Исследователи из Технологического института имени короля Монгкута в Ладкрабанге создали портативную солнечную кухонную плиту с тепловым аккумулятором на основе смеси эритрита и глицерина. Такая система позволяет не только использовать энергию солнечного света в момент приготовления пищи, но и частично запасать ее заранее.
Солнечные плиты считаются одним из наиболее доступных средств приготовления пищи в районах, не имеющих доступа к электроэнергии и традиционному топливу. Однако их широкое распространение ограничивает один недостаток: готовить можно только при интенсивном солнечном излучении. Любая облачность или снижение солнечной активности приводит к быстрому падению температуры и росту времени приготовления. Однако тайские ученые нашли способ продлить работу плиты за счет теплоаккумулирующего материала, накапливающего солнечную энергию днем и отдающего ее во время приготовления пищи.
В качестве такого материала они выбрали эритрит – пищевой сахарозаменитель, который плавится при 118°C и обладает очень высокой скрытой теплотой плавления – 336 Дж/г. Это означает, что он способен поглощать большое количество энергии при переходе из твердого состояния в жидкое, а затем возвращать ее обратно при затвердевании.
Однако практические испытания показали, что под обычным тайским солнцем эритрит в солнечном коллекторе нагревался лишь до 83°C, так и не расплавляясь полностью, а значит не мог накопить достаточно тепла для приготовления риса – основного продукта в регионе. Тогда исследователи смешали эритрит с глицерином в пропорции 75% на 25 % по массе. Температура плавления смеси снизилась до 107°C. Благодаря этому материалу стало значительно проще переходить в жидкое состояние под действием солнечного нагрева, хотя скрытая теплота плавления при этом уменьшилась до 302 Дж/г.
Чтобы проверить эффективность новой технологии, ученые создали компьютерную модель теплопередачи и проверили ее в лабораторных экспериментах. Расчетные и реальные температуры в центре кастрюли различались менее чем на 4°C, что подтвердило надежность модели.
На основе полученных расчетов был разработан и сам прототип солнечной рисоварки. Она состояла из солнечного коллектора и двухслойной кастрюли, пространство между стенками и под дном которой заполнялось теплоаккумулирующей смесью. Благодаря этому тепло поступало к продуктам практически со всех сторон.
Испытания проводились в Бангкоке в марте в трех режимах.
Сначала рис приготовили только за счет солнечного света без использования теплоаккумулирующего материала. На это потребовалось около 240 минут.
Затем исследователи использовали для приготовления только накопленное тепло, нагрев смесь эритрита и глицерина на солнце. Однако этот вариант не сработал: материал расплавился частично, и запасенной энергии оказалось недостаточно для приготовления пищи.
Наилучший результат показал комбинированный режим. Сначала тепловой аккумулятор нагревали на солнце, а затем продолжали использовать солнечную энергию уже во время приготовления. В этом случае рис полностью сварился за два с половиной часа, а температура внутри кастрюли достигла необходимых для варки 70-75°C. По сравнению с обычной солнечной плитой время приготовления сократилось почти в полтора раза.
Главным ограничением разработки пока остается неполное расплавление теплоаккумулирующей смеси под действием солнечного света. Поэтому в дальнейшем исследователи планируют либо подобрать новые составы с более низкой температурой плавления, либо усовершенствовать солнечный коллектор и систему отражателей, чтобы повысить концентрацию солнечного излучения.
