Rinnovabili • Forni solari

Forni solari: cuocere i cibi con l’energia del sole

Il mercato dei forni solari offre una vasta scelta, sia rivolta all’auto-costruzione, che all’acquisto vero e proprio di un dispositivo.

Forni solari
via depositphotos.com

di Giovanni Di Nicola e Matteo Muccioli

Il forno solare è un dispositivo in grado di concentrare la luce del sole per fini alimentari: i suoi utilizzi più comuni vanno dalla cottura o riscaldamento di cibi, fino alla sterilizzazione dell’acqua.

Questa tecnologia si sta diffondendo sia nei paesi in via di sviluppo che in situazioni emergenziali, ma anche tra i paesi ricchi come valida risposta alle crisi ambientale, energetica ed economica. 

In molte zone del mondo, infatti, l’unica fonte di energia è rappresentata dal fuoco, sviluppato da legna o sterco; tale combustibile è però di difficile approvvigionamento o costosa, causa di deforestazione e fonte di pericolo per le problematiche correlate al suo reperimento. Inoltre, il fumo causato dalla combustione del legno o di materiali equivalenti è una delle cause principali di surriscaldamento globale e di malattie respiratorie. Altro aspetto da sottolineare è il fatto che l’utilizzo di forni solari favorisce una corretta sterilizzazione dell’acqua.

Sono anche interessanti le potenzialità che la cucina solare rivela in situazioni di emergenza umanitaria. Basti pensare che in caso di disastri ambientali quali terremoti, maremoti o alluvioni, la prima mancanza che ci si trova a dover affrontare è quella relativa all’energia elettrica: l’immediata conseguenza di un evento simile, in assenza di forni solari, è l’impossibilità di cuocere cibi. 

Ma i vantaggi derivanti dall’utilizzo del sole nella cottura dei cibi sono innumerevoli anche alle nostre latitudini. I forni solari operano generalmente a temperature più basse rispetto a quelle raggiunte dalla cucina tradizionale e ciò consente di non dover essere presenti durante la cottura, in quanto non c’è bisogno di controllare che il cibo non bruci. Inoltre, cucinare a temperature più basse contribuisce a preservare nutrienti, i quali andrebbero persi alle temperature della cucina tradizionale, e l’assenza di fiamme vive riduce il rischio di incendi. 

L’utilizzo dei forni solari permette, soprattutto nei mesi estivi, di non surriscaldare gli ambienti interni all’abitazione, riducendo notevolmente il consumo energetico per il raffrescamento degli stessi. Oltretutto, dato non immediatamente percepibile, l’utilizzo di forni solari, essendo dispositivi non connessi alla rete energetica, diminuisce il carico sulla rete sulla rete stessa nel periodo del loro funzionamento. Per un’abitazione totalmente elettrica, servita da un impianto fotovoltaico, ad esempio, l’uso di forni solari “libera” un certo quantitativo di kW prodotti dal FV; questo si traduce nell’avere a disposizione una potenza utile per altre applicazioni.

Il mercato dei forni solari offre una vasta scelta, sia ai fini dell’auto-costruzione, che dell’acquisto vero e proprio di un dispositivo. Diversi sono infatti i privati cittadini che si cimentano nella costruzione di piccoli forni solari, perché spinti da una particolare attitudine ecologista, per una questione di strategia in caso di black-out energetico, o perché desiderosi di trovare soluzioni originali di cucina nelle situazioni più disparate, quale, ad esempio, il campeggio

Tra le diverse tipologie di forni solari (sia da costruire o da acquistare) possiamo distinguere:

FORNI SOLARI PARABOLICI

Il termine “parabola” viene usato per indicare una porzione di paraboloide, ricavato dall’intersezione del paraboloide stesso con un piano perpendicolare all’asse. 

Questa tipologia di forno è particolarmente efficiente: la proprietà principale è infatti quella per la quale i raggi riflessi sulla sua superficie si concentrano in un unico punto, denominato fuoco, in cui si raggiungono temperature elevate. Nella parabola classica il fuoco è centrato, mentre nel modello “offset” esso è spostato rispetto alla verticale di un certo angolo (angolo di offset).

