طباخ شمسي

الموقد الشمسي ، المعروف أيضًا بالفرن الشمسي ، هو جهاز يستخدم طاقة ضوء الشمس المباشر لتسخين أو طهي أو بسترة المشروبات والمواد الغذائية الأخرى. العديد من الأفران الشمسية المستخدمة حاليًا رخيصة نسبيًا وبسيطة التقنية ، مع أن بعضها يتمتع بقوة أو تكلفة مماثلة للمواقد التقليدية، ^{[ 1 ]} وتستطيع المواقد الشمسية المتطورة واسعة النطاق طهي الطعام لمئات الأشخاص. ^{[ 2 ]} ولأن هذه المواقد لا تستهلك وقودًا ولا تتطلب أي تكلفة تشغيل، فإن العديد من المنظمات غير الربحية تشجع على استخدامها في جميع أنحاء العالم للمساعدة في خفض تكاليف الوقود وتلوث الهواء ، والمساهمة في الحد من إزالة الغابات والتصحر .

^{في العصور القديمة، كان يُعتقد أن} استخدام الطاقة الشمسية كان موجودًا في حضارات مثل الإغريق والرومان والصينيين ، وإن لم يكن ذلك لأغراض الطهي. [ ^{3 ]}

أول وصف أكاديمي لمبادئ الطهي الشمسي كان من قبل عالم الجيولوجيا والأرصاد الجوية والفيزياء والمستكشف الألبي من جنيف ، هوراس-بينيديكت دي سوسير ، في عام 1767. وقد تم تطوير مبدأ طهي الطعام بواسطة ضوء الشمس إلى حد كبير في الفيلق الأجنبي الفرنسي ، في سبعينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 4 ]}

يُستخدم سطح عاكس ذو انعكاس عالٍ لتركيز ضوء الشمس في منطقة طهي صغيرة. وبحسب شكل السطح، يمكن تركيز ضوء الشمس عدة مراتب، مما يُنتج درجات حرارة عالية كافية لإذابة الملح والمعادن. لكن هذه الدرجات العالية ليست ضرورية في معظم تطبيقات الطهي الشمسي المنزلية. فمنتجات الطهي الشمسي مصممة عادةً للوصول إلى درجات حرارة تتراوح بين 65 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت) (لخبز الطعام) و 400 درجة مئوية (750 درجة فهرنهايت) (لشواء الطعام) في يوم مشمس.    

تُحوّل هذه الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية. تعمل المواقد الشمسية على تركيز ضوء الشمس على سطح مُستقبِل، مثل مقلاة الطهي. يتفاعل الضوء مع مادة السطح المُستقبِل، مُحوّلاً إياه إلى حرارة، وتُسمى هذه العملية بالامتصاص. يُحسّن استخدام مواد تمتص الحرارة وتُوصلها وتحتفظ بها كفاءة التحويل. يُفضّل أن تكون الأواني والمقالي المستخدمة في المواقد الشمسية سوداء اللون غير لامعة لزيادة الامتصاص.

من المهم حبس الطاقة الحرارية وتقليل الحمل الحراري عن طريق عزل الهواء داخل الموقد عن الهواء خارجه. ببساطة، استخدام غطاء زجاجي للقدر يُحسّن امتصاص الضوء من أعلى المقلاة، ويُوفّر تأثيرًا دفيئًا يُحسّن الاحتفاظ بالحرارة ويُقلّل فقدانها بالحمل الحراري . هذا الغطاء الزجاجي يسمح بمرور ضوء الشمس المرئي، ولكنه معتم للأشعة تحت الحمراء الحرارية المتسربة. في البيئات ذات الموارد المحدودة، يُمكن استخدام كيس بلاستيكي مُصمّم لتحمّل درجات الحرارة العالية، حيث يحبس الهواء بداخله، مما يُتيح الوصول إلى درجات حرارة في الأيام الباردة والعاصفة تُضاهي تلك المُتاحة في الأيام الحارة.

تستخدم أنواع مختلفة من المواقد الشمسية طرق طهي مختلفة إلى حد ما، لكن معظمها يتبع نفس المبادئ الأساسية.

