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Systèmes frigorifiques solaires à éjecteur : avantages et derniers développements

Deux articles de la RIF présentent les dernières avancées sur cette technologie et plus particulièrement les avantages en termes de performance des éjecteurs à géométrie variable et des frigorigènes à faible GWP.

Comme le rappellent les auteurs tchèques et portugais d'un récent article de la Revue Internationale du Froid (1), le froid à éjecteur est une technologie qui présente de nombreux avantages. En plus de sa conception très simple et de sa maintenance quasi nulle, son avantage le plus décisif est la possibilité d'utiliser de l'énergie thermique de faible qualité au lieu d'électricité pour entraîner le système frigorifique, comme dans la technologie conventionnelle à compression de vapeur. Les auteurs mentionnent que les systèmes utilisant cette technologie peuvent économiser jusqu'à 80 % d'énergie électrique par rapport au froid à compression de vapeur traditionnel.

 

Le refroidissement à éjecteur n'est pas la seule option avec entrainement par la chaleur ; il existe d'autres technologies sur le marché, comme le système à absorption et à adsorption, qui sont moins adaptées aux systèmes de faible puissance, avec une complexité accrue et un coût plus élevé. Le froid à compression de vapeur couplée à une source PV n'est compétitif que lorsqu'il n'y a pas besoin de stockage d'électricité et uniquement en raison de la récente disponibilité de panneaux photovoltaïques à très bas prix sur le marché.

 

L'un des facteurs essentiels qui influent sur les performances d’un système frigorifique à éjecteur est la géométrie de l'éjecteur (1). Les auteurs ont testé l'influence d'une conception d'éjecteur à géométrie variable (EGV) sur les performances d'un système de conditionnement d’air à éjecteur solaire thermique à petite échelle d'une puissance de 1,5 kW utilisant le R600a comme frigorigène dans des conditions de fonctionnement réelles.

 

Étant donné que dans des conditions de fonctionnement variables (par exemple, rayonnement solaire, température ambiante), l'éjecteur à géométrie fixe a des performances médiocres, l'objectif de leur étude était de prouver les avantages du concept EGV. Dans l’EGV testé, le rapport de surface à travers une broche mobile (SP) et la position de sortie de la buse (NXP) peuvent être ajustés afin de répondre aux conditions de fonctionnement. Les résultats ont montré un fonctionnement très stable du cycle de refroidissement pendant les expériences. Le NXP et le SP ont tous deux eu une influence considérable sur les performances du cycle de refroidissement. Des NXP et SP optimaux ont été identifiés. Cependant, le point optimal dépendait fortement des conditions de fonctionnement.

 

Les résultats mettent clairement en évidence l'avantage d'utiliser la conception VGE par rapport à la géométrie fixe. L'amélioration du COP était de 24 % avec un maximum de 0,29 correspondant à une puissance de refroidissement de 1,6 kW par rapport à un éjecteur à géométrie fixe. L'étude a également confirmé l'importance d'utiliser une pompe à vitesse variable dans le cycle à éjecteur.

 

Un autre facteur ayant une incidence sur les performances des systèmes à éjecteur est le choix du frigorigène. Dans un autre article très récent de la RIF (2), des chercheurs chinois ont analysé théoriquement les performances d'un système frigorifique solaire à éjecteur avec des fluides actifs à faible GWP. L'étude est basée sur les données de rayonnement solaire en été à Beijing et Guangzhou.

 

Le système hybride était composé d'un système frigorifique à éjecteur dans l’étage supérieur et d'un système à compression de vapeur dans l’étage inférieur. Il a été constaté que le HFO-1234ze (Z) présentait le COP le plus élevé, devant le HCFO-1233zd (E) et le HC-600. Ces trois frigorigènes ont montré un COP plus élevé que celui du HFC-245fa utilisé comme référence.

 

(1) Van Nguyen V., Varga S., Soares J., Dvorak V., Oliveira A. C., Applying a variable geometry ejector in a solar ejector refrigeration system, International Journal of Refrigeration, May 2020. Available in FRIDOC, free of charges for members.

(2) Xuehui W., Yuying Y., Bo L., Xinyue H., Neng G., Prospect of solar-driven ejector-compression hybrid refrigeration system with low GWP refrigerants. September 2020. Available in FRIDOC, free of charges for members.