太陽能利用技術(shù)-學(xué)習(xí)情境二

學(xué)習(xí)情境二太陽灶的組裝、調(diào)試與維護(hù)三、聚光式太陽灶的結(jié)構(gòu)（一）確定支點(diǎn)位置

太陽灶的采光面積確定后，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要確定支點(diǎn)位置。支撐點(diǎn)選取的原則是：1）靠近重心，使調(diào)整輕便；2）在使用過程中，不會(huì)使操作高度超過方便的限度；3）在使用范圍內(nèi)（不包括極限位置），殼體不會(huì)觸地。（二）太陽灶的灶面結(jié)構(gòu)太陽灶的灶面結(jié)構(gòu)包括基面部分和反光材料。從曲面類型分，有旋轉(zhuǎn)拋物面，球面，圓錐面，菲涅耳反射面，拋物柱面等。從太陽灶的灶形來分，有正軸灶（正圓、橢圓、扁圓），偏軸灶（矩形、扇形、橢圓、扁圓）。而灶面結(jié)構(gòu)也有整塊、兩塊、三塊或四塊組合灶面。（三）太陽灶的支承和跟蹤結(jié)構(gòu)1.太陽灶的支承機(jī)構(gòu)

太陽灶支承機(jī)構(gòu)包括灶面支承體和鍋架支承體。1）灶面支承體：常見的有重心支承體和小車支承體。2）鍋架支承體：有兩種形式，一種是以地面作為支承體，鍋架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鍋具位置不變。另一種是鍋架被支承在灶面上，隔十分鐘左右要調(diào)一次灶面位置，以確保鍋具處于焦點(diǎn)位置。該灶用小車支承，其特點(diǎn)是移動(dòng)特別方便，當(dāng)陽光被遮擋后，人們可以很輕松地把太陽灶推移到太陽光線比較好的地方進(jìn)行使用。右圖是鍋架被支承在地面上，其特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，炊事高度保持不變。2.太陽灶支承和跟蹤裝置的關(guān)系太陽灶的支承和跟蹤裝置時(shí)相互關(guān)聯(lián)的，它們應(yīng)共同滿足下列要求。1）確保鍋底處在焦斑位置。2）保持鍋架水平穩(wěn)定，不得傾斜。3）能及時(shí)跟蹤太陽方位角和高度角的變化。3.太陽灶的跟蹤裝置太陽灶的跟蹤裝置分為手動(dòng)跟蹤、自動(dòng)跟蹤和控放式自動(dòng)跟蹤裝置a.手動(dòng)跟蹤裝置太陽灶的高度角和方位角是在不斷地變化的。但是高度角每天變化很小，幾天內(nèi)基本上可看成不變，因此幾天調(diào)節(jié)一次即可。這樣太陽灶操作人員只要隔十幾分鐘調(diào)整一次方位角，就能滿足太陽灶的正常工作要求。這種調(diào)整大多是用手動(dòng)完成的。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉，運(yùn)行可靠性高。b.自動(dòng)跟蹤裝置太陽灶的自動(dòng)跟蹤裝置，應(yīng)采用雙軸跟蹤系統(tǒng)，即在高度角方向上的南北向跟蹤和在方位角方向上的東西向跟蹤。這樣的裝置，需要兩套訊號(hào)傳輸、控制和傳動(dòng)系統(tǒng)。特點(diǎn)：跟蹤精度高缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較高c.控放式自動(dòng)跟蹤裝置四、聚光式太陽灶的材料與制作工藝（一）繪制拋物線（二）制作拋物線樣板將繪制好的拋物線復(fù)制在五合板或5~10mm厚的鋼板上，做成拋物線刮板。刮板如果是木質(zhì)的，其工作表面要作處理，如涂清漆或環(huán)氧樹脂等，以增加刮板的耐磨性。刮板的一端要標(biāo)繪出拋物線主軸的位置。即刮板旋轉(zhuǎn)軸的中心線。為了在制作胎膜過程中減少因刮板晃動(dòng)而造成的誤差，刮板的另一端要有軌道面。在設(shè)計(jì)時(shí)選取焦距f之后，根據(jù)拋物線方程少y2=4fx計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)值。也可以用表2-1中的數(shù)值乘以f得到。然后，在坐標(biāo)紙上精確地繪出所需的拋物線。（三）制作胎膜1.水泥模①首先將刮板定位，刮板的下沿稍稍離開地面，然后培土，用刮板刮制成凸形胎模，培土?xí)r一定要逐層夯實(shí)，防止以后出現(xiàn)塌落變形。②在制好的胎模上打一層混凝土，比例取為水泥：砂：石子=1：2：3?；炷恋乖谕炼焉?，用泥抹攤好、壓平，再將刮板慢慢旋轉(zhuǎn)，直到刮板和混凝土表面接觸均勻，外觀整齊為止。當(dāng)混凝土有一定強(qiáng)度之后，即可打砂漿，配比為1：(2~2.5)，其方法和抹混凝土相同。③經(jīng)過一天左右的保養(yǎng)之后，可做素灰凈面。凈面是凸模的關(guān)鍵部分，一定要精心制作。水泥內(nèi)不能有雜質(zhì)，為防止雜質(zhì)混入，應(yīng)放在盆內(nèi)攪拌。水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)不低于500號(hào)，稀稠程度以倒在凸模上能流動(dòng)為好。把攪拌好的素灰倒在凸模上，旋轉(zhuǎn)刮板，使其下流，直到表面光滑平整為止。