Esistono modelli a “Fuoco esterno”, dove il ricevitore è posto al di fuori dal piano della parabola e necessitano di sistema di supporto esterno; ed a “Fuoco interno”, dove il ricevitore è posto all’interno del piano ottico. 

La dimensione della parabola dipende dalle temperature che si vogliono ottenere e dalla precisione del punto focale: tanto più precisa è la parabola, tanto più piccolo è il punto focale, con maggiori temperature raggiungibili, e maggiore necessità di continui allineamenti con il sole.

La superficie della parabola è rivestita esternamente da un materiale riflettente, che influisce notevolmente sulle prestazioni del forno; in genere vengono utilizzati materiali quali: vinile riflettente cromato, alluminio anodizzato, specchi, mylar.

Nella versione più classica del forno, la parabola viene montata su un telaio che le permette di essere inclinata rispetto all’ asse orizzontale e di essere ruotata. Su due estremità opposte della parabola viene realizzato un supporto per il contenitore di cibo, la cui posizione dovrà ovviamente coincidere con il punto focale. I forni solari parabolici sono molto efficienti e possono raggiungere temperature fino a 230°C in soli 10 minuti.

FORNI SOLARI A SCATOLA

Come suggerito dal nome, questi forni consistono in una scatola, la cui faccia superiore è trasparente, spesso di vetro, per permettere l’entrata dei raggi solari all’interno, dove le superfici sono di colore nero per assorbire la maggior quantità di radiazioni possibile. All’interno di essa vengono posti i contenitori con il cibo da cuocere.

Il principio fisico è molto semplice: la radiazione solare attraversa il vetro con facilità ed entra nel forno, dove viene assorbita dalla superficie nera. Si crea così all’interno una radiazione termica la cui fuoriuscita viene ostacolata dal vetro superiore. La spiegazione fisica di questo fenomeno è data dal fatto che la radiazione solare e quella termica presentano lunghezze d’onda differenti, per cui il vetro assorbe la prima e riflette la seconda, creando una sorta di effetto serra all’interno della scatola.

Per aumentare l’efficienza di questo schema di base, si può lavorare su due aspetti:

  1. Il posizionamento di superfici riflettenti sui bordi esterni della scatola, in modo da aumentare la quantità di radiazione solare che attraversa il vetro.
  2. La ricerca di materiali che garantiscano il massimo isolamento termico al corpo della scatola, per impedire la dissipazione di calore.

Questo tipo di forno può essere costruito con materiali quali alluminio, plastica, legno o addirittura cartone e raggiunge al massimo i 200°C, risultando ideale per cotture delicate. Non necessita quindi di tecnologie sofisticate per essere prodotto, ragione per cui è molto utilizzato nei territori del terzo mondo o in situazioni di emergenza.

FORNI SOLARI A PANNELLI

Questa tipologia incorpora elementi propri del forno solare a scatola e di quello parabolico. Essa è caratterizzata da un corpo composto da pannelli, in genere di carta o plastica, rivestiti di materiali riflettenti, al cui centro viene posto il contenitore per la cottura del cibo, preferibilmente di colore nero ed inserito in un sacchetto di plastica resistente che impedisce al calore di fuoriuscire. Spesso questi pannelli sono facce di un unico corpo pieghevole ed è possibile che sia presente anche un vetro esterno per poter ottenere temperature più alte.

Il forno a pannelli è sicuramente la tipologia di forno più economico e semplice da costruire, grazie al design minimale e alla natura dei materiali utilizzati. 

Esistono anche forni a pannelli per contesti prevalentemente domestici, costituiti per esempio da pannelli rigidi di metallo, aventi efficienza più elevata e, di conseguenza, un prezzo maggiore.

Questa tipologia di forni permette di raggiungere in breve tempo temperature superiori ai 180°C.

FORNI A TUBI SOLARI

Questa tipologia funziona all’incirca come un thermos, presentando una parete a doppio vetro. All’interno del tubo c’è uno strato di metallo. Quando i raggi del sole colpiscono il materiale, questo si riscalda e il calore generato viene trattenuto nel tubo. Come un termostato, è un eccellente isolante che impedisce la perdita di calore. Non c’è rischio di bruciature, la superficie della pentola rimane sempre fredda. Per inserire il cibo, basta far scorrere il “cassetto” tubolare nel tubo e mettere il cibo che si desidera nel tubo prima di chiuderlo. Questo sistema tubolare è allo stesso tempo molto semplice e molto efficace, raggiungendo anche temperature di 280°C.

