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Planificación de sistemas HVAC renovables
Las bombas de calor centrales compatibles con energía solar combinan calefacción y refrigeración eléctricas de alta eficiencia con generación de energía fotovoltaica. Un sistema correctamente diseñado puede utilizar la producción solar diurna para reducir el consumo de electricidad de la red y al mismo tiempo mantener temperaturas interiores cómodas durante las diferentes estaciones.
A bomba de calor solar Normalmente se trata de una bomba de calor accionada eléctricamente y conectada a un sistema fotovoltaico. Los paneles solares generan electricidad, mientras que la bomba de calor transfiere calor entre el ambiente interior y exterior. El término no suele significar que la luz solar caliente directamente el refrigerante dentro del equipo.
Las bombas de calor solares pueden proporcionar calefacción y refrigeración de espacios y, en algunas configuraciones de sistemas, agua caliente sanitaria. Son adecuados para edificios residenciales, oficinas, hoteles, escuelas, talleres, instalaciones agrícolas y otras propiedades donde las cargas de calefacción y refrigeración representan un gran porcentaje del consumo eléctrico anual.
Las bombas de calor centrales compatibles con energía solar están diseñadas para funcionar con conductos de todo el edificio, unidades fan coil, sistemas hidrónicos, calefacción por suelo radiante u otros sistemas centralizados de distribución de temperatura. La bomba de calor puede utilizar electricidad solar durante el día y obtener electricidad adicional de la red o de la batería cuando la generación solar sea insuficiente.
Una bomba de calor utiliza un ciclo de refrigeración para absorber calor de un área y liberarlo a otra. En el modo calefacción, una bomba de calor aerotérmica extrae el calor disponible del aire exterior y lo transfiere al interior. En el modo de refrigeración, el ciclo se invierte y traslada el calor interior al exterior.
Los sistemas de fuente terrestre intercambian calor con el suelo a través de circuitos de tuberías enterradas. Los sistemas de fuente de agua utilizan una fuente de agua adecuada como medio de intercambio de calor. Cada tipo se puede combinar con un sistema fotovoltaico cuando sus requisitos eléctricos coincidan con los paneles solares, inversores, dispositivos de protección y controles de gestión de energía disponibles.
Los módulos fotovoltaicos producen electricidad CC según la radiación solar, la temperatura del panel, la orientación, el ángulo de inclinación, el sombreado y el estado del módulo.
Un inversor solar convierte la electricidad CC generada en electricidad CA compatible con la bomba de calor y el sistema eléctrico del edificio.
El compresor, el circuito frigorífico, el evaporador y el condensador mueven la energía térmica entre el edificio y la fuente de calor externa seleccionada.
La energía solar se utiliza cuando está disponible. La electricidad de la red o el almacenamiento en baterías satisfacen la demanda restante durante condiciones de poca luz solar, funcionamiento nocturno o carga máxima de calefacción.
La respuesta a "¿pueden los paneles solares alimentar una bomba de calor?" es sí. Un sistema fotovoltaico puede proporcionar parte o toda la electricidad requerida por una bomba de calor. El porcentaje real suministrado por energía solar depende de la carga de calefacción o refrigeración, el clima local, la eficiencia del equipo, la capacidad del panel, la luz solar disponible y el horario de funcionamiento.
Los usuarios también preguntan: "¿pueden los paneles solares hacer funcionar una bomba de calor?" Los paneles solares pueden hacer funcionar una bomba de calor directamente durante el día cuando el panel solar produce suficiente energía. Un sistema conectado a la red puede extraer automáticamente electricidad adicional cuando la producción solar cae por debajo de la demanda. Un sistema fuera de la red requiere suficiente capacidad de batería y salida del inversor para mantener el funcionamiento cuando no hay luz solar disponible.
La pregunta "¿se puede alimentar una bomba de calor con paneles solares?" debe evaluarse tanto a través de la potencia como de la energía. La potencia instantánea determina si el sistema puede funcionar en un momento específico. Los cálculos de energía diarios y estacionales determinan si el panel solar puede producir suficiente electricidad durante el período requerido.
| Configuración del sistema | Contribución Solar | Requisito de batería | Característica de funcionamiento |
|---|---|---|---|
| Bomba de calor conectada a la red | Contribución diurna parcial o alta | No requerido | La red cubre automáticamente el déficit solar |
| Sistema híbrido de bomba de calor | La energía solar es la fuente preferida | Opcional | La energía solar, la batería y la red pueden trabajar juntas |
| Sistema de bomba de calor fuera de la red | La energía solar proporciona toda la electricidad generada | Requerido | Requiere un dimensionamiento cuidadoso en invierno y noche. |
| Sistema diurno asistido por energía solar | Centrados en la reducción de carga diurna | Generalmente no es necesario | Adecuado para refrigeración diurna o calefacción programada |
La cantidad de paneles solares depende de la entrada eléctrica de la bomba de calor, el tiempo de funcionamiento diario, la carga estacional, la potencia del panel, las horas pico de luz solar, la eficiencia del sistema y si la bomba de calor debe funcionar después del atardecer. La demanda de calefacción puede ser mayor durante el invierno, cuando la producción solar diaria puede ser menor que la producción de verano.
