該計畫的目標是利用當地入侵物種和廢棄物製造太陽能炊具。我們希望創造一種可以對水進行巴氏消毒的設備，並成為使用化石燃料烹飪食物的替代品。我們評估技術適當性的標準是：使用當地材料、效率、耐用性、易用性、施工難易度、成本、對環境的影響、對文化/生活方式的影響、施工所需的教育或專業知識。
總的來說，這是一個成功的項目。我們能夠實現對水進行巴氏滅菌的目標。在最佳條件下，太陽能籃可以在大約一個小時內對一夸脫容器中的水進行巴氏消毒。如果我們要製作太陽能籃子 2.0 版本，我們將進行以下一些更改：
- 將黑莓跑者加倍，使籃子的肋骨更堅固
- 使用另一種材料代替潘帕斯草，因為它會導致籃子表面結塊，也許是更軟的材料
- 使用所有品質最閃亮的大罐蓋
- 用比我們發現的鋁和金屬絲更不靈活的材料構造保持拋物線形狀的環
計畫協調員：巴特·奧蘭多
學生工程師：Ginger Fletcher-Santillan 和 Ana Kolpin
內容
文獻綜述
拋物面太陽灶的綜合研究
拋物面太陽能炊具是不需要燃料來準備食物的裝置。它們將太陽光線集中到一個焦點，可以用黑鍋或平底鍋做飯。使用太陽灶有很多優點和缺點。一些優點是：它們可以在可用燃料很少的地方使用，它們不會污染，拋物線形狀的外部不會變熱，它們可以由回收的當地材料製成，並且成本低廉任何要操作的東西。一些缺點是：烹飪面積僅夠容納一鍋，烹飪只能在晴天進行，烹飪時間可能比使用傳統爐灶或烤箱時要長，隨著太陽的照射，炊具可能需要重新調整焦距轉變。（開發技術工作小組 1990）
由於拋物面太陽能炊具不需要燃料，因此世界上許多發展中國家正在嘗試將其作為火做飯的替代品和補充。印度進行了一項研究來評估拋物面太陽能炊具在家庭中的實用性。評估標準包括操作簡便性、初始成本、訓練需求、美觀性和整體安全性。研究的總體結論是，拋物面太陽灶具有相當高的效用，但為了使其商業化，「技術、行為和商業方面的效用應該得到提高」。（Pohekar，Ramachandran 2006）。
根據《太陽能炊具評論》報道，越南的一名男子已經開始用當地的籃子製作太陽能炊具。這些炊具由一個盆子組成，盆子周圍裝有隔熱材料，籃子裡裝有當地材料製成的籃子。太陽能炊具非常適合越南中部和北部省份，這些省份每年接受 2-3000 小時的日照（太陽能炊具評論 2000）。
拋物線和拋物面
三維拋物線，即拋物面，是太陽灶最有效的形狀。與箱式太陽能烤箱不同，拋物線形狀有一個中心焦點，任何照射到拋物線壁上的光線都會反射到其中。利用陽光，熱量和光會反射到該焦點並溫暖該點。烹飪容器應位於焦點，以便最大程度地用於烹飪。
拋物線的一般方程式為：
y=X2{\displaystyle y=x^{2}}
可以透過在曲線上取一點 (x, y) 並將其代入方程式來找到焦點：
A=X2/4y{\displaystyle a=x^{2}/4y}
以變化 a 作為焦點（Stein，1999）。
喜馬拉雅黑莓
拋物面太陽灶的結構將由當地入侵的喜馬拉雅黑莓的藤條或莖製成。藤條將被收穫並去除刺，以便將它們編織成拋物線籃子形狀。
喜馬拉雅黑莓（Rubus procerus）是一種常綠植物，於九十年代初從歐洲引進美國（Everett，1981）。它具有旺盛的蔓生生長模式，並且有很多刺。由於藤條將在冬季收穫，因此它們會乾燥、更堅固，並且更容易去刺和管理。喜馬拉雅黑莓藤條形成拋物線曲線，因此當它們乾燥並變硬時，它們將保持籃子堅固的拋物線形狀（圖 1）。
圖1：喜馬拉雅黑莓甘蔗
圖2：阿阿卡塔沼澤
圖 3：拋物線黑莓！
圖 4：另一棵黑莓藤
