태양열 조리기
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1. 개요
태양열 조리기는 태양 에너지를 이용하여 음식을 조리하는 기기이다. 고대부터 태양 에너지를 사용하려는 시도가 있었지만, 태양열 조리기의 원리에 대한 학술적 설명은 1767년에 이루어졌다. 태양열 조리기는 거울을 통해 태양 빛을 조리 공간에 집중시켜 빛 에너지를 열 에너지로 변환하는 방식으로 작동하며, 상자형, 패널형, 포물선형, 진공관형 등 다양한 종류가 있다. 연료를 사용하지 않아 비용 절감과 환경 보호에 기여하며, 특히 개발도상국에서 산림 벌채를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 흐린 날씨나 극지방에서는 사용이 어렵고, 조리 시간이 일반 조리 방식보다 오래 걸릴 수 있으며, 강한 바람이나 강렬한 태양 복사에 주의해야 하는 단점도 있다. 차드의 난민 캠프와 같은 국제 사회에서 활용되며, 여성들의 건강 개선 및 자원 절약에 기여하는 사례가 있다.
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| 태양열 조리기 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 설명 | 태양열을 이용하여 음식을 조리하는 장치 |
2. 역사
태양열 조리기는 직사광선의 에너지를 이용하여 음료수와 다른 음식 재료를 가열, 조리 또는 저온 살균하는 장치이다. 현재 사용되고 있는 많은 태양열 조리기들은 비교적 저렴하고 기술이 낮은 장치들이지만, 일부는 전통적인 난로만큼 열이 강력하거나 가격이 비싸며, 첨단의 대형 태양열 조리기들은 수백 명을 위해 요리할 수 있다. 연료를 전혀 사용하지 않고 운영하는데 비용도 들지 않기 때문에 많은 비영리 단체들은 연료비와 대기 오염을 줄이고 삼림 벌채와 사막화를 늦추는데 큰 도움을 주기 위해 친환경 에너지를 사용하는 제품인 태양열 조리기를 전 세계적으로 장려하고 있다.
고대에는 그리스인, 로마인, 중국인 사이의 문명에서 태양 에너지를 사용한 것으로 여겨졌지만, 요리를 위한 것은 아니었다.[3] 1767년 스위스의 지질학자, 기상학자, 물리학자, 산악인, 탐험가인 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 태양열 조리기의 작동 원리에 대한 최초의 학술적 설명을 제시하였다.[4] 햇빛으로 식사를 조리하는 원리는 1870년대 프랑스 외인 부대에서 크게 발전했다.[4]
2. 1. 고대
고대 시대에는 태양 에너지의 사용이 그리스인, 로마인, 중국인 사이의 문명에서 존재했을 것으로 여겨졌지만 요리를 위한 것은 아니었다.[3]태양열 조리기의 원리에 대한 최초의 학술적 설명은 1767년 스위스 지질학자, 기상학자, 물리학자이자 알프스 탐험가인 오라스-베네딕트 드 소쉬르에 의해 이루어졌다. 햇빛으로 식사를 조리하는 원리는 1870년대에 프랑스 외인 부대에서 주로 개발되었다.[4]
2. 2. 근대
오라스-베네딕트 드 소쉬르는 1767년 스위스의 지질학자, 기상학자, 물리학자, 산악인, 탐험가, 식물학자이자 알프스 탐험가로서 태양열 조리기의 작동 원리에 대한 최초의 학술적인 설명을 제시하였다.[4] 1870년대 프랑스의 외인부대에서 햇빛을 이용하여 식사를 조리하는 원리가 크게 발전했다.[4]
2. 3. 현대
오라스-베네딕트 드 소쉬르는 1767년 태양열 조리기의 원리에 대한 최초의 학술적 설명을 제시한 스위스 지질학자, 기상학자, 물리학자이자 알프스 탐험가이다.[3] 1870년대에는 프랑스 외인 부대에서 햇빛으로 식사를 조리하는 원리가 주로 개발되었다.[4]
3. 작동 원리
태양열 조리기는 직사광선 에너지를 이용하여 음식물을 가열하거나 조리하는 장치이다. 1767년 스위스의 과학자 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 태양열 조리기 작동 원리에 대한 최초의 학술적 설명을 제시했으며, 1870년대 프랑스 외인부대에서 햇빛을 이용해 식사를 조리하는 원리가 크게 발전했다.[1]
태양열 조리기는 기본적으로 거울 등을 통해 햇빛을 한 곳에 모으고, 모아진 빛 에너지를 조리 용기에 흡수시켜 열에너지로 변환시킨다. 이때 용기 주변을 단열 처리하여 열이 외부로 빠져나가지 않도록 하여 열효율을 높인다.