Matriz solar calculada
20kWh ÷ 5h ÷ 0,80 = 5kWSe podría formar un conjunto teórico de 5 kW con aproximadamente once paneles solares de 455 W. Un diseño práctico puede utilizar de doce a catorce paneles para compensar la temperatura del módulo, la pérdida del inversor, el polvo, la sombra parcial, los cambios climáticos y la reducción estacional de la producción solar.
| Entrada promedio de la bomba de calor | Tiempo de ejecución diario | Demanda diaria de electricidad | Matriz solar de referencia | Cantidad aproximada de paneles de 455 W |
|---|---|---|---|---|
| 1,5kW | 6 horas | 9kWh | 2,3 kW–3,0 kW | 6-7 paneles |
| 2,5kW | 8 horas | 20kWh | 5,0 kW–6,5 kW | 11 a 15 paneles |
| 4,0kW | 8 horas | 32kWh | 8,0 kW–10,5 kW | 18-24 paneles |
| 6,0kW | 10 horas | 60kWh | 15,0 kW–20,0 kW | 33–44 paneles |
Una bomba de calor puede consumir más electricidad durante el clima frío porque la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior es mayor. La producción solar también puede disminuir debido a horas de luz más cortas, ángulo bajo del sol, capa de nieve, nubes o mal tiempo. Los datos solares promedio anuales no deben usarse solos para el diseño crítico de calefacción en invierno.
Puede valer la pena combinar una bomba de calor con energía solar cuando el edificio tiene una demanda anual sustancial de calefacción o refrigeración. Las bombas de calor funcionan eléctricamente, lo que permite que la electricidad fotovoltaica compense parte de su coste operativo. Un edificio bien aislado con equipos del tamaño correcto suele proporcionar mejores resultados que un edificio mal aislado con un sistema de tamaño demasiado grande o insuficiente.
Los edificios que requieren tanto calefacción en invierno como refrigeración en verano pueden utilizar la bomba de calor y el sistema solar durante más meses del año.
La calefacción, la refrigeración, el agua caliente o el funcionamiento comercial durante el día pueden consumir electricidad solar mientras se genera.
La reducción de la pérdida de calor permite que la bomba de calor mantenga la temperatura con una menor potencia del compresor y ciclos de funcionamiento más cortos.
La calefacción por suelo radiante y los sistemas fancoil diseñados adecuadamente pueden reducir la temperatura del agua requerida y mejorar la eficiencia de la bomba de calor.
Una temperatura exterior muy baja puede aumentar el consumo de electricidad y puede requerir equipos más grandes, calefacción de respaldo o una fuente de calor diferente.
La forma del tejado, la capacidad estructural, las sombras, los caminos de acceso y las normativas locales pueden restringir la capacidad fotovoltaica utilizable.
El funcionamiento nocturno depende de la energía de la red o del almacenamiento de baterías porque los paneles solares no generan electricidad después del atardecer.
Algunos radiadores tradicionales requieren temperaturas del agua que reducen la eficiencia de la bomba de calor a menos que se mejoren los emisores o la envolvente del edificio.
Las bombas de calor centrales compatibles con energía solar deben seleccionarse de acuerdo con la carga del edificio, la temperatura de diseño local, el método de distribución de calefacción, el suministro eléctrico disponible, la potencia del inversor solar y la estrategia de control. La bomba de calor no requiere de un tipo especial de luz solar, pero debe funcionar de forma segura y eficiente con el sistema eléctrico.
La capacidad de calefacción debe coincidir con la pérdida de calor calculada del edificio a la temperatura de diseño local. Seleccionar equipos sólo por área de piso puede producir resultados inexactos.
La selección de refrigeración debe tener en cuenta la ganancia de calor solar, las ventanas, el aislamiento, los ocupantes, la iluminación, el equipo, la ventilación y la temperatura local del verano.
Las bombas de calor de velocidad variable pueden ajustar la salida del compresor y pueden seguir la generación solar disponible más suavemente que los equipos de salida fija.