يُحضّر الطعام كما لو كان للفرن أو الموقد. ولكن، نظرًا لأن الطعام ينضج أسرع عندما يكون مقطّعًا إلى قطع صغيرة، يُقطّع الطعام الموضوع داخل الموقد الشمسي عادةً إلى قطع أصغر من المعتاد. ^{[ 5 ]} على سبيل المثال، تُقطّع البطاطس عادةً إلى قطع صغيرة الحجم بدلًا من تحميصها كاملة. ^{[ 6 ]} في عمليات الطهي البسيطة جدًا، مثل إذابة الزبدة أو الجبن، قد لا يكون الغطاء ضروريًا، ويمكن وضع الطعام على صينية مكشوفة أو في وعاء. أما إذا كان سيتم طهي عدة أطعمة بشكل منفصل، فتُوضع في أوعية مختلفة.

يُوضع وعاء الطعام داخل الموقد الشمسي، الذي قد يُرفع على قاعدة من الطوب أو الصخر أو حامل معدني أو أي مادة أخرى لتشتيت الحرارة ، ويُوضع الموقد الشمسي في مكان مُعرّض لأشعة الشمس المباشرة. ^{[ 5 ]} يمكن إضافة الأطعمة سريعة الطهي إلى الموقد الشمسي لاحقًا. على سبيل المثال، يمكن البدء بطهي الأرز لوجبة الغداء في الصباح الباكر، مع إضافة الخضراوات أو الجبن أو الحساء إلى الموقد الشمسي في منتصف الصباح. وبحسب حجم الموقد الشمسي وعدد وكمية الأطعمة المطبوخة، قد تستخدم الأسرة موقدًا شمسيًا واحدًا أو أكثر.

يُوجّه الفرن الشمسي نحو الشمس ويُترك حتى ينضج الطعام. على عكس الطهي على الموقد أو فوق النار، الذي قد يتطلب أكثر من ساعة من المراقبة المستمرة، لا يُقلّب الطعام في الفرن الشمسي عادةً، وذلك لعدم الحاجة إلى ذلك، ولأن فتح الفرن يسمح للحرارة المحتبسة بالتسرب، مما يُبطئ عملية الطهي. يُمكن، عند الرغبة، فحص الفرن الشمسي كل ساعة إلى ساعتين، لتوجيهه نحو الشمس بدقة أكبر، وللتأكد من عدم حجب ظلال المباني أو النباتات المجاورة لأشعة الشمس. إذا كان سيُترك الطعام دون مراقبة لساعات طويلة خلال النهار، يُوجّه الفرن الشمسي غالبًا نحو النقطة التي ستكون فيها الشمس في أعلى نقطة لها في السماء، بدلًا من توجيهه نحو موقعها الحالي. ^{[ 7 ]}

يعتمد وقت الطهي بشكل أساسي على المعدات المستخدمة، وكمية ضوء الشمس في ذلك الوقت، وكمية الطعام المراد طهيه. كما تؤثر درجة حرارة الهواء والرياح وخط العرض على الأداء. ينضج الطعام بشكل أسرع في الساعتين السابقتين واللاحقتين لوقت الظهيرة الشمسي المحلي مقارنةً بفترة الصباح الباكر أو فترة ما بعد الظهر المتأخرة. تستغرق كميات الطعام الكبيرة، والطعام المقطع إلى قطع كبيرة، وقتًا أطول في الطهي. ونتيجةً لذلك، لا يمكن تقديم سوى أرقام عامة لوقت الطهي. باستخدام موقد شمسي صغير يعمل بلوحة شمسية، قد يكون من الممكن إذابة الزبدة في 15 دقيقة، وخبز البسكويت في ساعتين، وطهي الأرز لأربعة أشخاص في 4 ساعات. باستخدام موقد شمسي مكافئ عالي الأداء، قد يتمكن المرء من شواء شريحة لحم في دقائق. ومع ذلك، اعتمادًا على الظروف المحلية ونوع الموقد الشمسي، قد تستغرق هذه المشاريع نصف الوقت أو ضعفه.