儘管黑莓無法承受極端氣候並且主要在春季生長（Whatcom），但喜馬拉雅山每個季節的生長速度約為 20 至 50 英尺（Bailey，1961），導致其蔓延並佔領地區。喜馬拉雅黑莓是洪堡縣的入侵性非本地物種，加州政府已提供資金用於在整個地區和州立公園清除該物種（加利福尼亞州公園和娛樂部，2005 年），因此將它們收穫到籃子中將有助於降低成本。不會對該地區的環境產生負面影響。
洪堡郡天氣
洪堡縣的晴天數是當地太陽能烹飪的主要不便之處。尤里卡每年大約有 78 個完全晴朗的日子，其中最多的是 9 月和 10 月，每月平均有 6.5 個晴朗的日子（西部區域氣候中心）。儘管大多數日子並不完全晴朗，但仍有部分陰天，中午到下午早些時候天氣會晴朗，足以做飯。
設計
材料和工具
圖2：籃子和材料
圖3：潘帕斯草
圖 4：罐蓋
圖 5：自行車內胎
- 黑莓藤
- 潘帕斯草
- 二手腳踏車內胎
- 麻線
- 細鋁棒
- 金屬絲
- 馬口鐵罐蓋
- 鋼絲鉗
- 手套
- 厚指甲
- 錘子
- 開罐器
- 剪刀
- 工具刀
- 大內管
建造
形狀與結構
為了弄清楚太陽灶的形狀，我們決定讓拋物線的曲線穿過點 (2,2)，籃子的頂點（即頂部邊緣）的直徑應約為 5 英尺。為了找到通過該點的拋物線方程，我們需要計算出一般拋物線方程的係數 a，
y=AX2{\displaystyle y=ax^{2}}
為了找到係數 a，我們使用了方程
A=y/X2{\displaystyle a=y/x^{2}}
並將 x 和 y 替換為點 (2,2)
A=2/22{\displaystyle a=2/2^{2}}
這給了我們
A=.5{\displaystyle a=.5}
有了係數的值，我們就可以將不同的 x 值插入方程式中
y=.5X2{\displaystyle y=.5x^{2}}
並找出對應的y值。
| X | y |
|---|---|
| .5 | .125 |
| 1 | .5 |
| 1.5 | 1.125 |
| 2 | 2 |
| 2.5 | 3.125 |
我們在座標軸上繪製了這些點，並通過它們畫了一條線，得到了我們想要的拋物線。
利用該曲線，我們將黑莓藤塑造成適合拋物線的形狀，並將繩子從彎曲的黑莓藤的一側綁到另一側，以限制拋物線形狀。
為了創造三維拋物線形狀（拋物面），我們將成形的黑莓藤蔓的頂點（中心底點）與用過的自行車內管綁在一起。由於自行車內管可以很好地將藤蔓固定在一起，我們認為像這樣編織大部分籃子會很有效。然而，當我們開始這樣做時，內管對黑莓藤產生了太大的力，使它們脫離了拋物線形狀。
圖3：頂點綁紮
圖 4：檢查尺寸
圖 5：檢查尺寸
圖6：內管
圖 7：進行調整
圖8：進行調整
當我們注意到編織越緊密，藤蔓就越容易變形，因此我們決定需要在頂點上方的某些點放置大環來為結構提供支撐並防止其扭曲。起初，不同尺寸的呼拉圈似乎是這些戒指的好主意，而且它們本來可以工作，但我們不想購買新的，而且我們找不到任何用過的。然後我們去廢金屬場尋找我們可以使用的東西，我們發現了又長又輕的鋁棒，非常適合塑造成任何尺寸的戒指。除了桿之外，我們還製作了幾圈粗金屬絲以提供額外的支撐。
圖 9：將金屬棒彎曲成箍
圖 10：彎曲桿
圖 11：彎曲桿
圖 10：連接支撐箍
編織
將金屬棒和金屬絲綁在黑莓藤上作為支撐後，我們以為我們已經準備好在藤蔓上編織潘帕斯草了，但我們很快意識到黑莓藤之間的間隙太遠，無法編織出良好的編織效果。為了解決這個問題，我們將一段自行車內管從籃子的頂環向下綁到頂點，並綁在每根黑莓藤之間。我們創建的那些用來編織草的額外點很有幫助，但移動速度仍然很慢，因為我們一次只編織一個刀片。經過幾次嘗試，我們發現一次編織一把潘帕斯草也同樣容易，於是我們就完成了拋物面太陽灶的編織。
