Bomba de calor fotovoltaica

El incremento del uso de energías renovables debe ir acompañado de equipos más eficientes, con altos rendimientos que realmente aprovechen esta fuente energética. La bomba de calor fotovoltaica (BdCF) de Keyter se ha posicionado como una gran alternativa dado que dispone de la tecnología adecuada para ello por ser sostenible. respetuosa, eficiente y renovable.

Las energías renovables - eólica, solar, hidráulica, geotérmica…- son nuestras alternativas reales al problema que representan hoy en día los combustibles fósiles. Las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la producción y del consumo de energía deben ser reducidas junto con las emisiones asociadas y nuestra dependencia de los combustibles fósiles erradicada, con los consiguientes beneficios medioambientales que ello nos aportaría.

El incremento del uso de energías renovables debe ir acompañado de equipos más eficientes, equipos con altos rendimientos que realmente aprovechen esta fuente energética. La bomba de calor fotovoltaica (BdCF) de Keyter se ha posicionado como una gran alternativa dado que dispone de la tecnología adecuada para ello por ser:

1. Sostenible: Se vale de las energías renovables.
2. Respetuosa: Reduce drásticamente las emisiones de CO₂.
3. Eficiente: Sus rendimientos son muy superiores a cualquier otra tecnología.
4. Renovable: Aprovecha la energía del ambiente.

Desde Keyter se ha diseñado un equipo que no solo cumple con las expectativas, sino que es triplemente renovable:

1. Se sirve de la energía del sol. Fuente inagotable y disponible en cualquier punto del mundo.
2. Aprovecha la energía almacenada en el aire que nos rodea.
3. Multiplica ambas energías como energías de uso, rendimientos muy superiores al 100%, para nuestro propósito gracias al diseño de los equipos.

Esta combinación convierte a la BdCF de Keyter en una de las mejores soluciones para cubrir la demanda de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria de forma limpia.

El proyecto de investigación y desarrollo ha sido llevado a cabo por Miguel Galisteo, responsable de I+D+i de Keyter en colaboración con la Universidad de Córdoba, quienes han realizado la posterior monitorización y análisis del equipo.

El diseño y optimización de esta BdCF se planteó de forma que pudiera servir como equipo de climatización y como equipo de ventilación. Este aspecto es críticamente importante ya que el equipo es capaz de ejecutar las dos acciones, climatización y ventilación, tan necesaria en nuestros días, por lo que se basaron en el concepto de equipo 100% aire exterior que ya Keyter tenía desarrollado en su gama de producto. Solución altamente demandada para la correcta ventilación de espacios como aulas de enseñanza, oficinas, gabinetes médicos, sector terciario…una infinidad de aplicaciones.

Para completar la ecuación el equipo sería capaz de recuperar el 100% de la potencia de climatización en la unidad exterior, con lo que su rendimiento (EER y COP) se elevaba muchísimo y lo hacía altamente eficiente.

Realizar este equipo BdCF ha requerido varias tecnologías usadas de forma simultánea en la misma unidad:

Gestión Energética: La potencia procedente del campo de captación se puede enviar a la BdCF, cuando exista necesidad de climatización y/o ventilación, o puede ser redirigida a la red en caso contrario. De esta forma no se desperdicia la generación fotovoltaica en ningún momento.

El sistema se concibió para que, en caso de disponer de más instalaciones asociadas al campo solar, se pueda decidir cuál de las instalaciones es prioritaria en cada momento. Por ejemplo, en caso de disponer de un sistema de alumbrado conectado al mismo campo solar, la potencia se puede dirigir a éste hasta que exista suficiente para soportar ambas instalaciones al mismo tiempo, alumbrado y BdCF, o a la inversa.

El sistema se completa con medidores de generación eléctrica y de consumo de los equipos, estos datos se implementan para conocer la eficiencia del equipo en cada momento.

Equipo BdCF de Keyter climatizando una instalación industrial.

Equipo Inverter: La radiación incidente es variable en el tiempo, por lo que no disponemos siempre de la potencia necesaria para que la BdCF trabaje al 100%. Si el equipo no fuera Inverter debería de parar haciendo que su trabajo a lo largo del tiempo fuera intermitente.

La tecnología Inverter nos proporciona herramientas para trabajar en potencia variables, de forma que se adapta a estas condiciones, sacando un mayor rendimiento a la radiación solar en todo momento, sin tener que parar el equipo.