3. 1. 빛 에너지의 집중
거울 표면은 높은 정반사를 통해 태양 빛을 좁은 조리 공간에 집중시킨다. 표면의 기하학적 구조에 따라, 태양광은 여러 배로 집광되어 소금과 금속을 녹일 수 있을 정도로 높은 온도를 낼 수 있다. 이러한 고온은 대부분의 가정용 태양열 조리기에는 실제로 필요하지 않다. 태양열 조리 제품은 일반적으로 맑은 날씨에 65°C (굽는 온도)에서 400°C (구이 온도) 사이의 온도를 달성하도록 설계되었다.빛 에너지는 열 에너지로 변환된다. 태양열 조리기는 태양광을 조리 냄비와 같은 수신기에 집중시킨다. 빛 에너지와 수신기 재료 사이의 상호 작용은 빛을 열로 변환하며, 이를 흡수라고 한다. 흡수, 전도 및 열 보존 재료를 사용하여 변환을 최대화한다. 태양열 조리기에 사용되는 냄비와 팬은 흡수를 최대화하기 위해 무광 검은색이어야 한다.
조리기 내부 공기를 외부 공기로부터 격리하여 열 에너지를 가두고 대류를 줄이는 것이 중요하다. 냄비에 유리 뚜껑을 사용하는 것만으로도 팬 상단에서 빛 흡수를 향상시키고 열 보존을 개선하며 온실 효과를 제공하여 대류 손실을 최소화한다. 이 "유약"은 들어오는 가시광선을 투과시키지만 빠져나가는 적외선 열 복사에는 불투명하다. 자원이 제한된 환경에서는 고온 플라스틱 봉투가 유사한 기능을 수행하여 내부 공기를 가두어 춥고 바람이 부는 날에도 더운 날과 유사한 온도를 얻을 수 있게 한다.
3. 2. 빛 에너지의 열에너지 변환
거울 표면은 높은 정반사를 통해 태양 빛을 좁은 조리 공간에 집중시킨다. 표면의 기하학적 구조에 따라, 태양광은 여러 배로 집광되어 소금과 금속을 녹일 수 있을 정도로 높은 온도를 낼 수 있다. 이러한 고온은 대부분의 가정용 태양열 조리에는 실제로 필요하지 않다. 태양열 조리 제품은 일반적으로 맑은 날씨에 65°C에서 400°C 사이의 온도를 달성하도록 설계되었다.빛 에너지는 열 에너지로 변환된다. 태양열 조리기는 태양광을 조리 냄비와 같은 수신기에 집중시킨다. 빛 에너지와 수신기 재료 사이의 상호 작용은 빛을 열로 변환하며, 이를 흡수라고 한다. 흡수, 전도 및 열 보존 재료를 사용하여 변환을 최대화한다. 태양열 조리기에 사용되는 냄비와 팬은 흡수를 최대화하기 위해 무광 검은색이어야 한다.
조리기의 내부 공기를 외부 공기로부터 격리하여 열 에너지를 가두고 대류를 줄이는 것이 중요하다. 냄비에 유리 뚜껑을 사용하는 것만으로도 팬 상단에서 빛 흡수를 향상시키고 열 보존을 개선하며 온실 효과를 제공하여 대류 손실을 최소화한다. 이 "유약"은 들어오는 가시광선을 투과시키지만 빠져나가는 적외선 열 복사에는 불투명하다. 자원이 제한된 환경에서는 고온 플라스틱 봉투가 유사한 기능을 수행하여 내부 공기를 가두어 춥고 바람이 부는 날에도 더운 날과 유사한 온도를 얻을 수 있게 한다.
3. 3. 열 보존
태양열 조리기는 태양광을 조리 냄비와 같은 수신기에 집중시켜 빛 에너지를 열 에너지로 변환한다. 빛 에너지와 수신기 재료의 상호 작용은 빛을 열로 바꾸는데, 이를 흡수라고 한다. 흡수, 전도, 열 보존 재료를 사용하여 이러한 변환을 최대화한다. 태양열 조리기에 사용되는 냄비와 팬은 흡수를 최대한 늘리기 위해 무광 검은색이어야 한다.조리기 내부 공기를 외부 공기로부터 격리하여 열 에너지를 가두고 대류를 줄이는 것이 중요하다. 냄비에 유리 뚜껑을 씌우면 팬 상단에서 빛 흡수를 향상시키고 열 보존을 개선하며, 온실 효과를 통해 대류 손실을 최소화한다. 이 "유약"은 들어오는 가시광선은 통과시키지만 빠져나가는 적외선 열 복사에는 불투명하다. 자원이 제한된 환경에서는 고온 플라스틱 봉투가 비슷한 기능을 하여 내부 공기를 가두어 춥고 바람이 부는 날에도 더운 날과 비슷한 온도를 얻을 수 있게 한다.
