¿Puedo alimentar una estufa con un panel fotovoltaico?
Además de los peligros de la contaminación del aire, cocinar sobre fogones también provoca deforestación y emisiones de gases de efecto invernadero como CO2 y hollín. Con la fuerte caída de las tendencias de costos de los paneles solares y las baterías, ha habido un renovado interés en la contribución que la cocina eléctrica solar puede hacer a la promoción de la energía limpia. La electricidad solar directa o el almacenamiento en baterías pueden cocinar alimentos a bajo costo y cargar electrodomésticos. Aislar la cámara de cocción permite que los alimentos se cocinen con un panel solar de bajo consumo (menos costoso) durante un tiempo de cocción más prolongado.
Cocinar con almacenamiento de batería
Ciertamente puedo cocinar con una pequeña estufa eléctrica alimentada por un panel fotovoltaico, pero normalmente esta debe ser alimentada por un inversor conectado a un sistema que incluye el panel, el controlador de carga y la batería. Pero en realidad puedes utilizar un sistema más sencillo, si utilizas un calentador de 12 V o uno que pueda funcionar con el voltaje suministrado directamente desde la batería.
Algunas personas han experimentado cocinando con una resistencia de 60 vatios alimentada por paneles fotovoltaicos. Primero cargan una batería con paneles. Esto permite suministrar una cantidad de energía más concentrada al elemento calefactor que la que se puede obtener directamente de los paneles fotovoltaicos. La comida se cocina dentro de un grupo muy aislado.
El aislamiento reduce en gran medida la pérdida de calor, lo que permite que los alimentos se cocinen a una potencia mucho menor. Un panel solar de menor potencia (usamos alrededor de 100 W) reduce en gran medida el costo del sistema, pero lleva mucho tiempo cocinar los alimentos. Como referencia, 100 W hervirán alrededor de 5 kg de comida a lo largo del día.
Un panel solar de 100 W puede proporcionar una potencia máxima de 70 a 80 vatios. Si tiene una orientación fija (y no sigue al sol), la estimación fue de 50 vatios de potencia promedio durante un período de 6 horas. 50 vatios significan una corriente de aproximadamente 4 A que ingresa a una batería de 12 V. Por lo tanto, cargar completamente una batería de 75 Ah llevará aproximadamente 20 horas, o poco más de 3 días. Entonces, 3 días de carga proporcionarán 10 horas de cocción.
Inicialmente utilizaron una almohadilla térmica de 50 W conectada directamente a un panel fotovoltaico de 50 W, pero descubrieron que usar una almohadilla térmica de 40 W era más eficiente. Pudo conseguir que la almohadilla térmica alcanzara los 120°C. Este método se puede utilizar para la mayoría de las comidas, excepto para hornear y freír. Es importante utilizar una cámara de cocción bien aislada y limitar la longitud de los cables de conexión, ya que la resistencia del cable limitará la potencia.
Algunos han experimentado agregando, mediante la exposición a la luz solar, más potencia de cocción a una cocina solar, que consiste en una almohadilla térmica ubicada dentro de la cocina. Está alimentado por el panel fotovoltaico de 100w cercano. Sólo la almohadilla térmica aporta unos 35 vatios de potencia a la cocina solar. Cuando se colocaba al sol, la cocina funcionaba con unos 70 vatios de energía solar y eléctrica combinadas.
Cocinar usando cambio de fase.
La cocina alimentada por paneles fotovoltaicos parece estar desarrollándose rápidamente. La primera investigación se centró en la cocción directa con elementos calefactores por inducción. Sin embargo, la producción térmica directa era de baja temperatura y los investigadores concluyeron que los sistemas de inducción funcionaban de manera más eficiente cuando se incluían con almacenamiento de batería o un medio de cambio de fase.
El medio de cambio de fase se calentaría a lo largo del día y podría devolver el calor a un ritmo más rápido al elemento de inducción para cocinar más tarde durante el día. En la práctica, se puede utilizar un panel fotovoltaico de potencia relativamente baja para producir electricidad para accionar un elemento calefactor por inducción, que fluye a través de un medio de almacenamiento de calor con cambio de fase.
El medio se funde a 120°C durante una exposición de todo el día. Por la noche, el vehículo está lo suficientemente caliente como para cocinar una comida lo suficientemente rápido sin el sol, la carga almacenada de la batería o la entrada adicional del elemento calefactor por inducción.
