Refrigerare solară cu adsorbție

LESBAT: Catherine Hildbrand, Olivier Cherbuin, Julien Mayor. Director de proiect: Philippe Dind

Scopul acestui articol este să vă prezinte principiul frigorificului cu adsorbție solară care permite pur și simplu să se răcească cu radiații solare.

Ce este refrigerarea solară?

Laboratorul de energie solară și fizica clădirilor1 (LESBAT) al Haute Ecole d'Ingénieurs et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) din Elveția este activ în domeniul energiilor regenerabile de mai bine de două decenii.

Dezvoltarea frigiderelor cu adsorbție solară a fost unul dintre principalele domenii ale cercetării aplicate în ultimii ani.

Aceste sisteme au fost inițial planificate pentru producerea de frig în zonele neelectrificate din țările din zona Sahel, unde se urmărește refrigerarea pentru conservarea produselor medicale și alimentare.

Pe baza lucrărilor desfășurate de diferite echipe de cercetători în anii 80, în 1999 am produs un prototip demonstrativ, apoi diferite prototipuri de laborator pentru a ajunge la un frigider cu adsorbție solară, a cărui construcție poate fi realizată în serii mici în țări. în dezvoltare.

Am sprijinit evoluțiile noastre printr-un transfer de tehnologie cu Centrul Ecologic Ouagadougou.

În acest articol, vă prezentăm principiul de funcționare a frigiderelor cu adsorbție solară, exemple de dezvoltări constructive, precum și transfer de tehnologie către Burkina Faso.

Finanțarea pentru această dezvoltare experimentală a fost asigurată în principal de FUNDAȚIA GEBERT RÜF (Basel - Elveția).

De ce refrigerarea solară?

Oferiți o soluție alternativă și curată pentru țările în curs de dezvoltare, în vederea stocării de medicamente și produse alimentare.

Aerul condiționat solar este o alternativă la următoarele soluții:

• • refrigerare de absorbție (nu adsorbție) care, de asemenea, se transformă fierbinte în frig, dar care necesită temperaturi mai ridicate, inclusiv arderea,

 

• • refrigerare convențională printr-un circuit de frigider termodinamic, a cărui pompă este alimentată de un generator,

 

• • refrigerare electro-solară care pune o problemă majoră de stocare a energiei electrice (baterii a căror durată de viață este foarte scurtă etc.)

Niciuna dintre aceste 3 soluții nu satisface perfect nevoile țărilor în curs de dezvoltare deoarece consumă hidrocarburi (rare și scumpe în Africa) și resping CO2 sau poluează indirect tehnologiile utilizate (baterii, fluide frigorifice etc.).

Climatizarea solară prin adsorbție utilizând conversia directă a energiei solare termice în frig nu prezintă astfel de dezavantaje.

Cum funcționează refrigerarea solară prin adsorbție?

Adsorbția este fenomenul care apare la stabilirea unui echilibru între un gaz și un solid.

Concentrația moleculelor de gaz este întotdeauna mai mare în apropierea suprafeței solidului decât în ​​faza gazoasă. Astfel, în orice solid, atomii de suprafață sunt supuși unor forțe de atracție necompensate, perpendiculare pe suprafață. Echilibrul acestor forțe este parțial restabilit prin adsorbția moleculelor de gaz.

Este denumit frecvent cuplu atunci când se referă la adsorbție. Perechea este compusă dintr-un adsorbant (solid) și un adsorbat (lichid care acționează ca agent frigorific).

Corpurile utilizate ca adsorbanți sunt în general corpuri care au o suprafață externă foarte mare. Putem citi aluminele activate, cărbuni activi, geluri de silice și zeolit. Alegerea adsorbantului se va face pe baza temperaturii dorite la evaporator și a temperaturii disponibile la sursa fierbinte (colector solar).

Cealaltă parte a cuplului (adsorbatul) trebuie să îndeplinească două condiții esențiale: să aibă o căldură latentă ridicată de evaporare și să fie formată din molecule mici, ușor adsorbabile. Fluidele care au aceste caracteristici sunt în special apă, amoniac, metanol și dioxid de carbon. În plus față de aceste două condiții ″ fizice ″, trebuie luate în considerare natura fluidului, precum și periculozitatea acestuia (inflamabilitate, toxicitate etc.).

Aplicațiile noastre au utilizat succesiv perechile carbon-metanol activ, silicagel-apă și zeolit-apă. Utilizarea acestor cupluri impune un nivel mediu de vid (10-3 mbar) pentru a reduce prezența gazelor necondensabile care pot obstrucționa trecerea vaporilor de adsorbare. Ciclul funcționează intermitent, deoarece frigul este produs doar peste noapte.

Frigiderele proiectate în cadrul dezvoltărilor noastre au patru elemente principale:

• • Senzor-adsorbant: parte care conține adsorbantul care este încălzit de radiația solară, cu efect de
    desorbția adsorbatului.