4. 작동 방식
태양열 조리기는 직사광선의 에너지를 이용하여 음료수와 음식 재료를 가열하거나, 조리 또는 저온 살균하는 장치이다. 현재 사용되는 많은 태양열 조리기는 비교적 저렴하고 기술이 낮은 장치들이지만, 일부는 전통적인 난로만큼 열이 강력하거나 가격이 비싸다. 첨단의 대형 태양열 조리기는 수백 명의 사람들을 위해 요리할 수 있다. 연료를 전혀 사용하지 않고 운영하는 데 비용도 들지 않기 때문에, 많은 비영리 단체들은 친환경 에너지를 사용하는 제품인 태양열 조리기를 전 세계적으로 장려하고 있다. 이는 연료비와 대기 오염을 줄이고, 삼림 벌채와 사막화를 늦추는 데 큰 도움을 주기 때문이다.
고대에 태양 에너지는 요리가 아닌 다른 목적으로 그리스, 로마, 중국 문명에서 사용되었다고 여겨진다. 태양열 조리기 작동 원리에 대한 최초의 학술적 설명은 1767년 스위스의 지질학자, 기상학자, 물리학자, 산악인, 탐험가, 식물학자인 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 작성하였다. 햇빛을 이용해 식사를 요리하는 원리는 1870년대 프랑스 외인부대에서 크게 발전했다.
다양한 종류의 태양열 조리기는 다소 다른 조리 방식을 사용하지만, 대부분 동일한 기본 원칙을 따른다.
4. 1. 일반적인 조리 방식
태양열 조리기는 오븐이나 가스레인지와 비슷한 방식으로 음식을 준비하지만, 몇 가지 차이점이 있다. 음식은 작은 조각일수록 더 빨리 조리되므로, 태양열 조리기에 넣는 음식은 일반적으로 더 작게 썰어야 한다. 예를 들어 감자는 통째로 굽기보다 한입 크기로 잘라 조리하는 것이 일반적이다. 버터나 치즈처럼 간단한 요리는 뚜껑 없이 쟁반이나 그릇에 담아 조리할 수 있다. 여러 음식을 조리할 때는 각각 다른 용기에 담는다.음식을 담은 용기는 태양열 조리기 안에 넣고, 벽돌, 돌, 금속 삼발이, 또는 열 흡수체 위에 올려놓을 수 있다. 태양열 조리기는 직사광선이 잘 드는 곳에 둔다. 빨리 조리되는 음식은 나중에 추가할 수 있다. 예를 들어 정오 식사로 밥을 지을 경우, 아침 일찍 밥을 시작하고 오전 중에 채소, 치즈, 수프 등을 추가할 수 있다. 가족 구성원 수, 조리할 음식의 양에 따라 하나 이상의 태양열 조리기를 사용할 수 있다.
태양열 오븐은 태양을 향하게 한 후 음식이 조리될 때까지 그대로 둔다. 가스레인지나 불을 이용한 조리와 달리, 태양열 오븐 속 음식은 일반적으로 젓거나 뒤집을 필요가 없다. 이는 불필요할 뿐만 아니라, 오븐을 열면 갇힌 열이 빠져나가 조리 속도가 느려지기 때문이다. 필요하다면 1~2시간마다 오븐을 확인하여 태양을 더 잘 따라가도록 방향을 조절하고, 그림자가 햇빛을 가리지 않는지 확인한다. 하루 종일 음식을 조리해야 할 경우, 태양열 오븐은 현재 위치가 아닌 태양이 가장 높이 뜨는 지점을 향하게 하는 것이 좋다.
조리 시간은 장비, 햇빛의 양, 음식의 양에 따라 달라진다. 기온, 바람, 위도 역시 영향을 미친다. 음식은 이른 아침이나 늦은 오후보다 정오 전후 두 시간 동안 더 빨리 조리된다. 많은 양의 음식, 큰 조각의 음식은 조리 시간이 더 오래 걸린다. 따라서 조리 시간에 대한 일반적인 수치만 제시할 수 있다. 작은 태양열 패널 조리기로는 버터를 15분, 쿠키를 2시간, 4인분 밥을 4시간 만에 조리할 수 있다. 성능이 좋은 포물선형 태양열 조리기로는 몇 분 만에 스테이크를 구울 수 있지만, 지역 조건과 조리기 종류에 따라 시간은 달라질 수 있다.
