物，在东西方都有久远的历史，但有意识制造太阳灶具，并加大研究和推广则是近几十年的事。世界上第一个太阳灶设计者是法国的穆肖，1860年他奉拿破仑三世之命，研究用抛物面镜反射太阳能集中到悬挂的锅上，供驻在非洲的法军使用。1878年阿塔姆斯又曾作了许多研究和改进，此后，印度便有10家工厂生产。到了1889年全世界就有了许多太阳灶的专利，有了各种各样形式的太阳灶。太阳灶在广大农村，特别是在燃料缺乏地区，具有很大的实用价值。目前世界上太阳灶的利用相当广泛，技术也比较成熟，它不仅可以节约煤炭、电力、天然气，而且十分干净，毫无污染，是一个可望得到大力推广的太阳能利用装置。2

原理目前普遍应用的太阳灶大致有三种类型：一是热箱式太阳灶，形状像个箱子，上面开有窗洞，窗洞对准太阳，箱内温度靠不断积累太阳能而升到蒸烤食物的程度；二是聚光式太阳灶，用反射聚光器把太阳光直接反射集中到锅上或食物上，反射聚光器呈抛物面或球面；三是蒸汽式太阳灶，它利用平板型太阳能热水器把水烧沸产生蒸汽，然后再利用蒸汽蒸煮食物。

其中，目前应用最广泛的聚光式太阳灶是利用镜面反射汇聚阳光，效率明显提高。聚光式太阳灶所用聚光镜面多样，其中最常用的是旋转抛物面，它是把镜面反射的阳光汇聚到锅底，形成一个炽热的光团，温度可达400摄氏度~1000 摄氏度，是目前适用于聚光式太阳灶的最佳聚光镜面。3

聚光式太阳灶的镜面设计，大都采用旋转抛物面的聚光原理。在数学上若抛物线绕主轴旋转一周，所得的面，即称为“旋转抛物面”。若有一束平行光沿主轴射向这个抛物面，遇到抛物面的反光，则光线都会集中反射到 定点的位置，于是形成聚光，或叫“聚焦”作用。作为太阳灶使用，要求在锅底形成一个焦面，才能达到加热的目的。换言之，它并不要求严格地将阳光聚集到一个点上，而是要求一定的焦面。确定了焦面之后，我们就不难研究聚光器的聚光比，它是决定聚光式太阳灶的功率和效率的重要因素。聚光比K可用公式求得：K=采光面积/焦面面积。采光面积是指太阳灶在使用时反射镜面阳光的有效投影面积。

使用方法要点1、注意要点：①太阳灶安放占据空间大，选址要合理。应放在住宅北墙的开阔、避风、平坦处。底座接地要平稳牢靠。②要避开周围高大建筑物及树木、电杆等能遮阴挡光的地方。③不要放在人、畜机械经常活动和容易阻碍其他活动的地方。④不要放在距草、树和其他易燃物品较近处。⑤不要放在潮湿的地方。

方法2、使用方法：①使用太阳灶的灶具底部要涂黑，新灶具要用柴、草熏黑底部，减少光的透射，增加反射光波，提高热效率。②安装要合理，应根据抛物线上的点到焦点和准线的距离，保证旋转灵活。按具体设计规格、要求安装使用，使之达到良好的使用效果。③使用太阳灶时，应随季节和时间的变化进行调整。由于太阳每日东起西落，阳光不断偏西移动，所以太阳灶同样也得跟踪阳光从东偏西旋转，不断调整方位与高度，用手动法调节好焦距。首先调节方位，用手抓住灶壳上边缘左右推转，使灶面正对阳光；其次调节高度，用左手抓住灶的上沿，上下活动试压，右手调节调节杆（旋转螺丝杆），眼看灶面锅具对准焦斑于锅底部中央位置即可。按时调整灶面，始终保持焦斑照在灶具底部。④如想提高其热利用率，减少热损失，最好自制一个能放在锅圈上的无底保温避风的保温套，重量不得超过2千克。农村一般可就地取材，用无底废铁盒（脸盆）。保温套可由两部分组成，即保温圈和保温帽。保温圈可用轻型绝热材料做成的圆筒。绝热材料绝对要耐高温（高于800℃以上），以防止烧坏或造成火灾。保温帽盖在锅具上部，一般可用棉布缝制即可。⑤太阳灶上的锅具盖要严密，不漏气。

