Batería de calor accionada por energía solar para aplicaciones residenciales

Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos) ha desarrollado un prototipo de sistema de almacenamiento termoquímico impulsado por energía solar que almacena la energía térmica generada por colectores solares térmicos.

Los científicos señalaron que la novedad de su trabajo consistió en utilizar una novedosa metodología basada en la simulación para estudiar el comportamiento del nuevo sistema en una vivienda rehabilitada con bomba de calor aerotérmica y sin suministro de gas.

“La metodología propuesta integra la simulación del comportamiento del edificio y un modelo sustitutivo basado en datos, lo que permite optimizar el diseño del sistema en función de los requisitos y características específicas del edificio”, explicaron. “La reducción de la electricidad importada es un indicador adecuado para evaluar el valor que el sistema puede aportar al propietario de la vivienda”.

La batería de calor (HB) consta de un módulo de almacenamiento basado en carbonato potásico (K2CO3), que es uno de los materiales termoquímicos de almacenamiento más prometedores para aplicaciones en entornos construidos, y un sistema mecánico accionado por electricidad que mantiene potencias de carga o descarga continuas.

En el modo de carga, el acumulador térmico recibe la temperatura de entrada y el caudal másico del fluido de carga en los intercambiadores de calor. Al mismo tiempo, ajusta las potencias del ventilador, la bomba y otros componentes. En el modo de descarga, la batería utiliza un conjunto similar de variables de entrada y salida calculando la temperatura de salida del fluido correspondiente, la potencia de carga real y la potencia eléctrica.

“Una vez finalizado el proceso de carga o descarga, estos componentes se apagarán para poner la batería térmica en modo de espera cuando su pérdida de calor sea insignificante”, explican los científicos.

Supusieron que la batería de calor tenía un volumen de almacenamiento de 320 L o 93 kWh y que los colectores solares tenían una superficie total de 8 m2. También supusieron que la bomba de calor tenía una potencia calorífica nominal de 12 kW y un coeficiente de rendimiento nominal (COP) de 4,0. La casa está situada en Eindhoven y tiene un consumo anual de electricidad de 9 MWh.

Mediante la simulación, el grupo descubrió que la novedosa batería es capaz de “digerir” la energía térmica procedente de los colectores solares térmicos y reducir el consumo anual de electricidad de la vivienda para calefacción entre 0,7 MWh y 1,0 MWh. También se constató que aumentar el volumen de almacenamiento de la batería puede reducir el confort térmico y que su tamaño óptimo debería situarse entre 80 L y 160 L.

“El resultado también sugiere que no merece la pena aumentar el volumen de almacenamiento para conseguir un almacenamiento estacional a la luz del espacio limitado tanto para la batería de calor como para los colectores solares en una vivienda unifamiliar, especialmente si se compara con el beneficio específico de los depósitos de agua con el mismo volumen de almacenamiento”, concluyeron los académicos. “Todos estos resultados sugieren que un HB a pequeña escala podría ser más práctico que uno a gran escala en este tipo de caso de uso de almacenamiento diario debido al uso eficiente tanto de la capacidad de almacenamiento como de las potencias de carga y descarga”.

El sistema se presentó en el estudio “A design optimization method for solar-driven thermochemical storage systems based on building performance simulation” (Un método de optimización del diseño de sistemas de almacenamiento termoquímico accionados por energía solar basado en la simulación del rendimiento de edificios), publicado en la revista Journal of Energy Storage. En el grupo de investigación también participan científicos de la empresa de baterías térmicas Cellcius B.V., con sede en los Países Bajos.