ANÁLISIS de las inmejorables expectativas de la bomba de calor fotovoltaica

Desde que el 26 de septiembre de 2018 entrará en vigor una nueva directiva por la cual se debían reducir las emisiones de NOx en calentadores de gas, calderas y calentadores de agua a valores inferiores de 56 mg/kW/h, el objetivo ha sido conseguir una reducción del 20% de las emisiones de CO2, un aumento del 20% en el uso de energía renovable y un aumento del 20% en la eficiencia energética.

Los objetivos mundiales de descarbonización y de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero hacen plantear el uso cada vez más generalizado de energías renovables. Dentro de éstas, la solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad de origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica.

La energía fotovoltaica no emite contaminación durante su funcionamiento, contribuyendo de forma efectiva a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. No obstante, es cierto que en el ciclo de vida global de los paneles fotovoltaicos sí pueda existir un cierto impacto ambiental, rápidamente amortizable.

La energía fotovoltaica no emite contaminación durante su funcionamiento, contribuyendo de forma efectiva a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero

La producción de electricidad mediante paneles fotovoltaicos depende de la intensidad de la radiación solar, viéndose afectada por la ubicación, la orientación de los paneles, las condiciones meteorológicas adversas (falta de sol, nubes…) o la suciedad depositada. De esta forma, la curva de generación eléctrica presenta una forma característica típica, con una mayor producción en las horas de mayor radiación solar y menor a primeras y últimas horas del día, con oscilaciones que dependerán de los factores anteriormente mencionados.

Por otro lado, la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones, en general, y de las térmicas, en particular, se plantea como otro de los grandes objetivos a nivel mundial. Es aquí donde las unidades chiller y bombas de calor juegan un papel cada día más relevante.

Bombas de calor

En este tipo de equipos se combinan dos factores. Por un lado, el avance de los sistemas Inverter permite aplicar esta tecnología para adecuar, de una forma cada vez más aproximada, la producción a la demanda térmica con unos ajustados consumos energéticos, consiguiéndose unos elevados valores de eficiencia a carga parcial y, por consiguiente, una mejora muy significativa de la eficiencia estacional.

Por otro, la unidad chiller o bomba de calor, en sus diferentes presentaciones (equipos de expansión directa de condensación por aire o por agua y unidades chiller o bomba de calor de condensación por aire o por agua) (aire-aire, aire-agua, agua-aire o agua-agua), se basa en el uso de fuentes de calor de origen renovable como pueden ser la energía aerotérmica o la geotérmica. De todo lo anterior es fácil deducir que el uso combinado de la energía solar fotovoltaica y las unidades chiller y bombas de calor nos ofrece unas inmejorables expectativas.

El uso del compresor Inverter permite la variación de la capacidad por modulación de la velocidad de giro del compresor y el ajuste del consumo eléctrico

La mayor dificultad en la aplicación de estas tecnologías, de forma combinada, se encuentra en la no coincidencia entre las curvas de generación y de demanda. En el mercado existen múltiples propuestas de bombas de calor para climatización, calefacción y/o producción de ACS asociados a sistemas de generación fotovoltaica.

En la mayor parte de estos equipos se propone, básicamente, aprovechar el excedente de generación fotovoltaica en horas de mayor radiación y menor consumo para acumular energía térmica a más alta temperatura (depósitos de acumulación térmica, suelos radiantes) en lugar de la utilización de baterías de acumulación de energía eléctrica ya que éstas representan un elevado coste de inversión y de mantenimiento. Otra estrategia utilizada es la de anticipar el horario de funcionamiento del equipo para con ello crear una cierta inercia térmica en el propio edificio y reducir la demanda pico de arranque de la instalación.

Es frecuente encontrar instalaciones fotovoltaicas aisladas o con limitación en la potencia de conexión a red, bien sea por una acometida eléctrica de sección insuficiente o bien por la no disponibilidad de potencia en los centros de transformación cercanos.

En estos casos, los equipos más habituales que se ofrecen en el mercado no suelen disponer de ningún tipo de gestión de la energía que nos permita adecuar la potencia consumida a la potencia generada en cada momento, viéndose abocados a detener su funcionamiento en momentos de baja generación.

Full Inverter

En este contexto, Keyter ha desarrollado una tecnología de gestión de la energía, aplicada en sus equipos en versión Full Inverter capaz de adecuar el consumo eléctrico y la capacidad de producción térmica en función de la potencia de generación fotovoltaica.

El uso del compresor Inverter permite la variación de la capacidad por modulación de la velocidad de giro del compresor y el ajuste del consumo eléctrico, con eliminación de las altas corrientes de arranque. La válvula de expansión electrónica proporciona una modulación proporcional del refrigerante con una elevada precisión del flujo bajo cargas parciales y amplía el rango de funcionamiento de los equipos.

Por último, el uso de motores electrónicamente conmutados (EC) aplicados a ventiladores axiales, radiales plugfan y bombas de circulación de agua permite la adaptación de los caudales a diferentes condiciones y estrategias de funcionamiento reduciendo la potencia consumida, así como la corriente de arranque de los mismos.

De este modo, el inversor solar envía al control del equipo información sobre la potencia eléctrica instantánea generada por los paneles fotovoltaicos en cada momento. Dicho control recibe e integra mediante un algoritmo PID la información del inversor, compara la potencia generada por la fotovoltaica con la consumida por el equipo y ordena al variador del Inverter a adecuar la capacidad del compresor y ajustar la potencia consumida.

Por último, verifica la adecuación de la potencia fotovoltaica generada y la consumida e informa al inversor solar. En la figura adjunta se puede apreciar cómo la potencia consumida por el equipo se va adaptando a la potencia generada por una instalación fotovoltaica.

Este artículo ha sido elaborado por Javier Sanabria, responsable de Prescripción de Keyter.

Keyter aplica actualmente esta tecnología de gestión de la energía en sus equipos paquete tipo Rooftop Persea Inverter, unidades de ventilación todo aire exterior Versia Inverter (DOAS), paquetes de condensación por aire series Eirene y Astria Inverter, así como en chillers y bombas de calor condensadas por aire series Nesea y Pacífica Inverter.