Экспериментальный сравнительный анализ интегрированных пароводяных абсорбционных холодильных систем с солнечной тепловой и фотоэлектрической энергией для устойчивого охлаждения с низким ПГП в тропических условиях

Почему чистое охлаждение важно

Сохранение свежести продуктов и безопасности лекарств всё в большей степени зависит от холодильников и холодных помещений, особенно в жарких быстрорастущих странах, таких как Индия. Однако большинство современных систем охлаждения работают на энергоёмких компрессорах и используют газы, задерживающие тепло в атмосфере. В этом исследовании рассматривается иной подход: холодильники, питаемые солнцем, в которых основной источник — тепло, а не электричество, и применяются хладагенты с низким потенциалом глобального потепления, что позволяет расширять доступ к охлаждению, не усугубляя климатические изменения.

Два солнечных пути к одному холоду

Исследователи сосредоточились на технологии, называемой абсорбционным паровым холодильником, которая заменяет обычный электрический компрессор термохимическим контуром, приводимым в действие теплом. Вместо мощного мотора, сжимающего хладагент, тепло из внешнего источника приводит в движение пару жидкость‑пар через цикл испарения и поглощения для получения холода. Поскольку основным входом является низкотемпературное тепло, такие системы можно питать за счёт возобновляемых источников, например солнечной энергии или тепла от двигателей, и они могут работать с более экологичными рабочими парами, чем многие традиционные холодильники.

Создание солнечных опытных установок

Чтобы понять, как лучше эксплуатировать такую систему в реальных тропических условиях, команда построила две версии вокруг одного и того же небольшого абсорбционного холодильника с аммиачно‑водяной смесью. В первой версии плоский солнечный тепловой коллектор нагревал воду, которая затем проходила через медный теплообменник, обвитый вокруг генератора холодильника, обеспечивая тепло для запуска и поддержания цикла охлаждения. Во второй версии скромная 100‑ваттная солнечная панель через контроллер заряда питала аккумулятор, который запитывал простой электрический нагреватель внутри того же генератора. Сохранив сам холодильный блок идентичным, эксперимент позволил изолировать вопрос: лучше ли улавливать солнце как тепло или как электричество для такого типа охлаждения?

Как системы работали под тропическим солнцем

При ясном небе в южной Индии солнечный тепловой коллектор нагревал воду почти до 90 °C — достаточно для запуска и поддержания абсорбционного цикла. Этот плоский коллектор показал среднюю тепловую эффективность около 35 процентов в течение дня. В паре с холодильником он охладил камеру хранения примерно до 12 °C примерно за четыре с половиной часа — уровень, подходящий для многих фруктов, овощей и других скоропортящихся товаров в сельских холодных помещениях. Совокупная установка «солнечная тепловая — холодильник» достигла коэффициента эффективности (показателя холодопроизводительности к затратам энергии) около 0,14, скромного по обычным стандартам, но достигнутого в основном за счёт свободной солнечной энергии.

Сравнение тепла и электричества от солнца

Фотоэлектрическая версия использовала то же солнце для выработки электричества. Поскольку солнечные панели более чувствительны к проходящим облакам и мелким затенениям, их выход колебался сильнее в течение дня. Тем не менее, увеличенная 100‑ваттная панель и аккумулятор поддерживали температуру генератора в основном в диапазоне 80–89 °C в часы пик. Эта система охладила камеру чуть сильнее — примерно до 9 °C чуть более чем за три часа — и показала сопоставимую оценку эффективности с коэффициентом производительности 0,12 и общей электрической эффективностью преобразования порядка 9 процентов в наиболее стабильный период.

Стоимость, практичность и влияние на сельскую местность

С учётом стоимости оборудования, надёжности и простоты обслуживания более предпочтительным оказался простой солнечный тепловой вариант. Установка на плоском коллекторе была дешевле в изготовлении, механически проще и менее уязвима к кратковременному затенению. Однако ей необходим хорошо изолированный бак для горячей воды, чтобы поддерживать охлаждение после захода солнца. Фотоэлектрическая версия, напротив, может сглаживать периоды облачности и обеспечивать ночную работу благодаря аккумулятору, но требует большего количества электроники, более высоких первоначальных затрат и более специализированного обслуживания. Оба подхода, однако, доказали техническую способность поддерживать диапазон 9–12 °C, важный для сохранения урожая в автономных деревнях.

Что это значит для будущего охлаждения

Для неспециалиста вывод таков: холодильники не обязательно должны зависеть от электростанций на ископаемом топливе или газов, вредящих климату. Это исследование показывает, что небольшие абсорбционные системы на солнечной энергии могут обеспечивать полезное холодохранилище в жарких сельских регионах, используя скромное оборудование и рабочие пары с низким воздействием. Солнечные тепловые коллектора предлагают экономичный и надёжный выбор там, где бюджеты ограничены и солнце сильное, тогда как солнечные панели дают гибкость, когда важна надёжность электроснабжения или резерв от батарей. По мере дальнейших улучшений в конструкции систем и альтернативных смесях хладагентов такие солнечные абсорбционные охладители могут стать краеугольным камнем климатически безопасных цепочек холодового снабжения, помогая фермерам, клиникам и домохозяйствам сохранять холод, не нагревая планету.

Цитирование: 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

Ключевые слова: солнечное охлаждение, абсорбционный холодильник, сельское холодохранилище, хладагенты с низким ПГП, возобновляемая энергия