圖10：編織蒲葦
圖11：編織特寫
圖12：編織蒲葦
圖13：完全用蒲葦編織的拋物線炊具
反射面
為了提供拋物面炊具必要的反射表面，我們收集了大約 300 個錫罐蓋，排列在籃子的內部。我們在罐蓋上打孔，這樣我們就可以將它們串在一起，每行 8-10 個罐蓋。然後我們用麻線或紮帶將這些長度的罐蓋綁在籃子上。由於籃子上仍然有很多空間未被罐蓋覆蓋，因此我們收集了一堆大罐蓋並將它們單獨連接到籃子上。
圖 14：罐蓋繩
圖 15：安裝罐蓋
圖 16：安裝罐蓋
圖 17：更多罐蓋
測試
為了測試我們的拋物面太陽灶，我們首先必須估計焦點在籃子內部的位置。我們發現大部分光線反射到頂點上方約 1-1.5 英尺的中心。由於我們的籃子的形狀不是完全光滑的，也不是精確的拋物線形狀，因此焦點是鬆散的，並且更多地集中在一般區域而不是特定點。
在我們的第一次測試中，我們將一個一加侖的泡菜罐塗上黑色油漆，以吸收盡可能多的光線，並在其中裝滿水。當我們將罐子放入拋物線炊具中時，我們用一個容器支撐它，以便罐子位於焦點區域。此外，我們在泡菜罐子上放置一個透明塑膠袋，在罐子周圍創造了一個死空氣空間，使其能夠更快地加熱並阻擋冷風。我們從下午 3:00 左右開始，花了將近兩個小時才把這個罐子設置好。當我們停下來時，罐子裡的水是溫的。
下次我們測試炊具時，我們使用了一個誇脫大小的罐子，該罐子被漆成黑色，並通過在其上放置一個透明的泡菜罐子來創造死空氣空間。那天，我們在上午 11 點 20 分，一個溫暖、晴朗、無風的日子把罐子架起來。一小時後，罐子裡的水開始冒泡，這意味著我們超過了巴氏殺菌溫度。大約兩個半小時後，誇脫罐中的水沸騰了。第二次設定更加成功，因為我們有更好的方法來創造死氣空間、更小的罐子和最佳的天氣條件。
結論
總的來說，這是一個成功的項目。我們能夠實現對水進行巴氏滅菌的目標。在最佳條件下，太陽能籃可以在大約一個小時內對一夸脫容器中的水進行巴氏消毒。在我們的第一個演示中，我們嘗試將麵團放入用作罐子底座的黑色罐子中來烘烤麵包。麵包部分烘烤。我們相信，將麵團放置在罐內頂部附近而不是底部，該設備可以完全烘烤麵包。另外，如果可以將罐子放在同心圓的透明容器中，就像裝有黑罐子的容器一樣。我們成功地用黑罐子製作了糙米。該設備符合我們大多數適當性標準。它滿足的標準是利用廢料、使用當地材料、不會對環境產生負面影響、建造成本低廉且易於操作。不利的一面是，收集材料和進行實際施工需要一段時間，由於罐蓋沒有鏡面拋光且不是完美的拋物線形狀，因此效率不是特別高。肯定需要一些時間來調整您的生活方式，以將太陽能籃子中的水加熱所需的時間考慮在內。如果太陽能籃子是為您提供清潔水的唯一途徑，那麼提前規劃就非常重要。創造太陽能籃子的第一次嘗試可能不會那麼耐用。在我們的沿海環境中，罐蓋在兩個月內就生鏽了。然而，在沙漠環境中這可能不是問題。也許運送給難民的物資罐可以用不生鏽的拋光金屬製成。籃子很堅固，但鋁帶很靈活，隨著時間的推移可能會變形。籃子的肋骨只是黑莓跑步者的單一長度，它們有可能破裂或斷裂。建造這個籃子不需要接受很多教育，但熟悉拋物線很重要。我們確實使用了一些代數和微積分，並且使用數學方程式的能力極大地有助於創建正確的整體籃子形狀和約束帶直徑的模板。
我們會採取什麼不同的做法
如果我們要製作太陽能籃子 2.0 版本，我們將進行以下一些更改：
- 將黑莓跑者加倍，使籃子的肋骨更堅固
- 使用另一種材料代替潘帕斯草，因為它會導致籃子表面結塊，也許是更軟的材料。
- 使用所有品質最閃亮的大罐蓋
- 用比我們發現的鋁和金屬絲更不靈活的材料來建造保持拋物線形狀的環。