La ricerca è molto attiva per migliorare le prestazioni di tutte le tipologie di forni, anche in condizioni climatiche non favorevoli.

Attualmente molto interesse suscitano i materiali a cambiamento di fase (PCM), nei quali il calore latente viene immagazzinato quando questi materiali cambiano fase durante il processo di riscaldamento. Se per qualsiasi motivo (ad esempio, l’improvvisa formazione di nuvole) l’apporto energetico del sole dovesse venire meno, questi materiali sono in grado, cambiando nuovamente fase, di restituire il calore latente in modo che il processo di riscaldamento possa continuare.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Simulare i fenomeni termomeccanici

Simulare i fenomeni termomeccanici [Webinar]

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Martedì 18 giugno COMSOL terrà un seminario gratuito dedicato alla simulazione multifisica delle interazioni termomeccaniche

fenomeni termomeccanici

Come prevedere la tendenza di un materiale a cambiare di volume in risposta ad un cambiamento di temperatura all’interno di un sistema meccanico? Come valutare l’effetto sulle prestazioni di fenomeni termomeccanici come il riscaldamento Joule? Come modellare le possibili deformazioni indotte dal calore e studiarne le conseguenze sul comportamento meccanico di strutture solide?

Per tutte queste domande esiste una risposta “semplice”: la simulazione multifisica. Questo strumento d’analisi permette, a partire da un sistema complesso, di simulare i singoli aspetti (elettrici, meccanici, termici o chimici) e gli effetti della loro interazione. Nel dettaglio la simulazione multifisica permette di creare un modello matematico e analizzarlo minuziosamente con l’obiettivo di prevedere o convalidare il risultato del mondo reale. Evidenziando eventuali criticità e ottimizzando i progetti ancor prima della prototipazione. 

Nel settore delle energie rinnovabili (ma non solo) l’approccio risulta particolarmente valido per il comportamento meccanico di strutture solide dove la complessità dei fenomeni termomeccanici richiede necessariamente un’attenzione e una cura più elevate durante la fase progettuale. 

A spiegarne vantaggi e potenzialità è il nuovo webinar gratuito di COMSOL, una delle aziende leader nello sviluppo software di modellazione matematica. L’evento, in programma per il 18 giugno alle ore 14.30 permetterà ai partecipanti di comprendere come sia possibile analizzare le strutture meccaniche combinando tutti gli effetti fisici e le interazioni rilevanti. 

 Lo strumento principe è COMSOL Multiphysics®, uno dei software di modellazione più avanzati del settore, in grado simulare progetti, dispositivi e processi in ogni ambito tecnologico. Grazie al modulo dedicato alla Meccanica Strutturale, la piattaforma permette di analizzare la meccanica dei solidi, simulando il comportamento dei materiali, delle dinamiche, delle vibrazioni, dell’attrito ecc. all’interno di un unico modello e di un unico ambiente di modellazione.

Il modulo offre accoppiamenti multifisici integrati che includono anche gli aspetti termici, a partire dalle semplici condizioni operative di un dispositivo, per arrivare a fenomeni più complessi come l’effetto Joule. La piattaforma rende possibile, infatti, modellare la conduzione della corrente elettrica in una struttura, il successivo riscaldamento elettrico causato dalle perdite ohmiche e le sollecitazioni termiche indotte dal campo di temperatura.

Simulare i fenomeni termomeccanici

Per avere una panoramica completa delle possibilità durante il seminario i tecnici Comsol esamineranno i diversi meccanismi importanti da considerare in un modello termomeccanico. Come ad esempio il creep termico, ossia la deformazione anelastica che si verifica nel tempo quando un materiale è sottoposto a stress a una temperatura pari o superiore al 40% del punto di fusione. O ancora lo smorzamento termoelastico, che si verifica quando si sottopone un materiale a stress ciclico di compressione e di espansione. La deformazione ciclica crea variazioni locali di temperatura in grado a loro volta di produrre perdite meccaniche.