يصعب حرق الطعام في موقد شمسي. ^{[ 6 ]} عادةً ما يكون الطعام الذي يُطهى لمدة ساعة إضافية عن اللازم غير قابل للتمييز عن الطعام المطبوخ قليلاً. ويُستثنى من هذه القاعدة بعض الخضراوات الورقية، التي يتغير لونها بسرعة من الأخضر الزاهي المطبوخ جيداً إلى لون الزيتوني الباهت ، مع احتفاظها بقوامها المرغوب.

بالنسبة لمعظم الأطعمة، كالأرز مثلاً، يصعب على الشخص العادي معرفة طريقة طهيها بمجرد النظر إلى المنتج النهائي. مع ذلك، توجد بعض الاختلافات: فالخبز والكعك يتحمران من الأعلى بدلاً من الأسفل. وبالمقارنة مع الطهي على النار، لا يكتسب الطعام نكهة مدخنة.

يحتوي موقد الصندوق على غطاء زجاجي أو بلاستيكي شفاف، وقد يحتوي على عاكسات إضافية لتركيز ضوء الشمس داخله. يمكن عادةً إزالة الغطاء لوضع أوانٍ داكنة اللون تحتوي على الطعام. يمكن وضع عاكس واحد أو أكثر من المعدن اللامع أو مادة مبطنة برقائق معدنية لعكس المزيد من الضوء إلى داخل حجرة الفرن. يجب أن تكون أواني الطهي والقاع الداخلي للموقد داكنة اللون أو سوداء. يجب أن تكون الجدران الداخلية عاكسة لتقليل فقدان الحرارة الإشعاعية وعكس الضوء نحو الأواني والقاع الداكن الملامس لها. يجب أن يكون للصندوق جوانب معزولة. يجب أن يكون العزل الحراري لموقد الصندوق الشمسي قادرًا على تحمل درجات حرارة تصل إلى 150  درجة مئوية (300  درجة فهرنهايت) دون أن ينصهر أو ينبعث منه غازات. يمكن استخدام ورق جرائد مجعد، أو صوف، أو خرق، أو عشب جاف، أو صفائح من الورق المقوى، وما إلى ذلك، لعزل جدران الموقد. يمكن تلوين الأواني المعدنية و/أو الصواني السفلية إما بطلاء بخاخ أسود غير لامع (غير سام عند تسخينه)، أو بطلاء التمبرا الأسود ، أو بسخام النار. تصل درجة حرارة موقد الصندوق الشمسي عادةً إلى 150  درجة مئوية (300  درجة فهرنهايت). هذه الحرارة ليست مرتفعة كحرارة الفرن العادي، ولكنها كافية لطهي الطعام لفترة أطول نوعًا ما. ^{[ 8 ]}

مواقد الطهي الشمسية اللوحية هي مواقد طهي شمسية غير مكلفة تستخدم ألواحًا عاكسة لتوجيه ضوء الشمس إلى وعاء الطهي الموجود داخل كيس بلاستيكي شفاف.

تُجرى التجارب العلمية باستخدام الأفران الشمسية بانتظام كمشاريع في المدارس الثانوية والكليات، مثل "مسابقة الأفران الشمسية" في جامعة أريزونا . ^{[ 9 ]} تُثبت هذه المشاريع أنه من الممكن تحقيق درجات حرارة عالية، وكذلك التنبؤ بدرجات الحرارة العالية باستخدام النماذج الرياضية.

• 
  موقد هوت بوت الشمسي
• 
  فرن شمسي قيد الاستخدام
• 
  فرن شمسي مصنوع من الورق المقوى

عدة مواقد شمسية مكافئة

تُركّز المواقد الشمسية المكافئة ضوء الشمس في نقطة واحدة. وعندما تُوجّه هذه النقطة نحو قاع الإناء، يُمكن تسخينه بسرعة إلى درجات حرارة عالية جدًا، تُضاهي في كثير من الأحيان درجات الحرارة التي تُحققها شوايات الغاز والفحم. تُستخدم هذه الأنواع من المواقد الشمسية على نطاق واسع في مناطق عديدة من العالم، ولا سيما في الصين والهند، حيث تستخدمها مئات الآلاف من العائلات حاليًا لإعداد الطعام وتسخين المياه. تُساهم بعض مشاريع المواقد الشمسية المكافئة في الصين في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بما يتراوح بين 1 و4 أطنان سنويًا، وتحصل على أرصدة كربونية من خلال آلية التنمية النظيفة (CDM) ومعيار الذهب . تتضمن بعض المواقد الشمسية المكافئة مواد وتصاميم متطورة تُؤدي إلى كفاءة في استخدام الطاقة الشمسية تتجاوز 90%. وهناك مواقد أخرى كبيرة بما يكفي لإطعام آلاف الأشخاص يوميًا، مثل وعاء الطهي الشمسي في أوروفيل بالهند، الذي يُحضّر وجبتين يوميًا لألف شخص. ^{[ 10 ]}

