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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Fours solaires. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives L'utilisation réussie des fours solaires (poêles) a été constatée en Europe et en Inde dès le XVIIIe siècle. Les cuisinières et fours solaires absorbent l’énergie solaire et la transforment en chaleur, qui s’accumule dans un espace clos. La chaleur absorbée est utilisée pour la cuisson, la friture et la pâtisserie. La température dans un four solaire peut atteindre 18 degrés Celsius. Les fours solaires se présentent sous différentes formes et tailles. En voici quelques exemples : four, four à concentration, réflecteur, cuiseur solaire, etc. Avec toute la variété des modèles, tous les poêles captent la chaleur et la conservent dans une chambre isolée thermiquement. Dans la plupart des modèles, la lumière du soleil affecte directement la nourriture. Fours solaires en caisson Les fours solaires Box sont constitués d’une boîte bien isolée, peinte en noir à l’intérieur, dans laquelle sont placés des pots noirs contenant des aliments. La boîte est recouverte d'une « fenêtre » à deux couches qui laisse entrer le rayonnement solaire dans la boîte et retient la chaleur à l'intérieur. De plus, un couvercle avec un miroir à l'intérieur y est fixé, qui, une fois plié, renforce le rayonnement incident et, une fois fermé, améliore l'isolation thermique du four.
Les principaux avantages des fours solaires box :
Ils sont relativement peu coûteux (par rapport aux autres types de fours solaires). Bien sûr, ils ont aussi quelques inconvénients :
En raison de leurs avantages, les fours solaires à caisson sont le type de four solaire le plus courant. Ils se déclinent en différents types : production industrielle, artisanale et artisanale ; la forme peut ressembler à une valise plate ou à une boîte large et basse. Il existe également des fours fixes en terre cuite, à couvercle horizontal (dans les régions tropicales et subtropicales) ou incliné (dans les climats tempérés). Pour une famille de cinq personnes, des modèles standards avec une surface d'ouverture (zone d'entrée) d'environ 0,25 m2 sont recommandés. Il existe également des versions plus grandes de poêles en vente - 1 m2 ou plus. Recommandations pour la construction de fours solaires Étant donné que la chaleur absorbée par la surface intérieure de la boîte doit être transférée aux casseroles, le meilleur matériau pour la boîte est l'aluminium, qui possède une conductivité thermique élevée. De plus, l’aluminium n’est pas sujet à la corrosion. Par exemple, une boîte en acier, même avec un revêtement galvanisé, ne peut pas résister longtemps à l'environnement chaud et humide à l'intérieur du four pendant le processus de cuisson. Les feuilles de cuivre sont trop chères. Les pièces métalliques susceptibles de créer des ponts thermiques ne doivent pas être fixées à l’extérieur du caisson. Le matériau d'isolation thermique peut être du verre, de la laine synthétique ou un matériau naturel (cosses de cacahuètes, noix de coco, riz, maïs, etc.). Quel que soit le matériau utilisé, il doit rester sec. Le couvercle du four peut être constitué d'un ou deux verres avec un entrefer. La distance entre deux couches de verre est généralement de 10 à 20 mm. Des recherches ont montré que l'utilisation d'un matériau en nid d'abeille transparent qui divise l'espace intérieur en petites cellules verticales peut réduire considérablement les pertes de chaleur d'un poêle, augmentant ainsi son efficacité. Le verre intérieur est exposé à la chaleur, c'est pourquoi le verre trempé est souvent utilisé ; ou les deux couches peuvent être constituées de verre ordinaire d'une épaisseur d'environ 3 mm. Le couvercle extérieur du four solaire est un réflecteur qui amplifie le rayonnement incident. La surface réfléchissante peut être un miroir en verre ordinaire, une feuille de plastique recouverte d'un revêtement réfléchissant ou un miroir métallique incassable. En dernier recours, vous pouvez utiliser du papier d'aluminium provenant de paquets de cigarettes. Le boîtier extérieur du four solaire peut être en bois, en fibre de verre ou en métal. La fibre de verre est légère, peu coûteuse et résistante à l’eau, mais peu durable en cas d’utilisation continue. Le bois est plus résistant, mais plus lourd et plus sensible à la détérioration due à l’humidité. Les feuilles d'aluminium associées aux fixations en bois forment une surface de la plus haute qualité, résistante aux contraintes mécaniques, aux changements de température et à l'humidité. Une caisse en bois renforcée d'aluminium est la plus durable, mais elle est plus chère et assez lourde, et sa production prend également du temps. La productivité d'un four solaire standard d'une surface d'ouverture de 0,25 m2 atteint environ 4 kg de nourriture par jour, soit suffisant pour une famille de cinq personnes. La température maximale à l'intérieur du four solaire peut atteindre plus de 150°C par une journée ensoleillée sous les tropiques ; il est environ 120°C au-dessus de la température ambiante. Puisque l'eau contenue dans