在热带条件下低GWP可持续制冷的太阳能热与光伏一体化吸收式制冷系统的实验比较分析

为何更清洁的制冷很重要

保持食品新鲜和药品安全日益依赖冰箱和冷库，尤其是在印度等炎热且快速增长的国家。然而，如今大多数制冷系统依赖耗电的压缩机并使用会在大气中滞留热量的气体。本研究探讨了一种不同途径：以太阳能为动力、主要依靠热能而非电力并使用低全球变暖潜能流体的冰箱，这为在不加剧气候变化的情况下扩大制冷覆盖提供了可能。

通向同一冷箱的两条太阳能路径

研究人员关注的是一种称为吸收式蒸汽制冷的技术，它用热驱动的化学回路取代了通常的电动压缩机。不再是强劲的电机压缩制冷剂，而是来自外部的热量驱动一对液-蒸气体系经过蒸发与吸收循环来产生冷量。由于主要输入是低温热，这类系统可以由太阳能或发动机的余热等可再生能源供能，并能够使用比许多传统冰箱更环保的工质。

构建太阳能动力测试系统

为了在实际热带条件下了解如何最佳运行此类系统，团队围绕同一台小型氨水混合物吸收式冰箱构建了两个版本。第一种方案使用平板太阳能热集热器加热水，热水随后通过缠绕在冰箱发生器上的铜换热器，提供驱动制冷循环所需的热量。第二种方案则用一块功率适中的100瓦太阳电池板通过充电控制器给电池充电，电池为同一发生器内的简单电加热器供电。通过保持制冷单元本身一致，实验将问题孤立为：对于这类制冷系统，是以热的形式收集太阳能更好，还是以电的形式更优？

系统在热带日照下的表现

在印度南部的晴空条件下，太阳能热集热器将水加热到近90°C，足以启动并维持吸收循环。这种平板集热器白天平均热效率约为35%。与冰箱耦合后，它在大约四个半小时后将储存舱降至约12°C——对许多水果、蔬菜及农村冷库中的其他易腐品来说足够。太阳能热与冰箱的组合实现了约0.14的性能系数（即制冷量与能量输入之比），按传统标准虽属适中，但主要由免费可得的阳光驱动。

比较太阳能的热能与电能

光伏驱动的版本则用相同的日照来发电。由于太阳能电池板对过往云层和小范围遮阴比热集热器更敏感，其输出在下午波动更大。尽管如此，放大的100瓦电池板和电池在正午强光时段仍将发生器温度大多维持在80至89°C之间。该系统在略短于三小时时间内将舱温降至约9°C，表现略优；其性能系数约为0.12，且在最稳定时期的整体电能转换效率约为9%。

成本、可行性与对农村的影响

当团队将设备成本、可靠性和维护便利性纳入考量时，简单的太阳能热方案更具优势。由平板驱动的装置造价更低、机械结构更简单、对短时遮阴也不那么敏感。但它需要一个良好绝热的热水储罐来在日落后维持制冷。相比之下，光伏方案可以通过电池存储平滑云层和夜间运转，但需要更多电子设备、更高的前期投入以及更专业的维护。两种方法均能在技术上保持对无电村庄保护收获物至关重要的9–12°C范围。

这对未来制冷意味着什么

对非专业读者而言，结论是冰箱不必依赖化石燃料发电厂或损害气候的制冷剂。本研究表明，小型太阳能驱动的吸收式系统可使用适度的硬件和低环境影响的工质，在炎热的农村地区提供有用的冷藏空间。太阳能热集热器在预算紧张且日照充足的地区提供了成本效益高且稳健的选择，而太阳能电池板则在对可靠电力或电池后备有更高需求时提供灵活性。随着系统设计和替代制冷剂混合物的进一步改进，此类太阳驱动的吸收式冷却器有望成为气候友好冷链的基石，帮助农户、诊所和家庭在不使地球变热的情况下保持低温。

引用: 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

关键词: 太阳能制冷, 吸收式制冷, 农村冷藏, 低全球变暖潜能制冷剂, 可再生能源