태양열 조리기로는 음식을 태우기 어렵다. 한 시간 이상 조리된 음식도 최소한으로 조리된 음식과 거의 구별하기 힘들다. 단, 녹색 채소는 밝은 녹색에서 올리브색으로 변하며 질감이 변할 수 있다.
쌀과 같은 대부분의 음식은 완성된 모습만 보고 조리 방식을 알기 어렵다. 빵과 케이크는 윗면이 갈색으로 변하고, 불에 직접 조리한 음식과 달리 매캐한 맛이 나지 않는다는 차이점이 있다.
4. 2. 조리 시간
음식은 오븐이나 가스레인지에서 조리하는 것과 같이 준비되지만, 태양열 조리기에 넣는 음식은 일반적으로 더 작은 조각으로 자른다. 이는 음식이 작은 조각일수록 더 빨리 조리되기 때문이다. 예를 들어, 감자는 통째로 굽는 것보다 한 입 크기로 잘라서 조리하는 경우가 많다.조리 시간은 주로 사용되는 장비, 당시 햇빛의 양, 조리해야 하는 음식의 양에 따라 달라진다. 기온, 바람, 위도 또한 성능에 영향을 미친다. 음식은 이른 아침이나 늦은 오후보다 지역 정오 전후 두 시간 동안 더 빨리 조리된다. 많은 양의 음식과 큰 조각의 음식은 조리하는 데 더 오래 걸린다. 작은 태양열 패널 조리기를 사용하면 버터를 15분 만에 녹이고, 쿠키를 2시간 만에 굽고, 4인분 밥을 4시간 만에 조리할 수 있다. 성능이 좋은 포물선형 태양열 조리기를 사용하면 몇 분 만에 스테이크를 구울 수 있다. 그러나 지역 조건과 태양열 조리기의 종류에 따라 이러한 작업은 절반 또는 두 배의 시간이 걸릴 수 있다.
태양열 조리기로 음식을 태우는 것은 어렵다. 필요 이상으로 한 시간 이상 조리된 음식은 최소한으로 조리된 음식과 거의 구별할 수 없다. 빵과 케이크는 밑면이 아닌 윗면이 갈색으로 변하며, 불 위에서 조리하는 것에 비해 음식에 매캐한 맛이 나지 않는다.
5. 종류
태양열 조리기는 햇빛을 이용하여 음식을 조리하는 장치로, 다양한 종류가 있다.
| 종류 | 특징 | 설명 |
|---|---|---|
| 상자형 (Box type) | 투명한 덮개, 반사판 | 햇빛을 상자 안에 가두어 온도를 높인다. |
| 패널형 (Panel type) | 반사 패널 | 햇빛을 조리 용기로 모으는 저렴한 방식이다. |
| 포물선형 (Parabolic type) | 포물선 형태의 반사판 | 햇빛을 한 점으로 모아 고온을 만든다. |
| 포물선형 집광기 (Parabolic trough) | 포물선 형태의 긴 홈통 모양 반사경 | 햇빛을 초점선에 모은다. |
| 구형 반사경 (Spherical reflector) | 구형 반사경 | 햇빛을 집중시키지만, 구면 수차로 인해 초점이 완벽하지 않다. |
| 진공관형 (Vacuum tube type) | 이중 유리관, 진공, 반사경 | 단열 효과를 높이고, 반사경을 함께 사용하여 효율을 높인다. |
5. 1. 상자형 (Box type)
상자형 조리기는 투명한 유리 또는 플라스틱 덮개를 가지고 있으며, 햇빛을 상자 안으로 집중시키기 위한 추가 반사판을 가질 수 있다. 덮개는 일반적으로 음식을 담은 검은색 냄비를 안에 넣기 위해 제거할 수 있다. 빛을 오븐 챔버 내부로 반사시키기 위해 반짝이는 금속 또는 호일로 덮인 재료로 만들어진 하나 이상의 반사판이 배치될 수 있다. 조리 용기와 조리기의 내부 바닥은 어두운 색이나 검은색이어야 한다. 내부 벽은 복사열 손실을 줄이고 빛을 냄비와 냄비에 닿는 검은색 바닥으로 반사시키기 위해 반사성이 있어야 한다. 상자 측면은 단열되어야 한다. 태양열 상자 조리기의 단열재는 녹거나 가스를 배출하지 않고 최대 150°C의 온도를 견딜 수 있어야 한다. 구겨진 신문, 양모, 헝겊, 마른 풀, 판지 시트 등을 사용하여 조리기의 벽을 단열할 수 있다. 금속 냄비 및/또는 바닥 트레이는 무광 검정색 스프레이 페인트(가열 시 무독성), 검은색 템페라 페인트 또는 불에서 나온 그을음으로 어둡게 만들 수 있다. 태양열 상자 조리기는 일반적으로 150°C의 온도에 도달한다. 이는 표준 오븐만큼 뜨겁지는 않지만 다소 오랜 시간 동안 음식을 조리할 수 있을 정도로 충분히 뜨겁다.패널 태양열 조리기는 반사 패널을 사용하여 햇빛을 투명 비닐 봉투에 넣은 조리 냄비로 유도하는 저렴한 태양열 조리기이다.
