Un système de pompe à chaleur et de refroidissement alimenté par PV pour applications hors réseau

D’après pv magazine International

Des universitaires de la Cape Peninsula University of Technology, en Afrique du Sud, ont conçu un système intégré de pompe à chaleur et de refroidissement alimenté par PV permettant de réchauffer la nourriture et de réfrigérer les boissons. Les chercheurs ont partagé leurs conclusions dans l’article « A solar powered refrigerator and heat pump for urban street vendors », qui a récemment été publié dans MATEC Web of Conferences.

Ce prototype fonctionne à l’aide d’un système de réfrigération à compression de vapeur et utilise du gaz réfrigérant R134a. Il se compose de deux compartiments distincts, l’un pour chauffer et l’autre pour refroidir, d’une capacité de 50 litres chacun. Le condensateur, qui fonctionne à une température de 50 °C, est installé au fond du compartiment de chauffe. L’évaporateur, placé en haut de l’espace de refroidissement, fonctionne à -2 °C. « Cette disposition se fonde sur le phénomène physique selon lequel l’air chaud monte tandis que l’air froid descend », expliquent les scientifiques.

Les compartiments de chauffe et de refroidissement utilisent le même compresseur. Les chercheurs ont simulé les charges thermiques du système à l’aide du logiciel MATLAB, lequel a calculé une charge de chauffage de 433,5 kJ et une charge de froid de 3 550,7 kJ. Pour répondre à ces charges, ils ont choisi un compresseur de 12 V DC doté d’une capacité allant de 149 W à 186 W. Les universitaires ont ensuite calculé la performance du dispositif grâce au système de modélisation ANSYS, lequel a estimé le coefficient de performance (COP) à 3,32 pour le refroidissement et à 4.32 pour le chauffage.

Ils ont construit un prototype de leur système double avec deux petits réfrigérateurs domestiques servant de compartiment de refroidissement et de chauffe, et l’ont testé à Bellville, au Cap. Le système fonctionne avec deux panneaux PV en silicium monocristallin de 90 W fournis par un fabricant dont le nom n’a pas été communiqué, et mesurant 1 200 mm x 544 mm x 25 mm. Il comporte également une batterie de 12 V DC et un contrôleur de charge de 10 A.

L’équipe a testé le système entre décembre 2020 et janvier 2021, un période qui correspond à l’été en Afrique du Sud. Ses résultats montrent que la pompe à chaleur a fait grimper le compartiment de chauffe à une température maximum de 55 °C pendant les heures les plus ensoleillées, soit entre midi et 14h (fuseau horaire de l’Afrique du Sud).

Les scientifiques ont également comparé les performances des modules solaires avec une inclinaison de zéro degré et de 30 degrés pour une orientation au nord. Selon eux, « le panneau PV incliné à 30 degrés a reçu une irradiation plus forte, permettant aux deux systèmes d’atteindre leurs températures nominales juste avant midi ; il s’est donc révélé le mieux adapté pour les performances du système dans son ensemble ».

Traduction assurée par Christelle Taureau.