إذا كان العاكس متناظرًا محوريًا وشكله قطع مكافئ ، فإنه يتميز بقدرته على تركيز أشعة الضوء المتوازية (كضوء الشمس) في نقطة واحدة . وإذا كان محور التناظر موجهًا نحو الشمس، فإن أي جسم يقع في هذه النقطة يتلقى ضوء الشمس بتركيز عالٍ، وبالتالي يسخن بشدة. وهذا هو أساس استخدام هذا النوع من العواكس في الطهي الشمسي .

تُعدّ القطع المكافئة منحنيات مركبة ، يصعب صنعها باستخدام أدوات بسيطة مقارنةً بالمنحنيات المفردة . ورغم أن المواقد الشمسية القطعية المكافئة تُطهى الطعام بكفاءة مماثلة أو أفضل من الموقد التقليدي، إلا أنها صعبة الصنع يدويًا. غالبًا ما تُصنع هذه العواكس باستخدام العديد من القطع الصغيرة التي تُشكّل جميعها منحنيات مفردة، والتي تُقارب مجتمعةً المنحنيات المركبة.

على الرغم من صعوبة تصنيع الأسطح المكافئة من صفائح مسطحة من مادة صلبة، إلا أنه يمكن صنعها بسهولة تامة عن طريق تدوير أوعية مفتوحة تحتوي على سوائل. يتخذ السطح العلوي للسائل، الذي يدور بسرعة ثابتة حول محور رأسي، شكلًا مكافئًا بشكل طبيعي. تتسبب قوة الطرد المركزي في تحرك المادة للخارج بعيدًا عن محور الدوران حتى يتشكل انخفاض عميق بما يكفي في السطح ليتوازن مع تأثير الجاذبية. ويتضح أن هذا الانخفاض هو شكل مكافئ دقيق. (انظر: تلسكوب المرآة السائلة ). إذا تصلب السائل أثناء دورانه، فإنه يحافظ على شكله المكافئ بعد توقف الدوران، ويمكن استخدامه لصنع عاكس. تُستخدم تقنية الدوران هذه أحيانًا لصنع مرايا مكافئة للتلسكوبات الفلكية، كما استُخدمت أيضًا في المواقد الشمسية. تُعرف الأجهزة المستخدمة في بناء هذه الأسطح المكافئة بالأفران الدوارة .

تُنتج العواكس المكافئة درجات حرارة عالية وتُسرّع عملية الطهي، لكنها تتطلب ضبطًا وإشرافًا متكررين لضمان التشغيل الآمن. يوجد منها مئات الآلاف، معظمها في الصين. وهي مفيدة بشكل خاص للطهي المنزلي الفردي والطهي المؤسسي واسع النطاق.

يستخدم موقد شيفلر (نسبةً إلى مخترعه، فولفغانغ شيفلر ) عاكسًا كبيرًا مثاليًا على شكل قطع مكافئ، يدور حول محور موازٍ لمحور الأرض بواسطة آلية ميكانيكية، بمعدل 15 درجة في الساعة لتعويض دوران الأرض . يمر المحور بمركز كتلة العاكس، مما يسمح بتدويره بسهولة. يقع وعاء الطهي عند البؤرة، وهي على محور الدوران، لذا تُركّز المرآة ضوء الشمس عليه طوال اليوم. يجب إمالة المرآة من حين لآخر حول محور عمودي لتعويض التغير الموسمي في ميل الشمس . لا يمر هذا المحور العمودي عبر وعاء الطهي. لذلك، لو كان العاكس قطعًا مكافئًا صلبًا، لما بقيت بؤرته ثابتة عند وعاء الطهي عند إمالة العاكس. وللحفاظ على ثبات البؤرة، يجب تغيير شكل العاكس. يبقى على شكل قطع مكافئ، لكن بُعده البؤري ومعاييره الأخرى تتغير عند إمالته. لذا، فإن عاكس شيفلر مرن، ويمكن ثنيه لتعديل شكله. ويتكون عادةً من عدد كبير من الأجزاء المستوية الصغيرة، مثل المرايا الزجاجية، المتصلة ببلاستيك مرن. ويحتوي الإطار الداعم للعاكس على آلية تُستخدم لإمالته وثنيه بالشكل المناسب. لا يكون شكل المرآة قطعًا مكافئًا تمامًا، ولكنه دائمًا قريب بما يكفي لأغراض الطهي.

