Un gruppo di ricerca del Ghana ha progettato e analizzato una macchina per la spaccatura dei semi di cacao alimentata da energia fotovoltaica.
“La spaccatura dei baccelli di cacao viene eseguita manualmente nelle regioni meno sviluppate utilizzando strumenti manuali come i machete, un metodo che richiede molto tempo, è laborioso e comporta rischi per i lavoratori”, ha spiegato il gruppo. “Nonostante lo sviluppo di soluzioni meccaniche per ovviare a queste limitazioni, la loro adozione è stata ostacolata. Ciò è dovuto principalmente agli elevati costi operativi, all’accesso limitato all’elettricità e alla dipendenza dalle fonti energetiche fossili, soprattutto nelle zone rurali non collegate alla rete elettrica dove si coltiva il cacao”.
Il sistema proposto è stato prima simulato utilizzando MATLAB/Simulink e successivamente convalidato con un setup sperimentale. Oltre ai pannelli fotovoltaici, il progetto includeva anche un banco di batterie GEL ibride, un regolatore di carica e un motore a corrente continua.
In base a un ipotesi per cui la macchina per la spaccatura dei baccelli di cacao consuma 4.720,463 Wh/giorno, è stato simulato il funzionamento con cinque pannelli fotovoltaici monocristallini da 275 W ciascuno. Questi sono stati collegati in serie parallela, raggiungendo una capacità totale dell’impianto di 1.375 W. Sulla base dei dati forniti dall’Agenzia meteorologica del Ghana (GMA), l’irraggiamento solare medio è stato fissato a kWh/m2 al giorno con una temperatura minima e massima rispettivamente di 24 °C e 41,6 °C.
Il componente batteria comprende dieci batterie GEL ibride da 100 Ah ciascuna, con una profondità di scarica dell’80%, per una capacità totale di 867,732 Ah. Due batterie in serie sono sufficienti per fornire la tensione adeguata al funzionamento del motore primo, mentre le restanti quattro coppie di batterie collegate in serie sono state collegate in parallelo. Il regolatore di carica è impostato su 24 V, mentre il motore a corrente continua ha una potenza di 1,3 hp. L’impianto sperimentale comprendeva principalmente gli stessi componenti ed è stato installato a Kumasi, nel Ghana centrale. Il campo fotovoltaico è stato installato con un’inclinazione di 15°.
“Il sistema ha dimostrato un approvvigionamento energetico costante alla macchina, con un’autonomia sufficiente per tre giorni di funzionamento, producendo 5.843,75 Wh/giorno, che supera del 23,7% il fabbisogno energetico della macchina pari a 4.720,46 Wh/giorno”, hanno commentato i ricercatori. “Le prestazioni reali sono state in linea con le previsioni della simulazione, confermando la fattibilità del sistema fotovoltaico”.
Gli accademici hanno anche scoperto che l’impianto sperimentale aveva un’efficienza di separazione del 98,92% e un’efficienza di separazione del 91%-96,5%. Il danno ai fagioli è risultato essere dell’1,03% con una produttività di 60 baccelli di cacao al minuto. “L’integrazione delle energie rinnovabili migliora la sostenibilità, riduce al minimo la dipendenza dai combustibili fossili e contribuisce al raggiungimento degli SDG 7, 9 e 13 nella meccanizzazione agricola post-raccolta”, hanno concluso.
I dettagli del sistema sono disponibili nell’articolo “Design and Integration of a Solar Photovoltaic System for Mechanized and Sustainable Cocoa Pod Splitting” (Progettazione e integrazione di un sistema solare fotovoltaico per la spaccatura meccanizzata e sostenibile dei baccelli di cacao), pubblicato su Solar Compass. Lo studio è stato condotto dai ricercatori dell’Università delle Miniere e della Tecnologia del Ghana e dell’Università Kwame Nkrumah di Scienza e Tecnologia.
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