Integración de bombas de calor aerotérmicas con energía fotovoltaica

Según datos de la Estrategia de Descarbonización a Largo Plazo, en el año 2050 el 81% de las demandas del sector residencial y el 91% en el sector servicios estarán electrificadas, esperándose que el 96% de los sistemas de climatización empleados sean renovables a mediados de este siglo. Por lo tanto, la significativa penetración futura en este modelo económico neutro en carbono de las energías renovables in situ, como la energía fotovoltaica y las bombas de calor, hace fundamental no solo su rápida implantación sino el aprovechamiento de las sinergias que puedan darse.

Las bombas de calor accionadas eléctricamente y alimentadas total o parcialmente de energía fotovoltaica cercana y gratuita son capaces de transformar la energía eléctrica consumida en energía térmica, y gracias a sus elevados rendimientos, aprovechar ésta para cubrir los servicios de climatización y producción de agua caliente sanitaria logrando un rendimiento económico global de la instalación mayor al derivado exclusivamente del COP de la bomba de calor eléctrica alimentada de red. Además, gracias a los avances en regulación y conectividad de estos equipos, es posible realizar una gestión eficiente de los excedentes de energía eléctrica, por ejemplo a través del Smart Grid.

Integración de diversas energías renovables in situ.

Bombas de calor Daikin Altherma con hidrokits multienergéticos capaces de integrar distintos tipos de energía solar para aprovechamiento en ACS y calefacción.

Un método alternativo al anterior es acumular la energía fotovoltaica en forma de energía térmica en un depósito de inercia de grandes dimensiones cuyo volumen dependerá de la energía demandada por la vivienda, la potencia de bomba de calor instalada y un estudio detallado de las posibilidades de captación solar. La energía eléctrica sobrante transformada en energía térmica podrá emplearse para satisfacer la demanda energética de la vivienda en los periodos de captación fotovoltaica menor o nula.

Ejemplo de acumulación de energía térmica en invierno.

El equipo impulsará agua a mayor (invierno) o menor (verano) temperatura de la consigna habitual con el objetivo de incrementar el almacenamiento térmico en agua. La variación de la temperatura de agua de impulsión se realiza mediante la tarjeta DCOM-LT-I/O. Por ejemplo, mediante el uso de una señal 1-10 kΩ, en invierno se aumentará la consigna de impulsión conforme aumenta la disponibilidad de energía solar, incrementándose el consumo progresivamente. En paralelo, se usa la tarjeta de limitación de demanda (EKRP1AHT) para establecer el consumo máximo de la unidad Daikin Altherma. Esta tarjeta dispone de hasta 4 entradas digitales configurables para limitar la potencia del equipo, aportando una mayor flexibilidad: la entrada 1 será el límite más restrictivo y la entrada 4 el límite menos restrictivo.

Diferentes opciones de control de la temperatura de consigna y del consumo de la bomba de calor.

Ejemplo de integración domótica a través de Modbus de bomba de calor Altherma 3, energía fotovoltaica y otros servicios de la vivienda.

Por un lado, desde el inversor fotovoltaico será necesario establecer un valor de vertido a red que cierre una salida digital que habilite el protocolo Smart Grid de la bomba de calor, y, por otro lado, para poder modular el funcionamiento de la bomba de calor será necesario un contador eléctrico con salida de pulsos que informará al equipo de cuánta energía se vierte la red en cada instante. Cuando el método de control autoadaptativo se encuentra activo, la máquina basa su filosofía de funcionamiento en acumular el excedente fotovoltaico en forma de energía térmica que será aprovechable tanto en la parte de ACS como en climatización. Además, lo hace de forma inteligente, ya que limita su consumo energético para intentar llegar a un vertido eléctrico cero a red en función de la información suministrada por el contador del pulsos. Es decir, cuanta mayor sea el vertido de energía a red, mayor será la cantidad de pulsos enviada por el contador a la bomba de calor Daikin Altherma, entendiendo ésta que debe incrementar su consumo para transformar el excedente de energía eléctrica fotovoltaica en energía térmica también gratuita y fácilmente acumulable (ACS o climatización). De esta forma, se logran mejores tasas de autoconsumo y se aumenta la tasa de retorno de la inversión inicial.

Para garantizar el confort del usuario final, el equipo trabaja con dos consignas de aire y dos de agua: una primera consigna de confort y una segunda consigna de acumulación de energía. Hasta que la consigna de confort no ha sido satisfecha, el equipo no comienza a modular su consumo. Así, se maximiza el ahorro energético sin penalizar el confort de los usuarios.

Una vez llegado a la temperatura de acumulación de clima, el equipo actuará del mismo modo con la temperatura de ACS: arrancando desde la temperatura ECO hasta la temperatura de acumulación (temperatura confort).

Ejemplo de integración de una bomba de calor Daikin Altherma 3 Monobloc con energía fotovoltaica empleando Smart Grid en modo autoadaptativo.