Progettati per essere efficienti ed economici, i Box Solar Cooker possono essere costruiti con diverse tipologie di materiali, anche di recupero, quali alluminio, plastica, legno o addirittura cartone e raggiungono al massimo i 200°C
di Matteo Muccioli e Giovanni Di Nicola
Il mondo dei forni e delle cucine solari può essere suddiviso in quattro categorie principali:
- I forni a scatola (Box Solar Cooker)
- I forni a pannelli (Panel Solar Cooker)
- I forni parabolici (Parabolic solar Cooker)
- I forni a tubi sottovuoto (Evacuated tube cookers)
I forni a scatola, come suggerito dal nome, sono costituiti da un volume chiuso (la scatola appunto) che realizza la camera termica, costituita di materiale isolante, dove è presente almeno una superficie trasparente, possibilmente vetro, per permettere l’entrata dei raggi solari.
Il principio fisico è molto semplice: la radiazione solare attraversa il vetro ed entra nel forno, dove viene assorbita dalle superfici interne. Si crea così all’interno una radiazione termica la cui fuoriuscita viene ostacolata dal vetro superiore in quanto radiazione solare e quella termica presentano lunghezze d’onda differenti, per cui il vetro assorbe la prima e riflette la seconda; quello che si viene a generare è un effetto serra artificiale all’interno della scatola.
All’interno della camera termica andranno inserite le pentole, padelle o barattoli, contenenti il cibo da cucinare. E’ bene che le superfici dei contenitori siano di colore nero, per massimizzare l’assorbimento della radiazione solare e la conversione di questa in calore utile alla cottura degli alimenti.
A questo proposito il colore interno della camera termica essere o di colore nero, per aumentare l’assorbimento termico e, quindi, le temperature in gioco, o realizzato con materiali riflettenti per migliorare la riflessione della radiazione solare verso i ricevitori contenenti il cibo.
Se si decide di realizzare la camera di cottura di colore nero, è bene utilizzare delle superfici metalliche nere che possano trasferire il calore per conduzione alle pentole.
Per aumentare l’efficienza di questo schema di base, si può lavorare su due aspetti:
- Utilizzare un gruppo ottico (composto da uno o più superfici riflettenti) posizionato all’esterno della scatola, con lo scopo di concentrare una grande quantità di radiazione solare all’interno della camera termica per far aumentare la temperatura;
- Aumentare l’isolamento della camera termica con lo scopo di migliorare il contenimento termico della stessa.
L’ottimale si ottiene trovando il giusto compromesso tra le dimensioni del gruppo ottico e l’isolamento della scatola.
Questo tipo di forno può essere costruito con diverse tipologie di materiali, anche di recupero, 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 in aree rurali o in situazioni di emergenza.
All’interno della categoria dei forni a scatola, esistono numerose geometrie e soluzioni, ognuna delle quali cerca di ottimizzare le caratteristiche proprie di questa tipologia di forni solari alla luce delle necessità e possibilità degli utilizzatori.
In questo articolo viene data enfasi ad una particolare geometria che nasce con lo scopo di massimizzare il rapporto tra costi, semplicità costruttiva, ampio campo di utilizzo ed efficacia: il Newton Solar Oven.
Il Newton Solar Oven è un particolare forno a scatola inventato dall’Ing. Matteo Muccioli, avente la camera termica a forma di prisma a base triangolare, composta da due sole superfici vetrate che fungono da superfici di accezione della radiazione solare ed isolamento, le quali si appoggiano su due porticine laterali in legno, di forma triangolare, che realizzano la chiusura ed il sistema di supporto dei vetri stessi. Le sue prestazioni sono state recentemente investigate in dettaglio in un articolo pubblicato sulla rivista internazionale Renewable Energy [1]. Qui se ne riassumono le caratteristiche principali.
I punti di forza di questa geometria sono:
- Semplicità (Assemblaggio, messa in funzione e trasporto);
- Ridotto numero di materiali;
- Possibilità di utilizzo di materiali di recupero;
- Elevato rapporto tra semplicità costruttiva e prestazioni.
Nella sua versione base, questo forno è composto principalmente da una camera di cottura autoportante e due o più specchi che riflettono i raggi solari all’interno della camera.
Come è possibile vedere in figura 1, la camera termica costituisce il volume all’interno nel quale vengono riflessi i raggi solari al fine di accumulare calore. E’ composta da 3 lastre di vetro delle stesse dimensioni ed ha forma di prisma a sezione triangolare.
E’ possibile variare il volume interno mediante lo spostamento degli sportelli laterali. La lastra di vetro alla base del prisma non è strettamente necessaria, il suo utilizzo è però fortemente consigliato perché consente di pulire facilmente la base della camera di cottura nel caso di fuoriuscite di liquidi o alimenti dalla pentola e perché evita che del vapore di cottura penetri all’interno della base di legno.
Un grande vantaggio del Newton Solar Oven risiede proprio nella sua camera di cottura che, a contrario di come accade in molti altri forni solari, non è racchiusa all’interno di pareti opache; questo fattore gli conferisce una maggior semplicità di utilizzo perché la grande esposizione a cui questo forno è sottoposto consente all’utente di ruotare l’apparecchio ad intervalli di 1-2 ore.
Una camera di cottura composta da vetri presenta lo svantaggio di una grande dispersione termica, ma questa problematica è controbilanciata dal fatto che, proprio grazie alla sua particolare geometria a sezione triangolare, è possibile regolare l’umidità interna che si forma durante la cottura degli alimenti. Aumentando l’apertura tra i vetri, infatti, grazie all’effetto camino, si genera un flusso d’aria che permette l’espulsione del vapore, mantenendo sempre asciutta la camera termica, particolare assente nelle altre tipologie di box che, spesso, genera il problema del ristagno sul fondo della condensa.
Questa semplice ed efficace soluzione, permette a questo forno di lavorare sempre a camera asciutta, particolare di estrema importanza per le prestazioni dei forni solari a scatola.
Con la configurazione base a due specchi, temperatura di funzionamento del Newton Solar Oven è compresa tra 120°C ed i 130°C e, questa fascia termica si presta bene a cotture lente di carne, pesce, verdure ed impasti, confetture, marmellate e anche vasocottura solare.
La particolare geometria del Newton Solar Oven, permette di estendere il suo utilizzo anche al campo dell’essiccazione solare, mantenendo praticamente invariati i suoi componenti di base e lavorando sul sistema di conversione termica e ventilazione della camera termica. A tal proposito è in fase di realizzazione uno studio approfondito delle prestazioni dell’essiccatore solare ottenuto partendo dal Newton Solar Oven.