④等到素灰具有一定強(qiáng)度后，可用覆蓋物覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)，一般水泥要7天左右，高強(qiáng)水泥要2天。⑤養(yǎng)護(hù)好的胎模要用舊砂輪或油石磨面，磨到以手摸光滑為好，要求均勻一致。⑥胎模干燥后，開始畫線，首先應(yīng)找準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)拋物而的原點(diǎn)，畫出x和y坐標(biāo)軸，再按灶面圖紙要求用墨汁畫出灶面輪廊線，然后用噴燈將石蠟涂在凸模表面上，再用熨斗熨平，刮掉多余部分即可。2.石膏模

用摻水泥的石膏堆成凸模，用料的質(zhì)量配比大致是石膏：水泥：水=6：1：4.6，待石膏凝固后，沿刮板弧血的走向，用小鏟刮削胎模，直到刮板沿胎模表面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)基本吻合為止。然后用稀糊狀水泥-石膏漿抹在胎膜表面上，用刮板修刮。待漿液凝固后，將刮板升高約1mrn，再澆刮第_層漿液，如此數(shù)次，便可得到一個(gè)表面光滑，并與刮板吻合的石膏模具。（四）灶面制作1.水泥灶：具有良好的耐水性、保形性和抗自然環(huán)境侵蝕能力，穩(wěn)定性和抗風(fēng)性好，制作簡單，價(jià)格較低。缺點(diǎn)是比較笨重。水泥灶一般可分為混凝土和抗堿玻璃纖維增強(qiáng)水泥兩種?；炷潦怯伤?、水、沙、石子、鋼筋等原料組成。水和水泥調(diào)成水泥漿，沙子為細(xì)骨料，石子為粗骨料，鋼筋則為造型材料。水泥的選擇是確保灶殼質(zhì)量的關(guān)鍵，水泥標(biāo)號(hào)愈高，其黏結(jié)力愈強(qiáng)，故一般要選用500號(hào)以上的水泥。在配制混凝土?xí)r，應(yīng)使用盡量清潔的水，不能含有脂肪、油、糖、酸和其他有害物質(zhì)滲入?？箟A玻璃纖維增強(qiáng)水泥是一種新的建筑材料，強(qiáng)度高、抗裂性強(qiáng)、工藝簡單，可制成薄殼輕型灶。2.玻璃鋼灶玻璃鋼是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度材料。用它制作太陽灶殼，成形容易而且輕便。缺點(diǎn)是容易變形，需要有合理的灶殼支撐結(jié)構(gòu)。制作玻璃鋼所用的樹脂有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酷樹脂、丙烯酸類樹脂等。它們的性能各不相同，加入不同的填料和催化劑，可以改變其性能。由于聚醋樹脂比較便宜，大多數(shù)玻璃鋼太陽灶殼都用它來制作。制作玻璃鋼灶殼的模具仍可采用水泥胎模，但模制成后應(yīng)進(jìn)行表面封孔處理，封孔材料可采用冷干漆或漆片制成的泡立水。泡立水的配方是漆片：酒精：丙酮=1：1：1，混合后放置6~8h(小時(shí))，攪拌均勻至沉淀即可使用。為防止脫模困難，應(yīng)涂2~4次脫模劑。脫模劑配方為聚乙烯醇5~8份，乙醇32~65份，水32~65份。