Cocinar con una cadena de diodos en lugar de baterías y resistencias
Un desarrollo reciente con la incorporación de conjuntos de diodos térmicos muestra la posibilidad de utilizar un sistema más simple y menos costoso para generar calor para cocinar. No requiere controladores de carga de 12 V, convertidores de voltaje, baterías e inversores de los sistemas fotovoltaicos tradicionales, pero no tienen inherentemente capacidades de almacenamiento de energía. Sin embargo, se requiere un interruptor termostático para interrumpir el circuito por encima de una temperatura predeterminada.
En los sistemas de electricidad solar domésticos tradicionales, el control de voltaje se logra mediante el uso de una batería con un controlador de carga MPPT (Maximum Peak Power Tracking). Es probable que este tipo de sistema tenga un costo prohibitivo para las familias de bajos ingresos. La continua caída del precio de los paneles solares significa que el coste predominante en un sistema eléctrico solar doméstico pronto será (o ya es) el almacenamiento de electricidad.
El uso de una cadena de diodos en lugar de un calentador resistivo extrae más energía de un panel solar en una variedad de intensidades solares y también sirve como un regulador de voltaje aproximado y económico para cargar baterías y aparatos eléctricos. Por lo tanto, puede reducir drásticamente estos costos, si no eliminarlos por completo. Un calentador de diodo térmico produce más calor de un panel solar que un calentador resistivo conectado a una batería/PWM, promediado sobre una amplia variedad de intensidades solares.
La innovación consiste en utilizar una cadena de diodos térmicos en lugar del tradicional calentador resistivo (por ejemplo, hecho de alambre de níquel-cromo) para calentar los alimentos. Al pasar del calentamiento por resistencias al calentamiento por diodos, convertimos de forma económica y óptima la electricidad fotovoltaica en energía térmica para cocinar, compartiendo electricidad con puertos USB, baterías de 12V y otros usos.
De hecho, la resistencia constante del cable absorbe energía en el voltaje máximo del punto de suministro (Vmp) solo con una única intensidad solar. Dado que el voltaje a través de una resistencia es proporcional a la corriente, otras intensidades solares suministran corriente a un voltaje diferente, lo que resulta en un consumo de energía reducido.
Dado que la caída de voltaje a través de un diodo es casi independiente de la corriente, una cadena de diodos conectados a un panel solar puede absorber una variedad de corrientes correspondientes a una amplia gama de intensidades solares mientras se mantiene un voltaje constante cerca de Vmp. Esto permite que una cadena de diodos extraiga la máxima energía posible de un panel solar en un amplio rango de intensidades solares.
Los calentadores de diodo no requieren energía CC regulada, pero funcionan bien cuando se conectan directamente a un panel solar. Además, debido a que la caída de voltaje a través de un diodo permanece casi constante en una amplia gama de corrientes (intensidades solares), la cantidad correcta de diodos puede proporcionar aproximadamente cualquier voltaje necesario para cargar baterías o alimentar un puerto USB o un dispositivo de CC. Para obtener salidas de voltaje más precisas, puede utilizar un chip de control de voltaje económico.
El coste de la electricidad resultante ya es competitivo en muchas zonas con respecto a la cocina con biomasa. Los beneficios incluyen el acceso económico a la electricidad, así como la reducción de la contaminación del aire interior, la deforestación y el costo/carga del suministro de combustible para cocinar. A medida que el precio de los paneles solares siga bajando, este sistema será cada vez más eficaz para llevar electricidad y cocinas eléctricas a los pobres del mundo.
Las cadenas de diodos (p. ej. 20 diodos rectificadores 1N5402, con Imax=3 A, corriente máxima IFSM=200 A, Tmax=150) se pueden pegar en el exterior de la cámara de cocción o fijarse en el interior de aluminio como calentadores de inmersión. Se incluye un interruptor termostático en el circuito para proteger el sistema contra el sobrecalentamiento. El conjunto de maceta está rodeado de aislamiento.
Para evitar que los diodos se sobrecalienten, están conectados térmicamente al recipiente. Un interruptor termostático, también conectado a la olla, corta el circuito por encima de una temperatura predeterminada. Por lo tanto, es importante anclar los diodos con un adhesivo que sea resistente a altas temperaturas, conductor térmico y aislante eléctrico.