Investigadores de la Universidad Nacional de Pusan (Corea del Sur) han diseñado un sistema integrado basado en una unidad fotovoltaica-térmica (PVT, por sus siglas en inglés) y una bomba de calor de fuente de aire (ASHP) para su implantación en edificios de consumo energético cero (ZEB) con espacio limitado.
En estos edificios, la suma total del consumo anual de energía es aproximadamente igual a la suma total de la energía renovable producida in situ. “Nuestro sistema se ha diseñado para satisfacer toda la demanda de calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria y electricidad de un ZEB”, declaró a pv magazine el autor correspondiente de la investigación, Sangmu Bae.
Los científicos explicaron que la configuración del sistema propuesto ofrece más ventajas en comparación con las bombas de calor geotérmicas PVT integradas (GSHP), que hasta ahora han tenido un éxito limitado en aplicaciones reales en zonas urbanas debido al complejo proceso de instalación y a los elevados costos iniciales.
El sistema consta de un módulo PVT, una ASHP, un tanque de almacenamiento de calor con un volumen de 0,3 m3, una unidad de fan coil (FCU), tres bombas de circulación y válvulas de tres vías.
El panel PVT de 1,012 m × 1,972 m se basa en tuberías principales y capilares de 0,015 m y 0,008 m de diámetro, respectivamente, que, según los académicos, son fáciles de fabricar y soldar. “Los tubos se sujetaron y fijaron completamente a través de la plantilla y la placa de aluminio, y la ranura de la placa tenía espacios disponibles teniendo en cuenta la expansión del tubo”, explicaron.
Esquema del sistema PVT-ASHP
Imagen: Universidad Nacional de Pusan
El módulo alcanza eficiencias térmica y eléctrica del 59,7% y el 16,1%, así como capacidades de calefacción y refrigeración iguales a 7,55 kW y 11,36 kW, respectivamente.
El grupo coreano evaluó el rendimiento en calefacción y refrigeración del sistema PVT-ASHP en un edificio de oficinas a pequeña escala situado en Busan y lo comparó con el de un PVT-GSHP. “La maqueta incluía una sala de control”, explica el estudio. “Las superficies de climatización de la oficina y las salas de monitorización eran iguales a 85,8 m2 y 22,1 m2, respectivamente”.
Durante el periodo de pruebas, el sistema alcanzó una eficiencia térmica del 18,1% y una producción de 37 kWh. También alcanzó una eficiencia eléctrica del 11,4% en un día de invierno y del 10,2% en un día de verano. La producción eléctrica fue de 8,84 kWh y 12,9 kWh, respectivamente.
“La eficiencia eléctrica fue inferior a la de un día representativo de invierno”, explican los científicos. “Sin embargo, el módulo PVT pudo generar más energía eléctrica debido a la mayor radiación solar total y a las mayores horas de luz solar”.
La bomba de calor también alcanzó un coeficiente de rendimiento (COP) medio de calefacción y refrigeración de 3,54 y 3,31, respectivamente. El módulo PVT fue capaz de mejorar el rendimiento de la bomba de calor hasta en un 52% en comparación con un sistema ASHP sin energía PVT.
El módulo PVT pudo compensar aproximadamente el 18% y el 27% del consumo total de energía del sistema PVT-ASHP durante las estaciones de invierno y verano, respectivamente”.
invierno y verano, respectivamente”, afirman los científicos, que añaden que el sistema propuesto es también un 44% más barato que un sistema PVT-GSHP.
Presentaron el sistema en el estudio “Experimental analysis of an integrated system using photovoltaic-thermal and air source heat pump for real applications” (Análisis experimental de un sistema integrado fotovoltaico-térmico y bomba de calor aerotérmica para aplicaciones reales), publicado en Renewable Energy.
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