في بعض الأحيان، يتم وضع العاكس الدوار في الهواء الطلق، ويمر ضوء الشمس المنعكس عبر فتحة في الجدار إلى مطبخ داخلي، غالباً ما يكون مطبخاً مشتركاً كبيراً، حيث يتم الطهي.

تُعدّ العواكس المكافئة ذات مراكز الكتلة المتطابقة مع بؤرتيها مفيدة. إذ يُمكن تدويرها بسهولة لتتبع حركة الشمس في السماء، بالدوران حول أي محور يمر عبر البؤرة. يُمكن استخدام محورين متعامدين، يتقاطعان عند البؤرة، للسماح للقطع المكافئ بتتبع حركة الشمس اليومية والموسمية. يبقى وعاء الطهي ثابتًا عند البؤرة. إذا كان العاكس المكافئ متناظرًا محوريًا ومصنوعًا من مادة ذات سُمك منتظم، فإن مركز كتلته يتطابق مع بؤرته إذا كان عمق العاكس، المقاس على طول محور التناظر من الرأس إلى مستوى الحافة، يساوي 1.8478 ضعف بُعده البؤري. نصف قطر حافة العاكس يساوي 2.7187 ضعف بُعده البؤري. نصف القطر الزاوي للحافة، كما يُرى من البؤرة، هو 72.68 درجة.

عاكسات كروية

تعمل العاكسات الكروية بشكل مشابه للعواكس المكافئة، حيث يكون محور التناظر موجهًا نحو الشمس لتركيز ضوء الشمس في نقطة واحدة. مع ذلك، لا تكون نقطة تركيز العاكس الكروي دقيقة تمامًا بسبب ظاهرة الزيغ الكروي . بعض أطباق التركيز (مثل أطباق الأقمار الصناعية) التي لا تتطلب تركيزًا دقيقًا تعتمد على انحناء كروي بدلًا من القطع المكافئ. إذا كان نصف قطر حافة العاكس الكروي صغيرًا مقارنةً بنصف قطر انحناء سطحه (نصف قطر الكرة التي يُعد العاكس جزءًا منها)، فإن العاكس يُقارب القطع المكافئ ببعد بؤري يساوي نصف نصف قطر الانحناء. ^{[ 13 ]}

بفضل الجهود المشتركة لمنظمة "جويش وورلد ووتش" ومؤسسة "كوزون " الهولندية ومنظمة " سولار كوكرز إنترناشونال"، تم التبرع بأكثر من 10,000 موقد شمسي من الكرتون ورقائق الألومنيوم والأكياس البلاستيكية لمخيمي إيريديمي وتولوم للاجئين في تشاد . يقوم اللاجئون بصنع المواقد بأنفسهم باستخدام المواد المتبرع بها والصمغ العربي الذي يتم شراؤه محليًا . ^{[ 19 ]} وقد ساهم ذلك بشكل كبير في تقليل الوقت الذي تقضيه النساء في إشعال النيران يوميًا، مما أدى إلى تحسين صحتهن وتوفير المزيد من الوقت لهن لزراعة الخضراوات لعائلاتهن وصنع الحرف اليدوية للتصدير. ^{[ 19 ]} وبحلول عام 2007، درّبت منظمة "جويش وورلد ووتش" 4,500 امرأة ووفرت 10,000 موقد شمسي للاجئين. كما ساهم المشروع في خفض عدد رحلات البحث عن الطعام بنسبة تصل إلى 70%، مما قلل من عدد الهجمات.

• موسوعة الطبخ الشمسي