태양열 오븐 과학 실험은 애리조나 대학교의 "Solar Oven Throwdown"과 같은 고등학교와 대학교에서 정기적으로 프로젝트로 수행된다.[5] 이러한 프로젝트는 고온을 달성하는 것뿐만 아니라 수학적 모델을 사용하여 고온을 예측하는 것이 가능하다는 것을 증명한다.
5. 2. 패널형 (Panel type)
패널 태양열 조리기는 반사 패널을 사용하여 햇빛을 투명 비닐 봉투에 넣은 조리 냄비로 유도하는 저렴한 태양열 조리기이다.
태양열 오븐 과학 실험은 애리조나 대학교의 "Solar Oven Throwdown"과 같은 고등학교와 대학교에서 정기적으로 프로젝트로 수행된다.[5] 이러한 프로젝트는 고온을 달성하는 것뿐만 아니라 수학적 모델을 사용하여 고온을 예측하는 것이 가능하다는 것을 증명한다.
5. 3. 포물선형 (Parabolic type)
포물선 태양열 조리기는 햇빛을 한 점으로 모아 냄비를 빠르게 가열하는 방식이다. 이 방식은 가스 및 숯불 구이와 비슷한 높은 온도를 낼 수 있어, 중국과 인도 등에서 널리 사용되고 있다.[6] 특히 중국에서는 수십만 가구가 포물선 태양열 조리기를 사용하며, 일부 프로젝트는 이산화탄소 배출 감소에 기여하여 청정 개발 메커니즘(CDM) 및 골드 스탠다드를 통해 탄소 크레딧을 받기도 한다.[6]
포물선 반사판은 축 대칭이고 단면이 포물선 모양으로, 평행 광선을 초점으로 모으는 특성을 이용한다. 대칭 축이 태양을 향하면 초점에 있는 물체는 집중된 햇빛을 받아 매우 뜨거워진다.
포물면은 복합 곡선이어서 단일 곡선보다 제작이 어렵다. 따라서, 포물면 태양열 조리기는 일반 스토브만큼의 성능을 낼 수 있지만, 수작업으로 만들기 어렵기 때문에, 여러 개의 작은 단일 곡선 세그먼트를 사용하여 복합 곡선을 근사하는 방식으로 제작되기도 한다.
포물면은 평평한 고체 시트 재료로는 만들기 어렵지만, 액체를 담은 용기를 회전시켜 간단하게 만들 수 있다. 수직 축을 중심으로 일정한 속도로 회전하는 액체의 표면은 원심력과 중력의 균형을 통해 포물면 형태를 띠게 된다. (액체 거울 망원경 참조) 이 회전 기술은 천체 망원경용 포물면 거울 제작에도 사용되며, 태양열 조리기에도 활용된다. 이러한 포물면을 만드는 장치를 회전로라고 한다.
포물면 반사판은 고온을 발생시키고 빠르게 조리할 수 있지만, 안전을 위해 빈번한 조정과 감독이 필요하다. 주로 중국에서 수십만 개가 사용되며, 개인 가정 및 대규모 기관 조리에 유용하다.
볼프강 셰플러(Wolfgang Scheffler)가 발명한 셰플러 조리기는 지구 자전에 대응하여 시간당 15도로 회전하는 기계적 메커니즘을 사용한다. 조리 용기는 회전축 상의 초점에 위치하며, 거울은 하루 종일 햇빛을 조리 용기에 집중시킨다. 태양의 적위의 계절적 변화를 보상하기 위해 수직 축을 중심으로 거울을 가끔 기울여야 하는데, 이때 초점이 조리 용기에 고정되도록 거울 모양을 조정해야 한다. 따라서 셰플러 반사판은 유연하며, 모양을 조정하기 위해 구부릴 수 있는 작은 평면 섹션(예: 유리 거울)으로 구성된다.
질량 중심이 초점과 일치하는 포물면 반사판은 초점을 통과하는 축을 중심으로 회전하여 태양의 움직임을 쉽게 따라갈 수 있도록 한다. 조리 냄비는 초점에 고정되고, 반사판의 깊이가 초점 거리의 1.8478배, 가장자리 반지름이 초점 거리의 2.7187배, 초점에서 본 가장자리의 각 반경이 72.68도일 때 질량 중심이 초점과 일치한다.