制作方法是在模具上鋪玻璃纖維布，上面涂刷樹脂，內(nèi)層使用粗布，外層使用細(xì)布，使表面平滑美觀。樹脂種類很多，這里舉一個(gè)例子：使用191#聚醋樹脂100份，過氧化環(huán)乙酮1~5份，萘酸鈷1~10份，具體比例的選定由制作時(shí)操作的快慢及對(duì)固化時(shí)間的要求來確定。纖維布的層數(shù)由灶殼的大小、形狀和結(jié)構(gòu)來定，若灶殼的四邊及腰部設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，則糊3~5層即可，以不變形和保證聚光性能為準(zhǔn)。糊好后固化5~8h即可脫模。3.鑄鐵灶鑄鐵灶殼是以改進(jìn)的制作鐵鍋的工藝制成的。一般采用壓鑄工藝，使灶殼厚度只有3mm左右。整個(gè)灶殼由兩塊組裝而成。鑄鐵灶的制作要用專門的模具，由專門的工廠進(jìn)行。這種灶運(yùn)輸方便，使用壽命長，材料可以回收此外，還有用菱苦土、石膏、鈣塑、鑄鋁、鋼板、紙漿水泥等材料制作的灶殼，灶殼形式有傘式和簿膜抽氣式等。還，叮堆積泥土，就地制成反射面，鋪上反射鏡片就能使用的簡易太陽灶。這種灶造價(jià)很低，但因?yàn)槭枪潭ǖ?，不能跟蹤太陽，因而每天使用時(shí)間較短制作時(shí)方位角和仰角要選擇適當(dāng)，并要求鍋架能夠移動(dòng)，可在一定范困內(nèi)跟蹤太陽。（五）反光材料反光材料應(yīng)選用反射率高、壽命長、可提高太陽灶的熱效率，而且在一定功率條件下能減少采光面積，降低成本的材料。常用的反光材料有玻璃鏡片和鍍鋁薄膜膠帶。1.玻璃鏡片一般的普通玻璃鏡片厚2~3mm。優(yōu)點(diǎn)：耐磨性好、光潔度高、價(jià)格便宜、易切割加工、購買方便，壽命可達(dá)4~5年。缺點(diǎn)：反光率不高，質(zhì)量較大，粘貼比較麻煩，尤其鏡片鍵的縫隙不易粘牢，雨水進(jìn)入會(huì)造成反光層脫落，影響使用。2.鍍鋁薄膜下圖表示真空鍍鋁薄膜膠帶的構(gòu)造。在鍍鋁反射面2之上涂有一層有機(jī)硅樹脂保護(hù)涂層1，聚酯薄膜基層3的下面涂覆壓敏膠4，再下面是隔離紙5。使用時(shí)，剝掉隔離紙，直接粘貼在灶殼表面上。鍍鋁薄膜的鏡反射率高，比用鍍鋁反射鏡光效率約高10%。它質(zhì)量輕，粘貼方便，在一些基材光滑的灶上，逐漸取代了鍍鋁鏡片。但由于塑料薄膜易老化，其使用壽命受到限制，一般在2年左右。

五、聚光式太陽灶的使用與維護(hù)太陽灶應(yīng)安放在開闊、避風(fēng)的地方，使用期間太陽光不要受到任何物體遮擋，底座水平放置牢靠。使用太陽灶時(shí)，先用紙板或木板放在鍋圈上，調(diào)整灶面，使其軸對(duì)準(zhǔn)陽光，焦斑處于鍋圈中心處，焦斑最好呈直徑約l0cm的圓形。在使用過程中，一般每隔5~l0min進(jìn)行一次跟蹤調(diào)整，使光斑始終落在鍋底。光斑能量密度很高，調(diào)整時(shí)要注意不要照到人的眼睛或身體以及其他物體，以免造成人身傷害或物體損壞。保持太陽灶的反射面清潔，不僅可延長使用壽命，還可避免效率降低?？捎贸睗袢彳浖啿疾羶艋蛴盟疀_，切忌用硬物或帶顆粒的清潔劑擦，以免破壞灶面。在不使用期間最好將灶面背向陽光，可延長反光材料的壽命。對(duì)于玻璃灶面，要防止物體碰撞，以免破壞。新用炊具底部應(yīng)涂黑(用煤、柴草煙熏黑)，以提高吸熱能力?？斟伹屑煞胖迷谠钌?，以免燒壞鍋底。太陽灶焦斑處溫度可達(dá)400℃~1000℃，易燃物應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離，以免發(fā)生火災(zāi)。太陽灶的轉(zhuǎn)動(dòng)部分應(yīng)注意定期加潤滑油，使其操作方便、靈活。六、聚光式太陽灶性能檢測(cè)（一）技術(shù)要求1.太陽灶應(yīng)按經(jīng)過規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造2.太陽灶的熱性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合下列規(guī)定：①燒水熱效率不低于55%；②溫度在400°C以上的光斑面積不小于50cm2，不大于200cm2，邊緣整齊，呈圓形或橢圓形；③最大操作高度≤1.25m；④最大操作距離≤8m；⑤最小使用高度角≤25°；⑥最大使用高度角≥70°。3.反光材料要有高反射率（鍍鋁薄膜≥

0.8，其他反光材料≥0.7），較好地耐磨性以及抗老化能力。4.