les produits alimentaires ne chauffe pas au-dessus de 100°C, la température à l'intérieur du four rempli sera toujours inférieure en conséquence. La température dans le four solaire chute fortement lorsque des récipients alimentaires y sont placés. Il est également important que la température reste nettement inférieure à 100°C la majeure partie du temps de cuisson. Mais le point d'ébullition est de 100°C n’est pas nécessaire pour cuire la plupart des légumes et des céréales. Le temps de cuisson moyen dans un four solaire est de 1 à 3 heures dans de bonnes conditions ensoleillées et à charge modérée. L'utilisation de casseroles en aluminium à paroi mince réduit considérablement le temps de cuisson par rapport aux ustensiles de cuisine en acier inoxydable. De plus, les facteurs suivants influencent également :
Poêles à miroir avec réflecteur Le four miroir le plus simple se compose d'un réflecteur parabolique et d'un support de casserole situé au point focal du four. Si le poêle est exposé au soleil, la lumière du soleil est réfléchie par tous les réflecteurs vers le point central (foyer), chauffant ainsi la poêle. Le réflecteur peut être un paraboloïde réalisé par exemple en tôle d'acier ou en feuille réfléchissante. La surface réfléchissante est généralement constituée d'aluminium poli, de métal miroir ou de plastique, mais peut également être constituée d'un certain nombre de petits miroirs plats fixés à la surface intérieure du paraboloïde. Selon la focale souhaitée, le réflecteur peut prendre la forme d'un bol profond dans lequel la casserole d'aliments est entièrement immergée (focale courte, les plats sont protégés du vent) ou d'une assiette peu profonde si la casserole est installée à une distance point focal à une certaine distance du réflecteur.
Tous les poêles réfléchissants utilisent uniquement le rayonnement solaire direct et doivent donc constamment se tourner vers le Soleil. Cela complique leur fonctionnement, car cela rend l'utilisateur dépendant de la météo et du dispositif de contrôle. Avantages des fours à miroir :
Ces avantages s'accompagnent de quelques inconvénients :
La difficulté de manipulation de ces fours, couplée au fait que le cuisinier est obligé de rester debout au soleil, est la principale raison de leur manque de popularité. Mais en Chine, où la cuisson nécessite traditionnellement une chaleur et une puissance élevées, elles sont très répandues. Puissance calorifique des fours solaires La puissance thermique d'un four solaire est déterminée par la quantité de rayonnement solaire, la surface d'absorption utile du four (généralement entre 0,25 m2 et 2 m2) et son efficacité thermique (généralement 20 à 50 %). Le tableau compare les valeurs typiques de surface, d'efficacité et de puissance pour un four à caisson et un four à réflecteur. Valeurs standard pour la surface, l'efficacité et la productivité des fours à caisson et à réflecteur
En règle générale, les fours réfléchissants ont une surface de travail beaucoup plus grande que les fours à caisson. Par conséquent, ils sont beaucoup plus puissants et peuvent faire bouillir plus d’eau, cuire plus d’aliments ou traiter des quantités comparables en moins de temps. En revanche, leur efficacité thermique est moindre car les ustensiles de cuisine sont refroidis par exposition à l’atmosphère. Dans les pays tropicaux et subtropicaux, vous pouvez compter sur un temps clair et une lumière quotidienne normale presque toute l'année. Vers midi, lorsque l'irradiation solaire totale atteint 1000 W/m2, il est tout à fait réaliste de compter sur une puissance thermique de 50 à 350 W, selon le type et la taille du poêle. La quantité de rayonnement le matin et pendant la journée est naturellement plus faible et ne peut pas être entièrement compensée par le système de suivi solaire. À titre de comparaison, brûler 1 kg de bois sec produit environ 5000 15 W, multipliés par le rendement thermique du poêle (25 % pour un foyer primitif et 30 à 750 % pour un foyer amélioré utilisé dans les pays en développement). La puissance thermique atteignant réellement la batterie de cuisine est donc de 1500 à XNUMX XNUMX W. La quantité de rayonnement solaire diminue fortement par temps nuageux et pendant la saison des pluies. Dans des conditions d'absence de rayonnement direct, un four solaire ne convient pas à autre chose que conserver les aliments préparés au chaud. Le point faible des fours solaires (quel que soit leur type) est que les jours nuageux et pluvieux (2 à 4 mois par an pour la plupart des pays en développement), les aliments doivent être cuits avec des moyens conventionnels : brûleur à bois, à gaz ou à kérosène. Rayonnement solaire et poêles La principale condition pour une utilisation réussie d’un four solaire est un éclairage adéquat avec peu de jours nuageux tout au long de l’année. La durée et l'intensité du rayonnement solaire doivent permettre au four solaire d'être utilisé pendant de longues périodes. Alors qu'en Europe centrale la cuisine solaire est possible par une journée d'été ensoleillée, une quantité minimale d'énergie solaire de 1500 2 kWh/m4 par an est souhaitable pour