5. 4. 포물선형 집광기 (Parabolic trough)
포물선형 집광기는 태양열 에너지 목적으로 태양광을 집중시키는 데 사용된다. 일부 태양열 조리기에서도 같은 방식으로 사용하기 위해 제작되었다.[7] 일반적으로 집광기는 초점선이 수평이고 동-서 방향으로 정렬된다. 조리할 음식은 이 선을 따라 배치된다. 집광기는 자오선에서 대칭축이 태양을 향하도록 조정된다. 이로 인해 계절이 지남에 따라 집광기를 위아래로 기울여야 한다. 춘분점에서는 태양을 추적하기 위해 하루 동안 집광기를 움직일 필요가 없다.[8] 일 년 중 다른 시기에는 정오를 기준으로 몇 시간 동안 추적이 필요하지 않다. 일반적으로 조리기는 이 기간 동안만 사용되므로 자동 태양 추적 기능이 통합되지 않는다. 이러한 단순성으로 인해 포물면을 사용하는 것보다 디자인이 매력적이다. 또한, 단일 곡선이기 때문에 집광기 반사경의 제작이 더 간단하다. 그러나 효율이 낮다는 단점이 있다.포물면 반사경과 마찬가지로, 서로 수직 방향으로 곡선화된 두 개의 포물선형 집광기를 사용하여 태양광을 점 초점으로 모을 수 있다. 들어오는 빛은 집광기 중 하나에 부딪히고, 이는 이를 선 초점으로 보낸다. 두 번째 집광기는 수렴하는 빛을 가로채 점으로 초점을 맞춘다.
단일 포물면과 비교할 때, 두 개의 부분 집광기를 사용하는 것은 중요한 장점이 있다. 각 집광기는 단일 곡선으로, 평평한 금속 시트를 구부려 간단하게 만들 수 있다. 또한, 목표 조리 냄비에 도달하는 빛이 대략 아래쪽으로 향하게 되므로 근처에 있는 사람의 눈에 손상을 입힐 위험이 줄어든다. 반면에 단점도 있다. 더 많은 거울 재료가 필요하여 비용이 증가하고, 빛이 한 표면이 아닌 두 표면에서 반사되므로 불가피하게 손실되는 양이 증가한다.
두 집광기는 프레임에 고정되어 서로 상대적인 고정된 방향을 유지한다. 프레임과 집광기 전체 조립체를 하늘에서 움직이는 태양을 추적하기 위해 이동해야 한다. 이 방법을 사용하는 상업적으로 제작된 조리기가 있다. 실제 적용 분야(예: 자동차 헤드라이트)에서 오목 거울은 포물선 모양이다.
5. 5. 구형 반사경 (Spherical reflector)
구형 반사경은 포물면 반사경과 비슷하게 작동하며, 대칭축이 태양을 향하도록 하여 햇빛이 초점으로 집중되도록 한다. 그러나 구형 반사경의 초점은 구면 수차 때문에 점 초점이 되지 않는다. 정확한 초점을 필요로 하지 않는 일부 집광 접시(예: 위성 접시)는 포물면 대신 구면 곡률을 선택한다.[9] 구형 반사경의 가장자리 반지름이 표면의 곡률 반지름(반사경이 속한 구의 반지름)에 비해 작으면, 반사경은 곡률 반지름의 절반과 같은 초점 거리를 가진 포물면 반사경에 근사한다.[9]
5. 6. 진공관형 (Vacuum tube type)
진공관 태양열 조리기는 기본적으로 두 겹의 유리 사이에 진공 상태를 유지하는 방식으로 만들어진다. 진공 상태는 이 관이 "슈퍼" 온실이자 절연체 역할을 할 수 있게 해준다. 중앙의 조리관은 열 충격에 강한 붕규산 유리로 만들어졌으며, 내부를 단열하기 위해 표면 아래에 진공이 형성되어 있다. 관의 내부는 태양 광선으로부터 열을 더 잘 흡수하고 전달하기 위해 구리, 스테인리스강 및 질화알루미늄으로 코팅되어 있다. 태양열 조리관 시스템은 열 에너지를 포착하는 능력을 향상시키기 위해 반사경을 사용한다. 인도에는 밤에도 음식을 조리하거나 데우기 위해 열을 저장할 수 있도록 관 바닥에 에너지 저장 장치가 설치된 관 조리 시스템 모델이 있다.
