太阳能利用技术-学习情境二

学习情境二太阳灶的组装、调试与维护三、聚光式太阳灶的结构（一）确定支点位置

太阳灶的采光面积确定后，在结构设计中首先要确定支点位置。支撑点选取的原则是：1）靠近重心，使调整轻便；2）在使用过程中，不会使操作高度超过方便的限度；3）在使用范围内（不包括极限位置），壳体不会触地。（二）太阳灶的灶面结构太阳灶的灶面结构包括基面部分和反光材料。从曲面类型分，有旋转抛物面，球面，圆锥面，菲涅耳反射面，抛物柱面等。从太阳灶的灶形来分，有正轴灶（正圆、椭圆、扁圆），偏轴灶（矩形、扇形、椭圆、扁圆）。而灶面结构也有整块、两块、三块或四块组合灶面。（三）太阳灶的支承和跟踪结构1.太阳灶的支承机构

太阳灶支承机构包括灶面支承体和锅架支承体。1）灶面支承体：常见的有重心支承体和小车支承体。2）锅架支承体：有两种形式，一种是以地面作为支承体，锅架转动时，锅具位置不变。另一种是锅架被支承在灶面上，隔十分钟左右要调一次灶面位置，以确保锅具处于焦点位置。该灶用小车支承，其特点是移动特别方便，当阳光被遮挡后，人们可以很轻松地把太阳灶推移到太阳光线比较好的地方进行使用。右图是锅架被支承在地面上，其特点是稳定性好，炊事高度保持不变。2.太阳灶支承和跟踪装置的关系太阳灶的支承和跟踪装置时相互关联的，它们应共同满足下列要求。1）确保锅底处在焦斑位置。2）保持锅架水平稳定，不得倾斜。3）能及时跟踪太阳方位角和高度角的变化。3.太阳灶的跟踪装置太阳灶的跟踪装置分为手动跟踪、自动跟踪和控放式自动跟踪装置a.手动跟踪装置太阳灶的高度角和方位角是在不断地变化的。但是高度角每天变化很小，几天内基本上可看成不变，因此几天调节一次即可。这样太阳灶操作人员只要隔十几分钟调整一次方位角，就能满足太阳灶的正常工作要求。这种调整大多是用手动完成的。特点：结构简单、造价低廉，运行可靠性高。b.自动跟踪装置太阳灶的自动跟踪装置，应采用双轴跟踪系统，即在高度角方向上的南北向跟踪和在方位角方向上的东西向跟踪。这样的装置，需要两套讯号传输、控制和传动系统。特点：跟踪精度高缺点：结构复杂，价格比较高c.控放式自动跟踪装置四、聚光式太阳灶的材料与制作工艺（一）绘制抛物线（二）制作抛物线样板将绘制好的抛物线复制在五合板或5~10mm厚的钢板上，做成抛物线刮板。刮板如果是木质的，其工作表面要作处理，如涂清漆或环氧树脂等，以增加刮板的耐磨性。刮板的一端要标绘出抛物线主轴的位置。即刮板旋转轴的中心线。为了在制作胎膜过程中减少因刮板晃动而造成的误差，刮板的另一端要有轨道面。在设计时选取焦距f之后，根据抛物线方程少y2=4fx计算出各点坐标值。也可以用表2-1中的数值乘以f得到。然后，在坐标纸上精确地绘出所需的抛物线。（三）制作胎膜1.水泥模①首先将刮板定位，刮板的下沿稍稍离开地面，然后培土，用刮板刮制成凸形胎模，培土时一定要逐层夯实，防止以后出现塌落变形。②在制好的胎模上打一层混凝土，比例取为水泥：砂：石子=1：2：3。混凝土倒在土堆上，用泥抹摊好、压平，再将刮板慢慢旋转，直到刮板和混凝土表面接触均匀，外观整齐为止。当混凝土有一定强度之后，即可打砂浆，配比为1：(2~2.5)，其方法和抹混凝土相同。③经过一天左右的保养之后，可做素灰净面。净面是凸模的关键部分，一定要精心制作。水泥内不能有杂质，为防止杂质混入，应放在盆内搅拌。水泥标号应不低于500号，稀稠程度以倒在凸模上能流动为好。把搅拌好的素灰倒在凸模上，旋转刮板，使其下流，直到表面光滑平整为止。

④等到素灰具有一定强度后，可用覆盖物覆盖，并洒水养护，一般水泥要7天左右，高强水泥要2天。⑤养护好的胎模要用旧砂轮或油石磨面，磨到以手摸光滑为好，要求均匀一致。⑥胎模干燥后，开始画线，首先应找准旋转抛物而的原点，画出x和y坐标轴，再按灶面图纸要求用墨汁画出灶面轮廊线，然后用喷灯将石蜡涂在凸模表面上，再用熨斗熨平，刮掉多余部分即可。2.石膏模

