Analyse comparative expérimentale des systèmes frigorifiques à absorption de vapeur intégrant le solaire thermique et photovoltaïque pour un refroidissement durable à faible PRG en conditions tropicales

Pourquoi un refroidissement plus propre est important

Maintenir la fraîcheur des aliments et la sécurité des médicaments dépend de plus en plus des réfrigérateurs et des chambres froides, surtout dans des pays chauds et à forte croissance comme l’Inde. Pourtant, la plupart des systèmes de refroidissement actuels fonctionnent avec des compresseurs gourmands en électricité et utilisent des gaz qui retiennent la chaleur dans l’atmosphère. Cette étude explore une approche différente : des réfrigérateurs alimentés par le soleil qui s’appuient principalement sur la chaleur plutôt que sur l’électricité et utilisent des fluides à faible pouvoir de réchauffement global, offrant une manière d’étendre l’accès au froid sans aggraver le changement climatique.

Deux voies solaires vers la même chambre froide

Les chercheurs se sont concentrés sur une technologie appelée réfrigération par absorption de vapeur, qui remplace le compresseur électrique habituel par une boucle chimique entraînée par la chaleur. Au lieu d’un moteur puissant comprimant un fluide frigorigène, la chaleur d’une source externe met en mouvement une paire liquide–vapeur à travers un cycle d’évaporation et d’absorption pour produire du froid. Parce que l’apport principal est de la chaleur à basse température, ces systèmes peuvent être alimentés par des sources renouvelables comme l’énergie solaire ou la chaleur perdue des moteurs, et peuvent fonctionner avec des fluides plus respectueux de l’environnement que de nombreux réfrigérateurs conventionnels.

Construction de systèmes d’essai alimentés par le soleil

Pour déterminer la meilleure manière d’exploiter un tel système en conditions tropicales réelles, l’équipe a construit deux versions autour du même petit réfrigérateur à absorption utilisant un mélange ammoniac–eau. Dans la première version, un capteur solaire thermique à panneaux plats chauffait de l’eau, qui passait ensuite dans un échangeur de chaleur en cuivre enroulé autour du générateur du réfrigérateur, fournissant la chaleur nécessaire pour entraîner le cycle de refroidissement. Dans la seconde version, un panneau solaire photovoltaïque modeste de 100 watts alimentait, via un régulateur de charge, une batterie qui alimentait une simple résistance chauffante électrique à l’intérieur du même générateur. En gardant l’unité de réfrigération identique, l’expérience a isolé la question : est-il préférable de capter le soleil sous forme de chaleur ou d’électricité pour ce type de refroidissement ?

Performance des systèmes sous le soleil tropical

Par ciel clair dans le sud de l’Inde, le capteur solaire thermique a chauffé l’eau à près de 90 °C, suffisant pour démarrer et maintenir le cycle d’absorption. Ce capteur à panneaux plats a atteint une efficacité thermique moyenne d’environ 35 % sur la journée. Couplé au réfrigérateur, il a refroidi la chambre de stockage à environ 12 °C après approximativement quatre heures et demie — adapté pour de nombreux fruits, légumes et autres denrées périssables dans des chambres froides rurales. L’ensemble panneau solaire thermique et réfrigérateur a atteint un coefficient de performance (mesure du froid produit par rapport à l’énergie apportée) de 0,14, modeste selon les standards conventionnels mais obtenu en grande partie à partir d’un ensoleillement gratuit.

Comparer chaleur et électricité issues du soleil

La version photovoltaïque a utilisé la même lumière du soleil pour produire de l’électricité. Parce que les panneaux solaires sont plus sensibles aux nuages passagers et aux petites ombres que les capteurs thermiques, leur production a fluctué davantage l’après-midi. Néanmoins, le panneau surdimensionné de 100 watts et la batterie ont maintenu la température du générateur principalement entre 80 et 89 °C pendant les heures de plein soleil. Ce système a refroidi la chambre un peu plus, jusqu’à environ 9 °C en un peu plus de trois heures, et a fourni une note de performance similaire, avec un coefficient de performance de 0,12 et une efficacité de conversion électrique globale d’environ 9 % pendant sa période la plus stable.

Coût, praticité et impact rural

Lorsque l’équipe a pris en compte le coût des équipements, la fiabilité et la facilité de maintenance, l’option simple du solaire thermique est apparue avantageuse. L’unité pilotée par panneau plat était moins chère à construire, mécaniquement plus simple et moins vulnérable aux ombrages brefs. En revanche, elle nécessite un réservoir de stockage d’eau chaude bien isolé pour maintenir le refroidissement après le coucher du soleil. La version photovoltaïque, en comparaison, peut lisser les périodes nuageuses et le fonctionnement nocturne grâce au stockage par batterie, mais exige plus d’électronique, un coût initial plus élevé et une maintenance plus spécialisée. Les deux approches se sont toutefois révélées techniquement capables de maintenir la plage de 9–12 °C importante pour protéger les récoltes dans des villages hors réseau.

Ce que cela signifie pour le refroidissement futur

Pour un non-spécialiste, la conclusion est que les réfrigérateurs n’ont pas à dépendre de centrales fossiles ni de gaz nocifs pour le climat. Cette étude montre que de petits systèmes d’absorption alimentés par le soleil peuvent fournir un stockage frigorifique utile dans les régions rurales chaudes en utilisant du matériel modeste et des fluides de travail à faible impact. Les capteurs solaires thermiques offrent un choix rentable et robuste lorsque les budgets sont serrés et que le soleil est fort, tandis que les panneaux solaires fournissent de la flexibilité lorsque l’électricité fiable ou la sauvegarde par batterie est plus importante. Avec d’autres améliorations de la conception et des mélanges réfrigérants alternatifs, ces refroidisseurs par absorption actionnés par le solaire pourraient devenir une pièce maîtresse des chaînes du froid respectueuses du climat, aidant agriculteurs, cliniques et ménages à rester au frais sans réchauffer la planète.

Citation: 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

Mots-clés: refroidissement solaire, réfrigération par absorption, stockage frigorifique rural, réfrigérants à faible PRG, énergie renouvelable