이러한 진공관 태양열 조리기는 20분 만에 식사를 조리할 수 있다.[10]
6. 장단점
태양열 조리기는 직사광선을 이용하여 음식을 조리하는 장치로, 연료를 사용하지 않아 친환경적이며 운영 비용이 들지 않는다. 하지만 날씨와 시간에 따라 사용이 제한될 수 있다.
태양열 조리기는 연료비 절감, 대기 오염 감소, 실내 온도 상승 방지 등의 효과가 있다. 특히 개발도상국에서는 산림 벌채를 줄이는 데 기여할 수 있다. 반면, 흐린 날씨나 극지방에서는 사용이 어렵고, 조리 시간이 길어질 수 있으며, 일부 음식은 조리하기 어려울 수 있다. 또한, 강한 바람에 영향을 받을 수 있고, 강렬한 태양 복사에 노출될 위험도 있다.[14]
6. 1. 장점
- 태양열 조리기는 연료를 사용하지 않으므로 비용이 절감될 뿐만 아니라, 연료 사용으로 발생하는 환경 피해도 줄여준다. 25억 명이 바이오매스 연료를 사용하여 야외에서 요리하기 때문에, 태양열 조리기는 산림 벌채를 줄여 경제적, 환경적으로 큰 이점을 제공한다.[11]
- 태양열 조리기를 외부에서 사용하면 실내에 열이 발생하지 않아 냉방을 위한 연료 비용을 절약할 수 있다. 또한, 모든 종류의 요리 과정에서 기름, 지방 등이 공기 중으로 증발될 수 있는데, 태양열 조리기를 사용하면 이러한 물질의 발생을 줄여 청소의 필요성을 낮출 수 있다.
- 일반적인 석탄 난로의 열효율은 15%인 반면, 태양열 조리기는 65%의 열효율을 보인다.[12]
- 탄소 기반 연료나 기존 전력망의 전기를 사용하지 않고 요리하므로 탄소 발자국을 줄일 수 있다.[13]
6. 2. 단점
- 태양열 조리기는 흐린 날씨나 태양이 낮게 뜨는 극지방에서는 유용성이 떨어지므로, 이러한 조건에서는 대체 조리 수단이 여전히 필요하다. 태양열 조리 옹호자들은 통합 조리 솔루션으로 다음 세 가지 장치를 제안한다. a) 태양열 조리기; b) 연료 효율이 높은 조리기; c) 데운 음식을 보관하기 위한 짚으로 채워진 바구니와 같은 단열 보관 용기. 매우 뜨거운 음식은 잘 단열된 용기 안에서 몇 시간 동안 계속 익을 수 있다. 이 3가지 솔루션을 통해 연료 사용을 최소화하면서도 언제든지 안정적으로 따뜻한 식사를 제공할 수 있다.
- 일부 태양열 조리기, 특히 태양열 오븐은 일반적인 스토브나 오븐보다 음식을 조리하는 데 시간이 더 오래 걸린다. 태양열 조리기를 사용하려면 식사 몇 시간 전에 음식 준비를 시작해야 할 수 있다. 하지만 조리하는 동안 직접적인 시간이 덜 소요되므로 이는 종종 합리적인 절충안으로 여겨진다.
- 요리사는 계란 프라이나 플랫브레드와 같은 일반적인 음식을 굽기 위해 특별한 조리 기술을 배워야 할 수 있다. 대형 로스트, 빵 덩어리 또는 수프 냄비와 같이 두꺼운 음식은 특히 소형 패널 조리기에서는 안전하게 또는 완전히 조리하는 것이 불가능할 수 있다. 요리사는 조리하기 전에 이러한 음식을 더 작은 부분으로 나누어야 할 수 있다.
- 일부 태양열 조리기의 디자인은 강한 바람의 영향을 받으며, 이는 조리 과정을 늦추고, 대류 손실로 인해 음식을 식히고, 반사판을 방해할 수 있다.[14] 반사판을 벽돌과 같은 링과 무게추로 고정해야 할 수 있다.
- 초점이나 조리 영역에서 강렬한 태양 복사는 집중된 광선의 경로에 실수로 노출된 피부에 강렬한 열과 일광 화상을 유발할 수 있다. 또한 방사선은 보호되지 않은 눈에 위험하며 자외선 과다 노출로 인한 백내장 형성을 가속화할 수 있다.
7. 활용 사례
태양열 조리기는 연료를 전혀 사용하지 않고 운영 비용이 들지 않아 많은 비영리 단체에서 전 세계적으로 장려하고 있다. 이러한 노력은 연료비와 대기 오염을 줄이고, 삼림 벌채와 사막화를 늦추는 데 기여한다.
