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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