用掺水泥的石膏堆成凸模，用料的质量配比大致是石膏：水泥：水=6：1：4.6，待石膏凝固后，沿刮板弧血的走向，用小铲刮削胎模，直到刮板沿胎模表面转动时基本吻合为止。然后用稀糊状水泥-石膏浆抹在胎膜表面上，用刮板修刮。待浆液凝固后，将刮板升高约1mrn，再浇刮第_层浆液，如此数次，便可得到一个表面光滑，并与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、保形性和抗自然环境侵蚀能力，稳定性和抗风性好，制作简单，价格较低。缺点是比较笨重。水泥灶一般可分为混凝土和抗碱玻璃纤维增强水泥两种。混凝土是由水泥、水、沙、石子、钢筋等原料组成。水和水泥调成水泥浆，沙子为细骨料，石子为粗骨料，钢筋则为造型材料。水泥的选择是确保灶壳质量的关键，水泥标号愈高，其黏结力愈强，故一般要选用500号以上的水泥。在配制混凝土时，应使用尽量清洁的水，不能含有脂肪、油、糖、酸和其他有害物质渗入。抗碱玻璃纤维增强水泥是一种新的建筑材料，强度高、抗裂性强、工艺简单，可制成薄壳轻型灶。2.玻璃钢灶玻璃钢是一种轻质、高强度材料。用它制作太阳灶壳，成形容易而且轻便。缺点是容易变形，需要有合理的灶壳支撑结构。制作玻璃钢所用的树脂有环氧树脂、酚醛树脂、聚酷树脂、丙烯酸类树脂等。它们的性能各不相同，加入不同的填料和催化剂，可以改变其性能。由于聚醋树脂比较便宜，大多数玻璃钢太阳灶壳都用它来制作。制作玻璃钢灶壳的模具仍可采用水泥胎模，但模制成后应进行表面封孔处理，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(小时)，搅拌均匀至沉淀即可使用。为防止脱模困难，应涂2~4次脱模剂。脱模剂配方为聚乙烯醇5~8份，乙醇32~65份，水32~65份。

制作方法是在模具上铺玻璃纤维布，上面涂刷树脂，内层使用粗布，外层使用细布，使表面平滑美观。树脂种类很多，这里举一个例子：使用191#聚醋树脂100份，过氧化环乙酮1~5份，萘酸钴1~10份，具体比例的选定由制作时操作的快慢及对固化时间的要求来确定。纤维布的层数由灶壳的大小、形状和结构来定，若灶壳的四边及腰部设计有加强筋，则糊3~5层即可，以不变形和保证聚光性能为准。糊好后固化5~8h即可脱模。3.铸铁灶铸铁灶壳是以改进的制作铁锅的工艺制成的。一般采用压铸工艺，使灶壳厚度只有3mm左右。整个灶壳由两块组装而成。铸铁灶的制作要用专门的模具，由专门的工厂进行。这种灶运输方便，使用寿命长，材料可以回收此外，还有用菱苦土、石膏、钙塑、铸铝、钢板、纸浆水泥等材料制作的灶壳，灶壳形式有伞式和簿膜抽气式等。还，叮堆积泥土，就地制成反射面，铺上反射镜片就能使用的简易太阳灶。这种灶造价很低，但因为是固定的，不能跟踪太阳，因而每天使用时间较短制作时方位角和仰角要选择适当，并要求锅架能够移动，可在一定范困内跟踪太阳。（五）反光材料反光材料应选用反射率高、寿命长、可提高太阳灶的热效率，而且在一定功率条件下能减少采光面积，降低成本的材料。常用的反光材料有玻璃镜片和镀铝薄膜胶带。1.玻璃镜片一般的普通玻璃镜片厚2~3mm。优点：耐磨性好、光洁度高、价格便宜、易切割加工、购买方便，寿命可达4~5年。缺点：反光率不高，质量较大，粘贴比较麻烦，尤其镜片键的缝隙不易粘牢，雨水进入会造成反光层脱落，影响使用。2.镀铝薄膜下图表示真空镀铝薄膜胶带的构造。在镀铝反射面2之上涂有一层有机硅树脂保护涂层1，聚酯薄膜基层3的下面涂覆压敏胶4，再下面是隔离纸5。使用时，剥掉隔离纸，直接粘贴在灶壳表面上。镀铝薄膜的镜反射率高，比用镀铝反射镜光效率约高10%。它质量轻，粘贴方便，在一些基材光滑的灶上，逐渐取代了镀铝镜片。但由于塑料薄膜易老化，其使用寿命受到限制，一般在2年左右。