고대에 태양 에너지는 요리가 아닌 다른 목적으로 그리스, 로마, 중국 문명에서 사용되었다고 알려져 있다. 태양열 조리기 작동 원리에 대한 최초의 학술적 설명은 1767년 스위스의 과학자 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 제시했으며, 1870년대 프랑스 외인부대에서 햇빛을 이용해 음식을 조리하는 방법이 크게 발전했다.
7. 1. 국제 사회
유대 세계 감시단, 네덜란드 재단 KoZon, 국제 태양열 조리기는 공동으로 차드의 Iridimi 난민 캠프와 Touloum 난민 캠프에 골판지, 알루미늄 호일, 비닐 봉투 등 10,000개가 넘는 태양열 조리기 제작 자재를 기증했다. 난민들은 기증받은 자재와 현지에서 구매한 아라비아 고무를 사용해 조리기를 직접 제작한다. 이는 여성들이 매일 화덕을 돌보는 데 드는 시간을 크게 줄여 건강을 개선하고, 가족을 위한 채소를 재배하거나 수출용 수공예품을 만들 시간을 더 많이 확보하게 해주었다. 2007년까지 유대 세계 감시단은 4,500명의 여성들을 교육하고 10,000개의 태양열 조리기를 난민들에게 제공했으며, 식량 채집 여행 횟수를 최대 70%까지 줄여 공격 횟수도 감소시켰다.
8. 관련 기술
태양열 조리기는 직사광선을 이용하여 음료와 음식 재료를 가열, 조리 또는 저온 살균하는 장치이다. 현재 사용되는 많은 태양열 조리기는 비교적 저렴하고 기술 수준이 낮은 장치이지만, 일부는 전통적인 난로만큼 강력하거나 가격이 비싸다. 첨단의 대형 태양열 조리기는 수백 명의 사람들을 위해 요리할 수 있다.
태양열 조리기는 연료를 전혀 사용하지 않고 운영 비용도 들지 않기 때문에, 많은 비영리 단체들이 연료비와 대기 오염을 줄이고 삼림 벌채와 사막화를 늦추는 데 도움을 주는 친환경 에너지 제품으로 전 세계에 장려하고 있다.
고대에 태양 에너지는 요리가 아닌 다른 목적으로 그리스, 로마, 중국 문명에서 사용되었다고 여겨진다. 태양열 조리기 작동 원리에 대한 최초의 학술적 설명은 1767년 스위스의 지질학자, 기상학자, 물리학자, 산악인이자 탐험가, 식물학자인 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 제시했다. 햇빛을 이용해 식사를 요리하는 원리는 1870년대 프랑스 외인부대에서 크게 발전했다.
9. 추가 정보
태양열 조리기는 직사광선의 에너지를 이용하여 음료와 음식 재료를 가열하거나 조리, 저온 살균하는 장치이다. 현재 사용되는 많은 태양열 조리기는 비교적 저렴하고 기술 수준이 낮은 장치이지만, 일부는 전통적인 난로만큼 강력하거나 가격이 비싸다. 첨단의 대형 태양열 조리기는 수백 명의 사람들을 위해 요리할 수 있다. 연료를 전혀 사용하지 않고 운영 비용도 들지 않기 때문에, 많은 비영리 단체들은 연료비와 대기 오염을 줄이고 삼림 벌채와 사막화를 늦추는 데 큰 도움을 주는 친환경 에너지 제품인 태양열 조리기를 전 세계적으로 장려하고 있다.
고대에 태양 에너지를 사용한 것은 요리를 위한 것은 아니었지만, 그리스, 로마, 중국 문명에 존재했다고 여겨진다. 태양열 조리기 작동 원리에 대한 최초의 학술적인 설명은 1767년 스위스의 지질학자, 기상학자, 물리학자, 산악인, 탐험가, 식물학자인 오라스 베네딕트 드 소쉬르가 쓴 것이다. 햇빛으로 식사를 요리하는 원리는 1870년대 프랑스의 외인부대에서 크게 발전했다.
참조
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CantinaWest
2014-06-04
[2]
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2014-06-04
[3]
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2022-11-14
[4]
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Nichols, C. Alan
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문서
See Parabola#Focal length and radius of curvature at the vertex
[10]
웹사이트
Here, there, and everywhere - The Boston Globe
https://www.bostongl[...]
2022-02-16
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World Health Organization
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Solar Cooker Projects: Empowering Communities through Carbon Credits - 2050 Paris {{!}}
https://2050.paris/s[...]
2023-08-01
[13]
뉴스
The Complete Solar Oven Guide: 6 Best Solar Oven Reviews {{!}} The Tiny Life
https://thetinylife.[...]
2018-08-11
[14]
간행물
Fabrication and performance analysis of a low cost parabolic type solar cooker
2017
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