维修保养1、灶面：①聚光灶最重要的部件是灶面，它直接影响其热效率、寿命与成本。注意保护镀铝膜表面清洁，延长反光材料寿命。②使用时灶面如积有灰尘、水滴、泥、草等，应用柔软东西或棉布轻擦表面，绝不能用硬物或带有腐蚀性的化学品擦洗，以免反光材料起反应而受侵害。③防止人为撕揭灶面反光材料或石子等物打碰镜片。④灶面的锅圈、支架负荷不要超过10千克。⑤如遇刮风时，应将灶面背风放置，必要时底座加压重物，加固支撑装置，以防灶架（体）被风刮倾斜、翻倒、损坏。⑥每次用完灶后，必须将灶面背向太阳（雨面）。离家时，要将灶固定，放在安全处。长期不用时，要保养旋转及各部件，以防使用期不灵活或生锈，必要时还需喷刷防锈漆。⑦灶面反光膜或其他部件一般使用数年后需要更换。也可根据有关设计数据、性能参数校正维修整体灶况，保持其原有效果，继续使用。

2、灶体：①防止暴雨、冰雹打破反光面和雨水进入镜片缝隙缩短镜片寿命。下雨天，应用塑料膜或棚布遮盖灶体。②严禁人、物对灶壳的碰撞，以免损坏灶体。③保持灶架灵活使用，即能水平操作，又可垂直调整，旋转平稳。4

分类太阳灶基本上可分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光太阳灶和室内太阳灶，储能太阳灶，菱镁太阳灶。前三种太阳灶均在阳光下进行炊事操作。

箱式箱式太阳灶根据黑色物体吸收太阳辐射较好的原理研制而成。它是一只典型的箱子，朝阳面是一层或二层平板玻璃盖板，安装在一个托盖条上，其目的是为了让太阳辐射尽可能多地进入箱内，并尽量减少向箱外环境的辐射和对流散热。里面放了一个挂条来挂放锅及食物。箱内表面喷刷黑色涂料，以提高吸收太阳辐射的能力。箱的四周和底部采用隔热保温层。箱的外表面可用金属或非金属，主要是为了抗老化和形状美观。整个箱子包括盖板与灶体之间用橡胶或密封胶堵严缝隙。使用时，盖板朝阳，温度可以达到100°C以上，能够满足蒸、煮食物的要求。这种太阳灶结构极为简单，可以手工制作，且不需要跟踪装置，能够吸收太阳的直射和散射能量，故信产品价格十分低。但由于箱内温度较低，不能满足所有的炊事要求，推广应用受到很大限制。

平板式利用平板集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来就形平板式太阳灶。

平板集热器可以应用全玻璃真空管，它们均可以达到100°C以上，产生蒸汽或高温液体，将热量传入箱内进行烹调。普通拼版集热器如果性能很好也可以应用。例如盖板黑的涂料采用高质量选择性涂料，其集热温度也可以达大100°C以上。这种类型的太阳灶只能用于蒸煮或烧开水，大量推广应用也受到很大限制。

聚光式聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底，使温度升到较高的程度，以满足炊事要求。这种太阳灶的关键部件是聚光镜，不仅有镜面材料的选择，还有几何形状的设计。最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。根据我国推广太阳灶的经验，设计一个700～1200瓦功率的聚光式太阳灶，通常采光面积约为1．5～2.0平方米。个别大型蒸汽太阳灶也是聚光式太阳灶，但其采光面积较大，有的要在5平方米以上。

聚光式太阳灶除采用旋转抛物面反射镜外，还有将抛物面分割成若干段的反射镜，光学上称之为菲涅耳镜，也有把菲涅耳镜做成连续的螺旋式反光带片，俗称“蚊香式太阳 灶”。这类灶型都是可折叠的便携式太阳灶。 聚光式太阳灶的镜面，有用玻璃整体热弯成型，也有用普通玻璃镜片碎块粘贴在设计好的底板上，或者用高反光率的镀铝涤纶薄膜裱糊在底板上。底板可用水泥制成，或用铁皮、钙塑材料等加工成型。也可直接用铝板抛光并涂以防氧化剂制成反光镜。聚光式太阳灶的架体用金属管材弯制，锅架高度应适中要便于操作，镜面仰角可灵活调节。为了移动方便，也可在架底安装两个小轮，但必须保证灶体的稳定性。在有风的地方，太阳灶要能抗风不倒。可在锅底部位加装防风罩，以减少锅底因受风的影响而功率下降。有的太阳灶装有自动跟踪 太阳的跟踪器，但是一般认为这只会增加整灶的造价。中国农村推广的一些聚光式太阳灶。大部分为水泥壳体加玻璃镜面，造价低，便于就地制作，但不利于工业化生产和运输。5