 

• • Condensatorul: acest element este utilizat pentru condensarea vaporilor de adsorbat desorbiți în senzor-adsorber.

 

• • Camera de refrigerare: acest element este partea utilă a frigiderului, constând din camera izolată și evaporatorul care conține adsorbat sub formă lichidă și solidă.

 

• • Supapa autonomă: organ folosit pentru a separa partea de înaltă presiune de partea de joasă presiune. Acest organ dezvoltat la LESBAT este automat și nu are electronice (model înregistrat).

Ciclul de funcționare

Frigiderul solar funcționează pe un ciclu termic de adsorbție. Ciclul
pot fi defalcate în patru faze distincte, după cum se explică mai jos. De asemenea, prezentăm în acest tabel ciclul reprezentat în diagrama Clausius-Clapeyron (Ln (P) (presiune) în funcție de (-1 / T) (temperatură)).

Avantaje / Dezavantaje ale aerului condiționat prin adsorbție

dezavantaje:

• • Întârzieri de (cel puțin) 12 ore între producția de cald și producția de frig (acest lucru ar putea fi destul de ușor rezolvabil de acumulatorii de tampon)

 

• • Trebuie să aveți o sursă rece (noaptea) pentru a produce ciclul de adsorbție „rece”

 

• • COP semnificativ (aproximativ 1/10) mai mic decât mașinile frigorifice cu compresor (dar este foarte important, având în vedere că sursa solară este aproape nelimitată?)

Avantaje:

• • Nu este necesară nicio altă sursă de energie decât soarele (sau altă sursă de căldură, cum ar fi pierderea de căldură).

 

• • Fără piese mobile (cu excepția obturatorului), întreținerea este, prin urmare, foarte ușoară.

 

• • Posibilitatea de a folosi fluide frigorifice la fel de simple ca apa!

 

• • Echivalent COP sau chiar puțin mai mare decât aerul condiționat electro-solar (panouri fotovoltaice care alimentează un circuit mecanic de refrigerare), cu dezavantaje mai puține (uzura și poluarea bateriilor, întreținere etc.)!

Aspecte economice

În ceea ce privește costul fabricării unui frigider solar de adsorbție construit așa cum este descris în acest articol, este foarte dificil să articulați cifrele.

Costul unui prototip dezvoltat în Elveția sau în Franța nu are nimic de-a face cu prețul de cost al unui frigider construit câteva zeci de exemplare pe an în Burkina Faso cu forța de muncă calificată a țării (obiectiv vizat la început). Acest preț ar scădea cu atât mai mult în cazul producției în serie, până la mii de exemplare pe an, într-o linie automată aici sau în Africa.

Un studiu de piață efectuat în Burkina Faso în 2002 de CEAS-BF a arătat că peste o sută de frigidere solare cu adsorbție de 300 litri ar putea fi vândute pe an și acest lucru timp de trei ani cu ONG-uri, spitale, din hotelurile și cooperativele agricole din Burkinabé, cu condiția ca prețul de vânzare să nu depășească 750 franci CFA (aproximativ 000 €).

Prin urmare, provocarea este dublă: satisfaceți cererea pieței după ce ați început fabricarea într-un ritm artizanal și puteți produce fără a depăși prețul de vânzare menționat mai sus. Condițiile actuale ale pieței și prețul forței de muncă din Burkinabé ne fac să credem că CEASBF este capabil să facă față acestei provocări.

Concluzie

Experimentele efectuate în domeniul refrigerării prin adsorbție solară în cadrul LESBAT au făcut posibilă înțelegerea tuturor dificultăților inerente acestei tehnici.

Pentru ca acest lucru să se răspândească fără a suferi eșecuri care ar putea să-l discrediteze, este esențial să sprijinim transmiterea cunoștințelor către țările în curs de dezvoltare prin crearea sau consolidarea unor competențe eficiente la fața locului, așa cum ne-am străduit să a face ca parte a colaborării noastre cu CEAS-BF.

Evoluțiile constructive ale sistemelor noastre frigorifice solare au vizat simplificarea constructivă, menținând totodată performanța. Acest obiectiv a fost atins. Restul proiectului își propune să dezvolte mici camere reci. Se va pune problema definirii dimensiunii optime a încăperii, luând în considerare limitele tehnologice fixate de sistemul nostru.

Refrigerarea solară prin adsorbție face parte din gama de soluții la problemele de mediu cauzate de consumul excesiv de combustibili fosili.

În plus, ar trebui să permită îmbunătățirea calității vieții pentru un număr mare de oameni, în special în țările din Sahel, oferindu-le acces la depozitarea medicamentelor, a vaccinurilor și a produselor alimentare.

Citește mai mult:
- Site-ul LESBAT
- Descărcați articolul LESBAT în format .pdf
- Principiul general și de funcționare
- Optimizări ale colectorului solar
- Panoul de prezentare a climatizării solare: funcționare
- Panoul de prezentare a climatizării solare: colaborare africană