EN
Una combinación de tecnologías de energía renovable es mayor que la suma de sus partes. Los sistemas fotovoltaicos-térmicos acoplados a sistemas de bomba de calor son una de las soluciones híbridas más prometedoras para el suministro energético sostenible en edificios. A diferencia de las formas convencionales de calor solar o de tecnologías de transmisión de luz solar, las tecnologías FV-T pueden capturar simultáneamente electricidad y calor, y la bomba de calor eleva la energía térmica de baja calidad (calor) hasta una temperatura utilizable. Juntos, forman un dúo potente, probado y validado en instalaciones reales de todo el mundo.
Cómo funciona el sistema híbrido
El colector FVT (fotovoltaico-térmico) es el elemento clave de este sistema y consta de células fotovoltaicas adheridas a un absorbedor térmico en la cara posterior. Las células fotovoltaicas generan electricidad al recibir la radiación solar, mientras que el absorbedor térmico recoge el calor residual de los paneles y lo transfiere a un fluido que circula por el sistema. El diseño dual de este producto resuelve una de las principales limitaciones de los módulos solares fotovoltaicos convencionales: el sobrecalentamiento. En condiciones normales de funcionamiento del sistema de refrigeración FVT, se ha estudiado esta energía y se observa que la eficiencia eléctrica mejora significativamente gracias al uso del sistema de refrigeración FVT.
El calor recuperado se utiliza entonces como fuente de calor de baja temperatura en un ciclo de bomba de calor, lo que reduce la carga sobre el compresor. En muchas configuraciones, la energía térmica generada por los colectores fotovoltaicos térmicos (PVT) representa una fracción significativa del calor aportado al sistema. Por ejemplo, el método de sobrealimentación líquida garantiza una mejor humectación de las paredes y una explotación completa de la superficie disponible para la transferencia de calor; esto permite que el compresor aspire un vapor de mayor densidad y mejora tanto el rendimiento térmico como el eléctrico. Esta combinación eficaz de ambas tecnologías forma un circuito cerrado, ya que el calor residual se aprovecha como recurso.
Indicadores de rendimiento de instalaciones reales
El rendimiento de los híbridos de bomba de calor PVT es impresionante, y datos del mundo real lo confirman. En el invernadero ubicado en el banco de ensayos de condiciones reales de invierno, se estudiaron los sistemas híbridos —campos de colectores solares PVT de 12 kW y una bomba de calor de velocidad variable de 10 kW— en términos de rendimiento térmico y eléctrico. La temperatura interior del invernadero se mantuvo estable en 10 °C, independientemente de que la temperatura exterior descendiera por debajo de -10,5 °C durante todo el invierno; se suministró una cantidad de calor de 11 253 kWh. Al no existir casi demanda de calefacción en el espacio durante la temporada de inactividad, los otros 11 125 kWh se almacenaron y luego se transfirieron a la carga anual de calefacción, lo que dio como resultado un suministro total anual de calor de 22 378 kWh.
En el ámbito eléctrico, el sistema PVT generó 3.839 kWh de electricidad durante el año, cubriendo el 36,72 % de la electricidad total consumida por la bomba de calor y el sistema auxiliar. El coeficiente estacional de rendimiento (CoP) fue de 3,38; la investigación demostró que la integración de colectores PVT con bombas de calor en condiciones frías ofrece ahorros masivos en consumo energético y dependencia de la red eléctrica convencional.
En un edificio comercial, el sistema con un área de colectores PVT de 392 m² mostró un CoP de calefacción entre 5,8 y 6,3 durante una semana típica. El CoP global del sistema alcanzó hasta 11,4, mientras que el CoP anual promedio fue de 5,5. El periodo de recuperación de la inversión fue únicamente de 3,8 años. Otro estudio realizado durante todo el año reveló un CoP promedio de 2,92 en invierno, 3,69 en verano y 3,46 en las estaciones de transición, con un evaporador PVT que presentó una eficiencia térmica promedio del 60,37 % y una eficiencia termoeléctrica total del 70,12 % para los meses promedio. Estos resultados están orientados a aplicaciones prácticas y beneficios económicos.
Aplicaciones y beneficios económicos
Los sistemas híbridos de bomba de calor PVT pueden ser especialmente beneficiosos para instalaciones con una alta demanda térmica anual, como piscinas, lavanderías y invernaderos. Estos sistemas pueden satisfacer la mayor parte, si no la totalidad, de los requisitos de calefacción y, cuando se utilizan como fuente de energía «principal» para la energía solar, pueden cubrir gran parte de las necesidades eléctricas de los electrodomésticos domésticos en instalaciones de este tamaño. En los últimos años, se han introducido bombas de calor geotérmicas asistidas por PVT (PVT-GHP), cuya eficiencia exergética global PVT ha demostrado ser hasta un 20 % superior y cuya temperatura máxima del panel fotovoltaico es un 25,6 % menor.
Los ahorros de costes no se limitan al consumo de energía. En una aplicación comercial, se observó que el sistema redujo la variación anual de la temperatura del almacenamiento de calor en el suelo únicamente en 0,4 °C y presentó un período de amortización de 3,8 años. Al aumentar la separación entre los pozos, el período de amortización se redujo un 18,8 %. La instalación de PVT junto con bombas de calor ha demostrado un ahorro de energía de la red eléctrica de hasta un 70 %, lo que también implica ahorros en emisiones de CO₂ y en los costes del ciclo de vida.
Implicaciones futuras
La transición energética está a punto de comenzar; las normativas sobre eficiencia energética en edificios se aplicarán con mayor rigor que nunca, y los sistemas híbridos PVT-bomba de calor desempeñarán un papel fundamental. Esta tecnología también demuestra que los sistemas de energía renovable pueden diseñarse de tal manera que, al funcionar en combinación, su rendimiento supera ampliamente el de cada componente por separado. Por lo tanto, el sistema híbrido PVT-bomba de calor constituye una solución consolidada, económica y ambientalmente beneficiosa para quienes consideran invertir en sus instalaciones con miras a la sostenibilidad energética.
Fundada en 2009, Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd. trabaja con productos de energía verde. Basándose en su firme calidad y servicios, la empresa suministra todos los módulos solares PVT, bombas de calor, turbinas eólicas y baterías LiFePO₄ para su uso en sistemas híbridos. ¡Contáctenos ahora para conocer cómo nuestras soluciones reducen sus costos operativos y le brindan independencia energética!
