An evaluation of solar energy-based refrigeration systems with a case study in Finland

Abstract

Due to climate change, increasing demand is expected for air conditioning and refrigeration purposes. This research aims to evaluate the state of solar energy-based refrigeration systems and evaluates the economic viability of a solar vapor compression refrigerator in Finnish climate conditions. This research combines literature review of solar energy-based refrigeration systems with modelling of two refrigeration cycles and their properties with Coolpack software. Additionally, Global Solar Atlas database is utilized for assessing solar energy production. The results of this research indicate that solar absorption and hybrid vapor compression technologies are capable of providing better performance compared to other reviewed technologies. Furthermore, the modelled refrigeration system yielded an estimated 34% deficiency in paying its expenses back during its estimated lifetime while avoiding nearly 5 kg of CO2 emissions during that time period. The findings of this research highlight the emission saving potential of solar energy-based refrigeration systems while emphasizing additional need for research in developing more environmentally friendly refrigerants and higher efficiency systems for increased system versatilities.

Ilmastonmuutoksen vuoksi ilmastoinnille ja jäähdytykselle ennustetaan tulevaisuudessa suurta kasvua. Tämä tutkielma pyrkii arvioimaan sekä aurinkoenergiaan pohjautuvien jäähdytysjärjestelmien nykyistä tilaa että aurinkoenergialla toimivan höyrykompressio jäähdytysjärjestelmän toimivuutta ja taloudellista kannattavuutta suomen ilmasto-olosuhteissa. Tämä tutkielma yhdistää kirjallisuuskatsauksen saatavilla oleviin aurinkoenergiaan pohjautuviin jäähdytysjärjestelmiin sekä kahden jäähdytyskierron mallintamisen Coolpack-ohjelmistolla että aurinkosähköjärjestelmän tuotannon arvioinnin Global Solar Atlas-tietokannan perusteella. Tämän tutkielman tulokset osoittavat, että aurinkoenergiaan pohjautuvat absorptio- ja höyrykompressiojärjestelmät pystyvät tarjoamaan paremman jäähdytyssuorituskyvyn muihin tutkittuihin järjestelmiin verrattuna. Lisäksi tutkimus osoittaa, että suomen olosuhteisiin mallinnettu jäähdytysjärjestelmä jää noin 34 % päähän maksaakseen itsensä takaisin sille arviodulla elinkaarella. Järjestelmä pystyy kuitenkin kyseisenä ajanjakson aikana välttämään lähes 5 kg hiilidioksidipäästöjä. Tämän tutkielman tulokset korostavat sekä aurinkoenergiaan pohjautuvien jäähdytysjärjestelmien potentiaalia päästöjen vähentämisessä että tarvetta ympäristöystävällisempien jäähdytysaineiden kehittämiseen ja jäähdytysjärjestelmien parempien hyötysuhteiden kehittämiseen monipuolisemman laitteistokannan mahdollistamiseksi.