تحليل تجريبي مقارن لأنظمة التبريد بالامتصاص البخاري المدمجة بالطاقة الشمسية والكهروضوئية للتبريد المستدام منخفض GWP تحت ظروف استوائية

لماذا يهم تبريد أنظف

الحفاظ على نضارة الطعام وسلامة الأدوية أصبح يعتمد بشكل متزايد على الثلاجات والغرف الباردة، لا سيما في البلدان الحارة سريعة النمو مثل الهند. ومع ذلك، تعمل معظم أنظمة التبريد الحالية بواسطة ضواغط تستهلك الكثير من الكهرباء وتستعمل غازات تحتجز الحرارة في الغلاف الجوي. تستكشف هذه الدراسة نهجاً مختلفاً: ثلاجات تعمل بالطاقة الشمسية وتعتمد إلى حد كبير على الحرارة بدلاً من الكهرباء وتستخدم سوائل ذات تأثير احتراري عالمي منخفض، ما يوفر طريقة لتوسيع خدمات التبريد من دون تفاقم تغير المناخ.

طريقتان شمسانيتان لصندوق تبريد واحد

ركز الباحثون على تقنية تسمى التبريد بالامتصاص البخاري، التي تستبدل الضاغط الكهربائي المعتاد بدارة كيميائية تقودها الحرارة. بدلاً من محرك قوي يضغط سائل التبريد، تدفع الحرارة من مصدر خارجي زوجاً سائلاً-بخارياً خلال دورة تبخر وامتصاص لإنتاج البرودة. ولأن المدخل الرئيسي هو حرارة منخفضة الدرجة، يمكن تشغيل هذه الأنظمة بمصادر متجددة مثل الطاقة الشمسية أو حرارة فائضة من المحركات، ويمكن أن تعمل باستخدام سوائل أكثر صداقة للبيئة من العديد من الثلاجات التقليدية.

بناء أنظمة اختبار تعمل بالطاقة الشمسية

لمعرفة أفضل طريقة لتشغيل مثل هذا النظام في ظروف استوائية فعلية، بنى الفريق نسختين حول نفس ثلاجة الامتصاص الصغيرة باستخدام خليط أمونيا-ماء. في النسخة الأولى، سخّن مجمّع شمسي حراري من نوع اللوح المسطح الماء، الذي مرّ بعد ذلك عبر مبادل حراري نحاسي ملفوف حول مولد الثلاجة، موفراً الحرارة اللازمة لتشغيل دورة التبريد. في النسخة الثانية، زودت لوحة شمسية متواضعة بقوة 100 واط كهرباء عبر منظم شحن لبطارية، التي غذّت سخاناً كهربائياً بسيطاً داخل نفس المولد. بالمحافظة على وحدة التبريد نفسها دون تغيير، عزلت التجربة السؤال: أيهما أفضل لالتقاط طاقة الشمس لهذا النوع من التبريد، الحرارة أم الكهرباء؟

أداء الأنظمة تحت شمس استوائية

في ظروف سماء صافية في جنوب الهند، سخّن المجمّع الشمسي الحراري الماء إلى ما يقرب من 90 °م، ما كان كافياً لبدء واستدامة دورة الامتصاص. حقق هذا المجمّع اللوحي كفاءة حرارية متوسطها نحو 35 بالمئة على مدار اليوم. مقترناً بالثلاجة، بلغ درجة حرارة غرفة التخزين حوالي 12 °م بعد قرابة أربع ساعات ونصف — مناسبة لكثير من الفواكه والخضراوات والمواد القابلة للتلف في غرف التبريد الريفية. وصل تركيب المجمّع الشمسي-الحراري مع الثلاجة إلى معامل أداء تبريدي قدره 0.14، وهو رقم متواضع وفق المعايير التقليدية لكنه تحقق إلى حد كبير من ضوء الشمس المتاح مجاناً.

مقارنة بين الحرارة والكهرباء من الشمس

النسخة المُشغّلة بالكهروضوئيات استخدمت نفس ضوء الشمس لتوليد الكهرباء بدلاً من ذلك. ونظراً لأن الألواح الشمسية أكثر حساسية للغيوم العابرة والظلال الصغيرة من المجمّعات الحرارية، تفاوت إنتاجها بشكل أكبر خلال بعد الظهر. ومع ذلك، حافظت اللوحة الكبيرة البالغة 100 واط والبطارية على درجة حرارة المولد غالباً بين 80 و89 °م خلال ساعات الذروة. برّدت هذه المنظومة الحجرة قليلاً أكثر، إلى نحو 9 °م في ما يزيد قليلاً عن ثلاث ساعات، وحققت تقييماً تشغيلياً مشابهاً، مع معامل أداء 0.12 وكفاءة تحويل كهربائية كلية نحو 9 بالمئة أثناء فترة استقرارها.

التكلفة والعملية والأثر الريفي

عند احتساب تكلفة المعدات والموثوقية وسهولة الصيانة، برز خيار الطاقة الشمسية الحرارية البسيطة كالأفضل. كانت الوحدة التي تعمل بلوح مسطح أرخص بناءً، أبسط ميكانيكياً، وأقل عرضة للتأثر بتظليل قصير. ومع ذلك، فهي تحتاج إلى خزان مياه ساخنة معزول جيداً للحفاظ على التبريد بعد الغروب. بالمقابل، يمكن للنسخة الكهروضوئية أن تُعالج فترات الغيوم وتشغّل ليلاً مع تخزين البطارية، لكنها تتطلب إلكترونيات أكثر وتكلفة أولية أعلى وصيانة متخصصة أكثر. ومع ذلك، أثبتت الطريقتان قدرتهما التقنية على الحفاظ على مدى 9–12 °م المهم لحماية المحاصيل في القرى المعزولة عن الشبكة.

ماذا يعني هذا لتبريد المستقبل

بالنسبة للقارئ العام، الخلاصة هي أن الثلاجات لا يجب أن تعتمد على محطات طاقة تعمل بالوقود الأحفوري أو غازات ضارة بالمناخ. تُظهر هذه الدراسة أن أنظمة الامتصاص الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية يمكن أن توفر تخزيناً بارداً مفيداً في المناطق الحارة والريفية باستخدام معدات متواضعة وسوائل تشغيل ذات تأثير منخفض. تقدّم المجَمِعات الشمسية الحرارية خياراً اقتصادياً ومتيناً حيث تكون الميزانيات محدودة والشمس قوية، بينما توفر الألواح الشمسية مرونة أكبر عندما تكون الكهرباء الموثوقة أو دعم البطارية أكثر أهمية. مع مزيد من التحسينات في تصميم الأنظمة وخليط سائل التبريد البديل، قد تصبح مبردات الامتصاص المدفوعة بالشمس ركيزة لسلاسل التبريد الصديقة للمناخ، مساعدة المزارعين والعيادات والأسر على البقاء باردة من دون تسخين الكوكب.

الاستشهاد: Selvaraj, D.A., Nadimuthu, L.P.R., Victor, K. et al. Experimental comparative analysis of solar thermal and photovoltaic integrated vapor absorption refrigeration systems for low-GWP sustainable cooling under tropical conditions. Sci Rep 16, 11709 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47817-8

الكلمات المفتاحية: تبريد شمسي, تبريد بالامتصاص, تخزين مبرد ريفي, سائل تبريد منخفض الاحترار العالمي, طاقة متجددة