Investigadores de la española Universidad de Zaragoza han propuesto un nuevo diseño de sistemas energéticos basados en paneles fotovoltaicos-térmicos (FVT) integrados con una bomba de calor aire-agua mediante tanques de almacenamiento térmico.
El sistema está pensado para proporcionar calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria (ACS) y electricidad a edificios industriales.
“El circuito de distribución de calefacción/refrigeración de espacios utiliza ventiloconvectores como unidades terminales, lo que permite una temperatura mínima de suministro de 35 ºC en invierno y 7 ºC en verano”, explican al describir el modo de funcionamiento del sistema. “Para aumentar el uso del calor de baja temperatura, el ACS se suministra a 50 ºC en lugar de 60 ºC, realizando tratamientos térmicos periódicos a 60 ºC para evitar la legionelosis según la normativa sanitaria”.
Los científicos probaron el diseño del sistema propuesto durante un periodo de 5 meses en un sistema real desplegado en una instalación industrial propiedad del especialista español en energía fotovoltaica Endef en Zaragoza. La planta piloto híbrida consta de ocho módulos fotovoltaicos con una capacidad combinada de 2,6 kW que cubren una superficie de 13,6 m2, dos depósitos de almacenamiento de agua con una capacidad de 350 l para ACS y 263 l para calefacción y refrigeración, así como una bomba de calor aire-agua reversible Yutaki S6 suministrada por el fabricante japonés Hitachi.
La bomba de calor tiene una capacidad nominal de 16 kW en modo calefacción y de 10,5 kW en modo refrigeración. Su coeficiente de rendimiento nominal (COP) en modo calefacción es de 4,57 y en modo refrigeración de 3,31. El depósito de agua caliente sanitaria utiliza dos intercambiadores de calor internos, uno para el circuito solar y otro para la bomba de calor. El sistema puede proporcionar de 20 ºC a 60 ºC en modo calefacción, de 30 ºC a 60 ºC para la producción de ACS, y de 5 ºC a 22 ºC en modo refrigeración.
El equipo de investigación utilizó sensores de temperatura y caudalímetros para controlar el rendimiento térmico del sistema y un inversor CC/CA para analizar el de la unidad de generación de energía fotovoltaica. “Los datos meteorológicos reales monitorizados en la planta piloto se integran en el modelo. El modelo transitorio se ejecuta con un paso temporal de 5 minutos, y los resultados mostrados en este trabajo se promedian cada hora para suavizar los resultados, ya que de lo contrario las fluctuaciones oscurecen la interpretación gráfica y la comparación de los resultados”, explica además. “También se calculan los resultados energéticos semanales, por integración, para comparar los indicadores de rendimiento semanales”.
Mediante este análisis, los académicos descubrieron que el sistema es potencialmente “autosuficiente en general” para satisfacer la demanda energética del edificio. También comprobaron que la planta piloto muestra una desviación insignificante respecto a la configuración simulada. “Los resultados muestran que el COP de la bomba de calor estimado en el modelo transitorio es similar al obtenido en la planta piloto, con un error medio del -10%”, explicaron además.
El sistema propuesto se presenta en el artículo “Experimental validation of a solar system based on hybrid photovoltaic-thermal collectors and a reversible heat pump for the energy provision in non-residential buildings” (Validación experimental de un sistema solar basado en captadores híbridos fotovoltaico-térmicos y una bomba de calor reversible para el suministro de energía en edificios no residenciales), publicado en Renewable and Sustainable Energy Reviews.
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