Analisi comparativa sperimentale di sistemi di refrigerazione ad assorbimento integrati solare termico e fotovoltaico per il raffrescamento sostenibile a basso GWP in condizioni tropicali

Perché un raffrescamento più pulito è importante

Mantenere freschi gli alimenti e conservare in sicurezza i medicinali dipende sempre più da frigoriferi e celle frigorifere, soprattutto in Paesi caldi e in rapido sviluppo come l’India. Tuttavia la maggior parte degli attuali sistemi di raffreddamento si basa su compressori energivori e utilizza gas che intrappolano il calore nell’atmosfera. Questo studio esplora un approccio diverso: frigoriferi alimentati dal sole che si basano principalmente sul calore più che sull’elettricità e impiegano fluidi a basso potenziale di riscaldamento globale, offrendo un modo per ampliare l’accesso al raffreddamento senza aggravare i cambiamenti climatici.

Due vie solari verso lo stesso vano freddo

I ricercatori si sono concentrati su una tecnologia chiamata refrigerazione ad assorbimento a vapore, che sostituisce il consueto compressore elettrico con un circuito chimico azionato dal calore. Invece di un motore potente che comprime un refrigerante, il calore da una sorgente esterna mette in moto una coppia liquido–vapore attraverso un ciclo di evaporazione e assorbimento per produrre freddo. Poiché l’apporto principale è calore a bassa temperatura, questi sistemi possono essere alimentati da fonti rinnovabili come l’energia solare o da calore di scarto dei motori, e possono funzionare con fluidi più rispettosi dell’ambiente rispetto a molti frigoriferi convenzionali.

Costruire sistemi di prova alimentati dal sole

Per capire come gestire al meglio un tale sistema in condizioni tropicali reali, il team ha costruito due versioni intorno allo stesso piccolo frigorifero ad assorbimento che utilizzava una miscela ammoniaca–acqua. Nella prima versione, un collettore solare termico a piastra piana riscaldava l’acqua, che poi passava attraverso uno scambiatore di calore in rame avvolto attorno al generatore del frigorifero, fornendo il calore necessario ad avviare il ciclo di raffreddamento. Nella seconda versione, un pannello solare da 100 watt alimentava l’elettricità attraverso un regolatore di carica in una batteria, che a sua volta alimentava una semplice resistenza elettrica all’interno dello stesso generatore. Mantenendo identica l’unità di refrigerazione, l’esperimento ha isolato la domanda: è meglio raccogliere il sole come calore o come elettricità per questo tipo di raffreddamento?

Come si sono comportati i sistemi sotto il sole tropicale

In condizioni di cielo sereno nel sud dell’India, il collettore solare termico ha riscaldato l’acqua fino a quasi 90 °C, sufficiente ad avviare e sostenere il ciclo di assorbimento. Questo collettore a piastra piana ha raggiunto un’efficienza termica media di circa il 35 percento durante la giornata. Accoppiato al frigorifero, ha raffreddato il vano di conservazione fino a circa 12 °C dopo circa quattro ore e mezza — adatto a molti frutti, ortaggi e altri deperibili nelle celle frigorifere rurali. Il sistema combinato solare-termico-e-frigorifero ha ottenuto un coefficiente di prestazione (una misura del freddo prodotto diviso per l’energia fornita) di 0,14, modesto rispetto agli standard convenzionali ma raggiunto in larga parte grazie alla luce solare disponibile gratuitamente.

Confronto tra calore ed elettricità dal sole

La versione fotovoltaica ha usato la stessa luce solare per generare elettricità. Poiché i pannelli solari sono più sensibili al passaggio di nuvole e a piccole ombre rispetto ai collettori termici, la loro produzione è variata di più nel corso del pomeriggio. Nonostante ciò, il pannello sovradimensionato da 100 watt e la batteria hanno mantenuto la temperatura del generatore per lo più tra 80 e 89 °C durante le ore di sole pieno. Questo sistema ha raffreddato il vano leggermente di più, fino a circa 9 °C in poco più di tre ore, e ha fornito una classificazione di prestazione simile, con un coefficiente di prestazione di 0,12 e un’efficienza di conversione elettrica complessiva di circa il 9 percento durante il suo periodo più stabile.

Costo, praticità e impatto rurale

Quando il team ha considerato il costo dell’attrezzatura, l’affidabilità e la facilità di manutenzione, l’opzione solare termica semplice è risultata la migliore. L’unità alimentata a piastra piana era più economica da costruire, meccanicamente più semplice e meno vulnerabile a brevi ombreggiamenti. Tuttavia richiede un serbatoio ben isolato per l’accumulo di acqua calda per mantenere il raffreddamento dopo il tramonto. La versione fotovoltaica, invece, può mitigare i periodi nuvolosi e l’operatività notturna con l’accumulo in batterie, ma richiede più elettronica, un costo iniziale più elevato e una manutenzione più specializzata. Entrambi gli approcci, comunque, si sono dimostrati tecnicamente in grado di mantenere l’intervallo di 9–12 °C importante per proteggere i raccolti nei villaggi non connessi alla rete.

Cosa significa per il futuro del raffreddamento

Per il pubblico generale, la conclusione è che i frigoriferi non devono necessariamente dipendere da centrali a combustibili fossili o da gas che danneggiano il clima. Questo studio mostra che piccoli sistemi ad assorbimento alimentati dal sole possono fornire conservazione a freddo utile in regioni calde e rurali usando hardware modesto e fluidi di lavoro a basso impatto. I collettori solari termici offrono una scelta economica e robusta dove i budget sono limitati e il sole è forte, mentre i pannelli solari forniscono flessibilità quando è più importante disporre di elettricità affidabile o di backup a batteria. Con ulteriori miglioramenti nel progetto dei sistemi e in miscele refrigeranti alternative, tali refrigeratori ad assorbimento alimentati dal sole potrebbero diventare una pietra angolare delle catene del freddo a basso impatto climatico, aiutando agricoltori, cliniche e famiglie a rimanere al fresco senza riscaldare il pianeta.

Citazione: 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

Parole chiave: raffreddamento solare, refrigerazione ad assorbimento, conservazione alimentare rurale, refrigeranti a basso GWP, energie rinnovabili