五、聚光式太阳灶的使用与维护太阳灶应安放在开阔、避风的地方，使用期间太阳光不要受到任何物体遮挡，底座水平放置牢靠。使用太阳灶时，先用纸板或木板放在锅圈上，调整灶面，使其轴对准阳光，焦斑处于锅圈中心处，焦斑最好呈直径约l0cm的圆形。在使用过程中，一般每隔5~l0min进行一次跟踪调整，使光斑始终落在锅底。光斑能量密度很高，调整时要注意不要照到人的眼睛或身体以及其他物体，以免造成人身伤害或物体损坏。保持太阳灶的反射面清洁，不仅可延长使用寿命，还可避免效率降低。可用潮湿柔软纱布擦净或用水冲，切忌用硬物或带颗粒的清洁剂擦，以免破坏灶面。在不使用期间最好将灶面背向阳光，可延长反光材料的寿命。对于玻璃灶面，要防止物体碰撞，以免破坏。新用炊具底部应涂黑(用煤、柴草烟熏黑)，以提高吸热能力。空锅切忌放置在灶上，以免烧坏锅底。太阳灶焦斑处温度可达400℃~1000℃，易燃物应当远离，以免发生火灾。太阳灶的转动部分应注意定期加润滑油，使其操作方便、灵活。六、聚光式太阳灶性能检测（一）技术要求1.太阳灶应按经过规定程序批准的图样和技术文件制造2.太阳灶的热性能指标和结构尺寸应符合下列规定：①烧水热效率不低于55%；②温度在400°C以上的光斑面积不小于50cm2，不大于200cm2，边缘整齐，呈圆形或椭圆形；③最大操作高度≤1.25m；④最大操作距离≤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（镀铝薄膜≥

0.8，其他反光材料≥0.7），较好地耐磨性以及抗老化能力。4.

灶面应平整光滑，无裂纹和损坏，反光材料应粘贴良好。柔软反光材料不应有皱折，隆起部分每平方米不多于5处，每处面积≤4cm2。玻璃镜片两片之间间隙≤1mm，边缘整齐无破损。5.灶壳支撑架安装后，与灶壳接触良好、紧固稳定。6.焊接件应符合JB/T5943-1991《工程机械焊接通用技术条件》的规定。7.油漆表面应光滑、均匀、色调一致，并有较强的附着力和抗老化能力。8.高度角和方位角调整机构应操作方便、跟踪准确、稳定可靠。9.自动跟踪型太阳灶的跟踪角误差不超过±2°。10.在使用的高度角范围内，锅圈平面和水平面之间的角度≤5°。

（二）结构检测方法1.焦距(f)：当太阳灶主光轴与太阳光线平行时，锅圈中心至锅圈在灶面上投影的中心(原点)之间的距离即为焦距，可用钢卷尺或直尺测量。2.采光面积(Ac)

：当太阳灶主光轴与太阳光线平行时，测出在地平面上的灶面外轮廓线投影以内的全部面积并乘以此时太阳高度角的正弦值，即为采光面积。当然还应扣除灶面边缘不起聚光作用的面积。3.使用高度角：太阳灶使用高度角可用量角器测量，测量误差≤±2°。将灶面向前调至极限位置，测出锅圈中心至原点间连线与水平面的夹角即为最小使用高度角。将灶面向后调至极限位置，测出锅圈中心至原点间连线与水平面的夹角即为最大使用高度角。4.最大操作高度(Hmax)：把太阳灶锅圈调至最高位置，用钢卷尺或直尺测出锅圈中心到地平面的垂直距离，即为最大操作高度。5.最大操作距离(Lmax)：把灶面向前调至极限位置，用钢卷尺或直尺测出锅圈中心到灶面后边缘的水平距离，即为最大操作距离。

6.跟踪机构：在锅圈上放置24cm日用平底铝锅，锅内盛水至离锅边2cm，在太阳灶使用范围内调整跟踪机构，观察其稳定性和可靠性。7.光斑特性：光斑特性用测温板测量。测温板为厚0.5mm、直径250mm的普通钢板，朝下面涂无光黑漆，朝上面涂400℃示温涂料。示温涂料可采用测温笔或变色漆。调整太阳灶使阳光会聚于锅圈中心，迅速将测温板放置在锅圈上，当测试时间达3min(分钟)时，取下测温板，用求积仪或方格纸计算出光斑面积。（三）热性能试验方法1.试验条件①在试验期间不得有仟何外界的阴影落在太阳灶下，也不得有任何其他表面反射的能量落在太阳灶上。②在试验期间，太阳直接辐射照度≥500W/m2，波动范围100W/m2。③在试验期间，环境温度应在5℃~30℃之间，风速≥2m/s。④在试验期间，太阳高度角应在35°~65°之间。

2.试验仪器、仪表与测量①风速用旋式风速计或自记式风速计测量，仪器误差≤±0.5m/s。风速计应置于太阳灶锅具附近的相同高度，且距离太阳灶锅架中心在5m以内。②温度可用水银温度计或热电式温度计测量，温度计误差≤士0.2℃。环境温度计应放置于百叶箱内或无阳光直接照射的阴影下，距太阳灶l0m以内。③太阳直接辐照度和累积太阳直接辐照量可用直接辐射计，配以二次仪表进行测量。直接辐射计在使用期间必须按规定进行标定。直接辐射计的时间常数应小于2s，误差≤士2%，二次仪表误差≤±1%。太阳直接辐射计如无自动跟踪装置每5min内至少应调整一次，使其受光面保持与太阳光束垂直。④水的质量可用台秤