un four solaire (correspondant à un ensoleillement quotidien moyen de 2 kWh/mXNUMX). Mais les moyennes annuelles peuvent parfois être trompeuses. Une condition essentielle pour l’adéquation d’un four solaire est un temps estival stable, c’est-à-dire des périodes régulières et prévisibles de jours sans nuages. Les ressources en énergie solaire varient considérablement d'un pays à l'autre, même au sein de la zone tropicale des pays du tiers monde. Par exemple, le rayonnement solaire dans la plupart des régions de l’Inde est considéré comme très bon en termes d’utilisation de l’énergie solaire. La quantité moyenne d'énergie solaire se situe entre 5 et 7 kWh/m2 par jour selon les régions. Dans une grande partie du pays, les niveaux de luminosité sont à leur plus bas niveau pendant la saison de la mousson et presque aussi bas en décembre et janvier. Le climat et le potentiel solaire du Kenya sont favorables à l'utilisation de fours solaires. Le Kenya est situé à proximité de l'équateur et bénéficie donc d'un climat tropical. Dans la capitale Nairobi, la quantité d'énergie solaire varie de 3,5 kWh/m2 par jour en juillet à 6,5 kWh/m2 par jour en février, et dans d'autres régions reste presque inchangée (6,0 à 6,5 kWh/m2 par jour dans la province de Lodwar). . Le rayonnement solaire à Nairobi permet une cuisine solaire neuf mois par an (sauf juin-août). En revanche, les jours nuageux ou brumeux, il faut compter sur les carburants traditionnels. Toutefois, dans la province de Lodwar, les fours solaires peuvent être utilisés toute l’année. Fours solaires pour les pays en développement Le but de l'utilisation des fours solaires est sans aucun doute d'économiser de l'énergie face à une double crise énergétique : la crise des pauvres, qui consiste en une pénurie croissante de bois de chauffage, et la crise du secteur énergétique national - une pression croissante sur son équilibre énergétique. Paiements.
Comparés à d’autres pays, les pays en développement consomment très peu d’énergie. Par exemple, le taux de consommation d'énergie par habitant en Inde en 1982 - 7325 XNUMX GJ - était l'un des plus bas au monde. Mais la consommation énergétique du pays augmente presque deux fois plus vite que son produit national brut. La même chose se produit dans d’autres pays en développement. La plupart des habitants des pays en développement tirent l’essentiel de leur consommation d’énergie de sources non commerciales : des ressources énergétiques locales traditionnelles, grâce à leur travail manuel. Ils n’ont tout simplement pas les moyens d’acheter la quantité d’énergie produite commercialement dont ils ont besoin. La conséquence logique de cette situation est une relative pénurie de carburant pour les pauvres, dont le niveau de vie se détériore encore davantage. Les fours solaires constituent une étape vers l’amélioration de leurs conditions de vie. Parmi la « majorité pauvre » des pays du tiers monde, les fours solaires devraient être principalement utilisés par la population rurale. De combien d'énergie avez-vous besoin pour cuire des aliments Les besoins quotidiens en carburant dépendent du type de nourriture préparée et de la quantité. Un résident d’un pays en développement brûle en moyenne 1 tonne de bois par an. Une famille indienne typique a besoin de 3 à 7 kg de bois de chauffage par jour ; dans les régions plus fraîches, la quantité quotidienne de bois de chauffage pour une famille atteint près de 20 kg en hiver et 14 kg en été. Dans le sud du Mali, une famille moyenne (composée de 15 personnes) brûle environ 15 kg de bois de chauffage par jour. Une étude menée dans un camp de réfugiés afghans au Pakistan a révélé que les besoins quotidiens en bois de chauffage atteignaient 19 kg par famille. Plus de la moitié du bois de chauffage d’un ménage typique est utilisé pour faire du pain, le reste pour cuisiner d’autres aliments. En hiver, il faut naturellement plus de bois de chauffage. Bien que la quantité d’énergie nécessaire pour cuisiner varie, les fours solaires permettent d’importantes économies d’énergie. L’objectif premier des fours solaires est de réduire les besoins en bois, qui reste le combustible le plus important pour la cuisson. Le problème est que le bois est peu coûteux comparé au kérosène, au gaz en bouteille et à l’électricité. L’augmentation incontrôlée des coupes d’arbres pour leur propre usage et pour la vente est la principale cause de la perte de forêts, de l’expansion des déserts, de l’érosion des sols, de la baisse du niveau des eaux souterraines et a des effets néfastes à long terme sur l’équilibre écologique. Les maigres vestiges forestiers du Pakistan et la déforestation galopante au Kenya prouvent que les craintes ne sont pas exagérées. Si la déforestation au Soudan ne ralentit pas, il ne restera plus rien d’ici 2005. Dans l’ensemble, il est peu probable que les fours solaires contribuent beaucoup au mix énergétique national. Cependant, ils peuvent améliorer de manière très significative les conditions de vie des pauvres et les aider à surmonter leur crise énergétique personnelle.
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