灶面應(yīng)平整光滑，無裂紋和損壞，反光材料應(yīng)粘貼良好。柔軟反光材料不應(yīng)有皺折，隆起部分每平方米不多于5處，每處面積≤4cm2。玻璃鏡片兩片之間間隙≤1mm，邊緣整齊無破損。5.灶殼支撐架安裝后，與灶殼接觸良好、緊固穩(wěn)定。6.焊接件應(yīng)符合JB/T5943-1991《工程機(jī)械焊接通用技術(shù)條件》的規(guī)定。7.油漆表面應(yīng)光滑、均勻、色調(diào)一致，并有較強(qiáng)的附著力和抗老化能力。8.高度角和方位角調(diào)整機(jī)構(gòu)應(yīng)操作方便、跟蹤準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。9.自動(dòng)跟蹤型太陽灶的跟蹤角誤差不超過±2°。10.在使用的高度角范圍內(nèi)，鍋圈平面和水平面之間的角度≤5°。

（二）結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法1.焦距(f)：當(dāng)太陽灶主光軸與太陽光線平行時(shí)，鍋圈中心至鍋圈在灶面上投影的中心(原點(diǎn))之間的距離即為焦距，可用鋼卷尺或直尺測(cè)量。2.采光面積(Ac)

：當(dāng)太陽灶主光軸與太陽光線平行時(shí)，測(cè)出在地平面上的灶面外輪廓線投影以內(nèi)的全部面積并乘以此時(shí)太陽高度角的正弦值，即為采光面積。當(dāng)然還應(yīng)扣除灶面邊緣不起聚光作用的面積。3.使用高度角：太陽灶使用高度角可用量角器測(cè)量，測(cè)量誤差≤±2°。將灶面向前調(diào)至極限位置，測(cè)出鍋圈中心至原點(diǎn)間連線與水平面的夾角即為最小使用高度角。將灶面向后調(diào)至極限位置，測(cè)出鍋圈中心至原點(diǎn)間連線與水平面的夾角即為最大使用高度角。4.最大操作高度(Hmax)：把太陽灶鍋圈調(diào)至最高位置，用鋼卷尺或直尺測(cè)出鍋圈中心到地平面的垂直距離，即為最大操作高度。5.最大操作距離(Lmax)：把灶面向前調(diào)至極限位置，用鋼卷尺或直尺測(cè)出鍋圈中心到灶面后邊緣的水平距離，即為最大操作距離。

6.跟蹤機(jī)構(gòu)：在鍋圈上放置24cm日用平底鋁鍋，鍋內(nèi)盛水至離鍋邊2cm，在太陽灶使用范圍內(nèi)調(diào)整跟蹤機(jī)構(gòu)，觀察其穩(wěn)定性和可靠性。7.光斑特性：光斑特性用測(cè)溫板測(cè)量。測(cè)溫板為厚0.5mm、直徑250mm的普通鋼板，朝下面涂無光黑漆，朝上面涂400℃示溫涂料。示溫涂料可采用測(cè)溫筆或變色漆。調(diào)整太陽灶使陽光會(huì)聚于鍋圈中心，迅速將測(cè)溫板放置在鍋圈上，當(dāng)測(cè)試時(shí)間達(dá)3min(分鐘)時(shí)，取下測(cè)溫板，用求積儀或方格紙計(jì)算出光斑面積。（三）熱性能試驗(yàn)方法1.試驗(yàn)條件①在試驗(yàn)期間不得有仟何外界的陰影落在太陽灶下，也不得有任何其他表面反射的能量落在太陽灶上。②在試驗(yàn)期間，太陽直接輻射照度≥500W/m2，波動(dòng)范圍100W/m2。③在試驗(yàn)期間，環(huán)境溫度應(yīng)在5℃~30℃之間，風(fēng)速≥2m/s。④在試驗(yàn)期間，太陽高度角應(yīng)在35°~65°之間。

2.試驗(yàn)儀器、儀表與測(cè)量①風(fēng)速用旋式風(fēng)速計(jì)或自記式風(fēng)速計(jì)測(cè)量，儀器誤差≤±0.5m/s。風(fēng)速計(jì)應(yīng)置于太陽灶鍋具附近的相同高度，且距離太陽灶鍋架中心在5m以內(nèi)。②溫度可用水銀溫度計(jì)或熱電式溫度計(jì)測(cè)量，溫度計(jì)誤差≤士0.2℃。環(huán)境溫度計(jì)應(yīng)放置于百葉箱內(nèi)或無陽光直接照射的陰影下，距太陽灶l0m以內(nèi)。③太陽直接輻照度和累積太陽直接輻照量可用直接輻射計(jì)，配以二次儀表進(jìn)行測(cè)量。直接輻射計(jì)在使用期間必須按規(guī)定進(jìn)行標(biāo)定。直接輻射計(jì)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于2s，誤差≤士2%，二次儀表誤差≤±1%。太陽直接輻射計(jì)如無自動(dòng)跟蹤裝置每5min內(nèi)至少應(yīng)調(diào)整一次，使其受光面保持與太陽光束垂直。④水的質(zhì)量可用臺(tái)秤