Il webinar passerà in rassegna vari casi di studio ed esempi di modelli, mostrando il software in azione e rispondendo in tempo reale a tutte le domande dei partecipanti.

Partecipa al seminario gratuito dedicato alla simulazione dei fenomeni termomeccanici registrandoti all’indirizzo  https://www.comsol.it/c/fvmd 

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Decreto FER X

Decreto FER X, aste entro la fine dell’anno

Lo ha dichiarato il sottosegretario al MASE, Claudio Barbaro, ma l'iter del Decreto Fer X appare ancora indietro con i tempi

Decreto FER X
Foto di Ed White da Pixabay

Incentivi alle rinnovabili, la normativa in attesa

Il Decreto FER X è in dirittura d’arrivo e le prime procedure competitive del provvedimento potrebbero essere lanciate entro la fine del 2024. Questa perlomeno è la previsione avanzata dal sottosegretario al Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica, Claudio Barbaro, durante un’interrogazione alla Camera. Rispondendo in X Commissione ad un quesito dell’onorevole Peluffo sui tempi di adozione del DM FER-X, Barbaro ha fatto chiarezza sui prossimi passi del provvedimento.

Lo schema, ha ricordato il sottosegretario, è stato trasmesso all’ARERA nel mese di aprile ai fini dell’acquisizione del parere. L’Authority dovrebbe far sapere la propria posizione in questi giorni per poi “passare la palla” alla Conferenza Unificata. A valle dell’acquisizione di quest’ultimo parere “sarà possibile procedere con la notifica formale del provvedimento in Commissione europea per la verifica dei profili di compatibilità con la disciplina in materia di Aiuti di Stato”.

Decreto FER X, quando arriva?

Il percorso, dunque, si prospetta ancora lungo ma il Sottosegretario rassicura gli animi spiegando che il MASE sta cercando di velocizzare i passaggi rimanenti. “Per accelerare […] il Ministero ha già avviato i colloqui con la Commissione con l’obiettivo di illustrare le principali novità introdotte dal meccanismo. Tra le innovazioni, rispetto al disegno attuale, il nuovo schema prevede infatti che il Sistema si faccia carico del rischio dovuto alle dinamiche inflattive, particolarmente accentuate nell’ultimo anno, in modo tale da rendere i corrispettivi riconosciuti più adeguati alla struttura di costo e alla sua evoluzione, riducendo così i rischi degli operatori“.

Il Decreto, ricordiamo, nasce per sostenere la produzione di energia elettrica da impianti rinnovabili “con costi vicino alla competitività di mercato”. Ossia fotovoltaici, eolici, idroelettrici e di trattamento dei gas residuati dai processi di purificazione. L’ultima bozza del decreto FER X riporta due modalità di accesso agli incentivi: quella diretta, riservata ai sistemi rinnovabili di taglia uguale o inferiore ad 1 MW per un massimo di 5 GW sviluppabili in Italia; quella tramite aste, nel caso di impianti di potenza superiore a 1 MW (e con contingenti differenziati per tecnologia che vanno da un 45 GW per il fotovoltaico allo 0,02 GW per i gas residuati).

Barbaro ha anche anticipato che per mitigare le problematiche relative all’operatività dei contratti alle differenze convenzionali, il Ministero ha provveduto a “ridisegnare la struttura dei pagamenti del contratto al fine di disincentivare l’offerta della capacità contrattualizzata a prezzi inferiori ai propri costi marginali”. Un intervento che permetterebbe al tempo stesso di “ridurre il rischio volume sostenuto dai titolari della medesima capacità“. Le prime aste? “Potranno essere bandite entro la fine dell’anno“, ha concluso il sottosegretario.