Si las condiciones exteriores son adecuadas para realizar una climatización correcta, se habilita la función de Free-Cooling. En este modo se inyecta aire del exterior con los compresores parados, de forma que el excedente de producción de energía del campo de captación puede ser inyectado a la red eléctrica, revirtiéndonos cuando las condiciones de radiación no sean las adecuadas y el equipo necesite servirse de ella.

Válvula de Expansión Electrónica (VEE): Tecnología usada ya hace tiempo en equipos de climatización pero que en este caso es fundamental para controlar los regímenes variables de funcionamiento del compresor en función de la radiación incidente en campo solar.

El funcionamiento del compresor es variable, luego el caudal de refrigerante en el circuito también lo es y el modo de trabajar la evaporadora muy oscilante. La apertura de la VEE se encuentra siempre en una horquilla de trabajo que debe gestionar mediante algoritmo.

Ventiladores EC: Si todo en el equipo es fluctuante, los ventiladores también lo deben ser, de forma que se acomoden a la potencia variable del equipo, teniendo en cuenta las necesidades de la instalación de conductos interior.

Sonda de Calidad de Aire Interior (IAQ): Los parámetros son monitorizados mediante sonda de calidad de aire interior, de forma que se pueden comprobar las evoluciones de las concentraciones de los diferentes contaminantes e incluso modular la tasa de ventilación si las condiciones interiores son óptimas:

1. Sensores integrados:

VOC (compuestos orgánicos volátiles)

Tipo sensor: Semiconductor con detección de mezcla de gases.

Rango de medida: 0,00 ppm a 30.00 ppm.

2. PM2.5, PM10 (partículas, polución):

Tipo sensor: Laser-based light scattering particle sensing.

Rango de medida: 0 μg/m³ a 1000 μg/m³.

3. CO₂ (dióxido de carbono):

Tipo sensor: NDIR (Non-Dispersive Infrared detector). Sensor dual.

Rango de medida: 0 ppm a 2.000 ppm.

4. Temperatura:

Tipo sensor: NTC.

Rango de medida: 0,0 °C a 50,0 °C.

5. Humedad relativa:

Tipo sensor: Capacitivo con circuito electrónico integrado.

Rango de medida: 0% a 100%.

La implementación de todos estos componentes fue una labor del departamento de Diseño de Keyter, donde se seleccionaron los elementos para obtener la mayor eficiencia del equipo sometido a condiciones tan comprometidas.

Cada una de las anteriores tecnologías deben ser gestionadas independientemente y en conjunto, de forma que el equipo sea eficiente y aproveche al máximo la potencia disponible. De esta forma, Keyter ha desarrollado un software propio para que el algoritmo de gestión sea óptimo.

En la siguiente gráfica se muestra el consumo del equipo (rojo) frente a la potencia fotovoltaica disponible (azul). Se observa que el seguimiento de las dos tendencias es muy íntimo gracias a la lógica que lo hace posible.

De hecho, se alcanzan puntos donde la radiación incidente supera las necesidades del equipo, potencia que es entregada a la red y que revierte en nuestra cuenta de forma que compense el uso del equipo en días con radiaciones bajas.

Todos estos datos pueden ser seguidos en remoto por el software Kiconex, sistema de monitorización, supervisión y control de instalaciones de climatización basado en el almacenamiento de datos en la nube. Con el que se pueden ver en tiempo real las gráficas de cada una de las variables. Esta herramienta es altamente útil para el análisis de las fluctuaciones que afectan al equipo y cómo reacciona ante ellas.

El desarrollo de la Bomba de Calor Fotovoltaica de Keyter ha sido un éxito fruto del trabajo del departamento de Diseño de Keyter donde Jose Vargas, responsable del área de Control y Aurelio Serrano, en colaboración con Jesús Lara del Servicio de Asistencia Técnica, han logrado la configuración de la unidad maximizando su eficiencia y su optimización.

El futuro es inmediato. En Keyter ya contamos con experiencia en equipos aire-agua para climatización por fan-colis y recuperación en ACS. El concepto UTA solar es completamente factible y la evolución constante de nuevos refrigerantes con mayores rendimientos un hecho diario. Todo un potencial por explorar y que cambiará el concepto de la climatización, ventilación y la generación de ACS.