室内式前面介绍的三种太阳灶都必须在室外进行炊事操作，工作环境恶劣，也不卫生，为此又研制生产出室内太阳灶。这种太阳灶的主要特点是采用传热介质（液体），把室外聚集接收到的太阳辐射能传递到室内，然后供人们用来烹调食物。考虑到室内操作的稳定性，应增加蓄热装置。

储能式储能式太阳灶是利用光学原理使低品位阳光通过聚焦达到800到1000℃的高温能量后，再利用导光镜或光纤使高温光束导向灶头直接利用或将能量储存起来。这种全新的太阳灶不仅可以做饭烧水，烘烤，储能，而且还可以作为阳光源导向室内作照明用或作花卉、盆景的光照用。6

优缺点优势：

一、经济效益。不用煤，不用电，不用液化气，不用柴草，不用花一分钱，您只利用太阳光就可以烧水、做饭。在有阳光的地方使用，既方便又省钱，一次投资长期收益。

二、社会效益。一是省劳力，不用砍柴。二是节柴省煤。三是改善您的吃饭条件，提高您的健康水平，本产品烧水做饭为纯天然无污染，清洁、无烟尘和油垢。

三、生态效益。对环境无任何污染。节约煤炭和柴草，减少二氧化碳排放量，不仅解决了燃料问题，还可以大量减少焚烧，保护了农村环境，维持生态平衡，是国家提倡节能环保的产品。

缺点：

一、受天气影响较大，阴天下雨不能用

二、受场地影响较大，室内不能用

三、受市场规律影响较大，目前在国内城市中并不普及7

推广应用太阳灶的市场前景非常诱人，我国有近一半的人口在农村，消费群体异常庞大，农村的大多农户还是用土灶做饭，用煤气、液化气的很少，且因煤气、液化气的价格不断上涨，加重了其经济负担。与之相比，太阳灶的确是省钱又省力的先进灶具。购买太阳灶只需一次投资，它的能源来自太阳能，取之不尽，用之不竭，在价格和使用成本上也具有巨大的优势。因此，太阳灶值得在广大农村地区推广。

1979~1986年是我国太阳灶数量增长最快的时期，在这一期间，国家拿出相当数量的资金，扶持太阳灶事业的发展，经过短短的几年时间，全国太阳灶的保有量就从1979 年的2000台发展到 1986 年的10 万余台。从 1985年开始，许多地区取消了太阳灶补贴，逐步实行生产和销售商品化。在一些产业建设起步较快的地区，开始向自我发展的方向转变。例如，甘肃省临洮县和宁夏西吉等地，在当地农村能源管理部门的支持下建厂，近年每年都生产近万台太阳灶，基本实现了产品商品化销售。4

目前我国太阳灶的推广和应用区域集中在西部太阳能丰富的甘肃、青海、宁夏、西藏、四川、云南等地区，而这与国家和地方政府的支持分不开。截至2006年底，农业部在四川省甘孜和青海省玉树两个藏族自治州投资870万元实施的太阳能温暖工程项目全面完成。两州11个县88个乡（镇）372个村的22800户牧民每户安装了一台太阳灶，实现了一户一灶，可为牧民年节约劳动力成本1368万元。2008年，农业部继续在青海等四省藏区及宁夏中部干旱地区实施太阳能温暖工程。为此，农业部安排中央投资7741万元，在青海果洛、海南、黄南州，四川甘孜、阿坝州，甘肃甘南州，云南迪庆州等藏区及宁夏中部干旱地区共64个县，为近20万户农牧民安装太阳灶198235台。8

促进太阳灶发展的驱动因素从小范围内的解决薪材资源短缺和与薪材利用相关的环境问题延伸到所有与烹饪能源需求相关的任何个体不仅包括低收入家庭，而且涉及消耗(费)燃料的中高阶层收入家庭和所有的薪材使用者.能源短缺和丰富的太阳能资源使得各农村社会阶层意识到利用太阳能的必要、实惠及便捷.8