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Rinnovabili • pcb ricarica

PCB per la ricarica dei veicoli elettrici (EVC)

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Il ruolo e l'importanza dei circuiti stampati nel mondo della ricarica dei veicoli elettrici

pcb ricarica

Il mondo dell’EV charging promette di cambiare il nostro modo di spostarci e di viaggiare e molte sono le tecnologie in gioco per raggiungere questo ambizioso obiettivo. L’elettronica svolge di certo un ruolo chiave, ma è necessario sviluppare prodotti ad hoc per questo segmento di mercato, che siano in grado di gestire picchi energetici, alte temperature, funzionalità molteplici e dimensioni ridotte. Molte di queste necessità devono essere soddisfatte nella progettazione di un circuito stampato (anche detto PCB) che permetterà di garantire funzionalità, affidabilità ed efficienza di una colonnina di ricarica. I PCB (Printed Circuit Boards) sono infatti fondamentali per consentire una ricarica affidabile e ad alta potenza e si sono evoluti parallelamente allo sviluppo di colonnine di ricarica sempre più performanti, di dimensioni più compatte e più leggere.

Diminuendo le dimensioni delle colonnine di ricarica, anche lo spazio dedicato ai PCB si è ridotto, portando i progettisti di circuiti stampati a studiare nuovi design che permettessero di ottenere le stesse prestazioni in dimensioni più contenute. In alcuni casi può essere sufficiente usare elementi più compatti, in altri lavorare sulla densità del circuito, oppure optare per un maggior numero di strati che possano ospitare tutte le funzionalità richieste, o ancora prestare particolare attenzione alla larghezza delle piste e alla distanza di isolamento.

I circuiti stampati dedicati al mondo dell’ev charging devono inoltre poter gestire correnti e tensioni elevate, che richiedono l’uso di materiali specifici e spesso di una grande quantità di rame che permetta di condurre considerevoli flussi di corrente e dissipare il calore in eccesso.

I circuiti stampati di un EV charger non sono solo sviluppati per garantire il fine ultimo della colonnina, la ricarica in sè, ma anche un’esperienza di acquisto adeguata. Se, da un lato, la crescente richiesta di tempi di ricarica più rapidi richiede una tecnologia dei PCB in grado di supportare operazioni di ricarica efficienti e ad alta potenza, dall’altro devono essere considerate anche tutte le interfacce che includono funzioni come touchscreen, applicazioni mobili, lettori di schede RFID e controlli intuitivi, tutti progettati con lo scopo di migliorare l’esperienza dell’utilizzatore di una colonnina di ricarica.

Attenzione alla sostenibilità nella progettazione di un PCB

Un’attenta progettazione di circuiti stampati può inoltre contribuire alla sostenibilità del prodotto finale, perché permette di ottimizzare spazio e materiali, riducendo gli sprechi. Studiare con attenzione il design del PCB permette di sfruttare il pannello in modo da ridurre la quantità di materie prime necessarie per produrre il circuito stampato ma anche delle risorse richieste per lavorarlo, come acqua, calore ed elettricità. La dimensione inferiore di un circuito stampato si tramuta anche in meno materiali di scarto nel caso in cui la scheda finale abbia dei difetti e debba quindi essere rottamata, e anche un imballaggio con dimensioni minori, peso minore con conseguente riduzione del costo di spedizione. I vantaggi sono quindi al contempo ambientali ed economici.

NCAB ha sviluppato delle linee guida che permettono di identificare i fattori che determinano il costo di un PCB  e supporta i propri clienti sin dalle prime fasi della progettazione per raggiungere obiettivi di sostenibilità comuni. 

I webinar sul circuito stampato di NCAB Group

Per questo motivo il Gruppo svedese mette a disposizione il know how dei propri tecnici attraverso un fitto programma di webinar gratuiti dedicati al circuito stampato. 

Giovedì 13 giugno 2024, in particolare, Jonathan Milione, FAE di NCAB Group Italy, terrà un webinar dal titolo “PCB affidabili per l’EVC​ – Opportunità, sfide e applicazioni in ambito ricarica EV“ a cui è possibile iscriversi da questo link https://attendee.gotowebinar.com/register/3189250463637126235

Parleremo di:

  • Evoluzione e sfide del settore dei veicoli elettrici
  • Metodi di ricarica e sviluppi tecnologici delle colonnine di ricarica
  • Soluzioni di design per PCB: sistemi di ricarica ad alta potenza

leggi anche Circuiti stampati più sostenibili, l’approccio virtuoso di NCAB Group

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