一种太阳能环保烤炉设计

2019-05-21颜鲁薪

时代农机 2019年3期

王斌，刘伟，颜鲁薪

（武威职业学院，甘肃武威 733000）

1 研制背景及意义

从烤炉的角度出发，传统木炭烧烤炉明火比较危险，油烟大，燃烧后会产生二氧化碳，氧气不足时会产生一氧化碳导致人体中毒，油脂滴落在高温的木炭上会产生致癌物质等缺点。研究一款太阳能烤炉，基于太阳能利用，通过聚光设备与真空太阳能集热管构成主热机构，由光伏组件配合、蓄电池及直流加热设备构成辅热机构，充分利用太阳能资源，即使在没有光照或者光照很弱的情况下亦能完成食材烹制。该产品二氧化碳、一氧化碳排放量少，没有明火，食材可以保鲜，安全健康；充分利用太阳能光热和光伏资源，热效率高，不用耗费煤、碳、电等，污染物排放少，节能环保。

2 设计方案

2.1 太阳能光热系统

如图1所示，主要由槽式反光镜、真空管集热器及相应支架构成。其中真空管集热器内需要放入食槽，食槽内有小隔间，放置不同的食材，食槽抽屉需要与真空管口保持良好的密封，保证热量流失小。槽式反光镜的追踪手动调节即可，因为食材加热时间较短，在这段时间内太阳高度角变化极小，调节时用手抽拉槽式反光镜对光。

图1 太阳能环保烤炉三视图

2.2 太阳能光伏系统

如图2所示，主要有单晶硅太阳能电池板、电阻、电路及其接头构成。太阳能电池板产生电能，一部分供给直流电阻加热实物，多余的那部分电能储存在蓄电池中，在太阳光比较弱时作为补充电源。电阻装在食槽底部。电池板、控制器、电阻、蓄电池之间用相应的线路连接。

图2 太阳能环保烤炉实物图

2.3 控制系统

控制系统由温度传感器、辐照仪、开关按钮、线路、处理器、报警显示装置、定时装置组成。温度传感器与定时装置结合控制不同食材的加热时间；辐照仪用来监测太阳能辐射量，完成光热与光伏能源的分配；开关按钮用来设置加热时间及不同组合程序；处理器用来编译相应操作过程的程序，完成输入与输出信号之间的装换，接收传感器及按钮的输入信号，将控制信号传递给传感器；报警显示装置提示食材相应阶段加工完成、操作不当执行保护报警等。

3 工作原理及性能分析

3.1 工作原理

利用聚光集热原理和光伏发电原理来实现食物烧烤和炖煮。首先将太阳辐射能通过反光板和真空管聚光、传热、储热等，从而获取热量，实现食物烧烤、炖煮等功能。其次，光伏组件吸收太阳能转化为电能为蓄电池充电，对加热片加热，提高烧烤速度。最后，控制系统完成定时设置、报警显示、能量分配等功能。只要在有阳光的地方，将烤炉调整好角度，就可进行烧烤，并且该产品具有方便携带和存放，安全健康，节能无污染等优点，无论春夏秋冬，有足够的太阳辐照就能进行对食物的烤制，不用耗费煤、碳、电等其他资源。

3.2 运行能耗分析

光伏发电系统、光热系统槽式反光镜+真空管加热系统、直流电阻加热系统、食材加热系统建模模型功能：可分析不同辐照量及环境温度下的光伏电池运行特性（包括P-V曲线、U-I曲线、实际的运行功率、电压、电流）；计算不同辐照量下的光热吸收的净能量；计算蓄电池的放电电流；计算不同食材的加热时间（给定食材进出炉的温度、质量的情况下）；光伏能量、光热能量、食材吸热能量、蓄电池储存能量的实时分配与优化分析。

3.3 节能试验及节能效益分析

（1）社会效益。碳排放效益计算：一台电烤炉一次使用的电量为（假设使用4 h，功率为1.3 kW），消耗的电能为5.2 kW·h。使用太阳能环保烤炉，就相应节约了2.09 kg标准煤，同时减少污染排放1.39千克碳粉尘、2.52 kg二氧化碳（CO2）、1.57 kg二氧化硫（SO2）、0.0812kg氮氧化物（NOX）。

（2）其他效益。大力推广太阳能环保烤炉，可有效减少癌症病发率、可促进新能源产业的发展、生活质量提高、生活成本降低。