COP describe la eficiencia operativa en condiciones definidas. SCOP proporciona una vista estacional y es útil para comparar el rendimiento de la calefacción en un rango de temperatura más amplio.
Confirme si la unidad utiliza electricidad monofásica o trifásica y si el inversor solar y el suministro del edificio pueden soportar el voltaje y la corriente requeridos.
Verifique la capacidad nominal, la potencia de entrada, el rendimiento de descongelación y la temperatura del agua de salida a la temperatura exterior más baja esperada.
Los controles de gestión de energía pueden coordinar la generación solar, la carga de la batería, el almacenamiento térmico, la energía de la red, la temperatura ambiente y el tiempo de uso.
Transfiere calor entre el aire exterior y el aire interior. Por lo general, se conecta a unidades interiores con o sin conductos y puede proporcionar tanto calefacción como refrigeración.
Adecuado para:Hogares, oficinas, tiendas y edificios que requieren calefacción y refrigeración de aire directo.
Transfiere energía del aire exterior a un circuito de agua para calefacción por suelo radiante, fancoils, radiadores de baja temperatura o agua caliente sanitaria.
Adecuado para:Sistemas centrales hidrónicos de calefacción, refrigeración y agua caliente integrada.
Utiliza bucles enterrados para intercambiar calor con el suelo. La temperatura del suelo es más estable que la temperatura del aire exterior, pero la instalación requiere un terreno, perforación o excavación adecuados.
Adecuado para:Proyectos de largo plazo con superficie de suelo disponible y carga anual importante.
Intercambia calor con una fuente de agua adecuada. Se deben considerar la calidad del agua, el caudal, las condiciones ambientales, la filtración y la aprobación local.
Adecuado para:Proyectos con fuente de agua confiable y técnicamente adecuada.
Determine la pérdida de calor, la carga de refrigeración, el rendimiento del aislamiento, las fugas de aire, el área de las ventanas, la ocupación, la demanda de ventilación y las temperaturas interiores requeridas.
Revise los datos mensuales de luz solar, orientación del techo, ángulo del panel, sombreado, capacidad estructural, espacio de acceso, carga de nieve, carga de viento y distancia del cable.
Confirme el voltaje de servicio, la fase, la capacidad del disyuntor, la salida del inversor, el tamaño del cable, la protección contra sobretensiones, el aislamiento, la conexión a tierra y las reglas eléctricas locales.
Verifique las dimensiones del conducto, el flujo de aire, el flujo de agua, el diámetro de la tubería, el cabezal de la bomba, la capacidad del radiador, la selección del fan coil y la temperatura del agua requerida.
Decida si se requiere soporte de red, almacenamiento de batería, almacenamiento térmico o calefacción auxiliar durante la noche, mal tiempo, ciclos de descongelación o frío extremo.
Defina la prioridad solar, la reserva de la batería, el horario de agua caliente, la temperatura ambiente, las restricciones de carga de la red, la compensación climática y la configuración de respuesta a la demanda.
Sí. El término suele referirse a una bomba de calor alimentada parcial o totalmente por electricidad generada a partir de paneles fotovoltaicos. Puede ser conectado a la red, híbrido o fuera de la red.
Los paneles solares no pueden producir electricidad por la noche. El funcionamiento nocturno requiere electricidad de la red, una batería de tamaño suficiente u otra fuente de energía de respaldo.
Se puede programar para períodos de fuerte producción solar, pero los edificios que requieren un control continuo de la temperatura normalmente necesitan soporte de red, baterías o almacenamiento térmico.
El equipo debe mover el calor a través de una diferencia de temperatura mayor. Los sistemas de fuente de aire también pueden requerir ciclos de descongelación, lo que puede aumentar temporalmente el uso de electricidad.
Podrá soportar parte o la totalidad de la demanda cuando el panel solar, inversor, servicio eléctrico, cableado, equipos de protección y capacidad de generación disponible sean suficientes.
No necesariamente. La demanda de calefacción puede ocurrir por la noche o durante los períodos invernales de poca luz solar. La capacidad del panel, el almacenamiento de la batería, la producción estacional y la pérdida de calor del edificio deben evaluarse en conjunto.
Muchos sistemas de bombas de calor aire-agua y geotérmicos pueden producir agua caliente sanitaria. En la selección del sistema se deben incluir la temperatura requerida del tanque, el volumen de almacenamiento, el ciclo de higiene y la calefacción de respaldo.
La selección de un sistema confiable requiere más que el área de piso del edificio o una cantidad general de paneles. La demanda de calefacción, la demanda de refrigeración, el clima local, la temperatura del agua, el suministro eléctrico, el calendario de funcionamiento, la generación solar y los requisitos de respaldo deben revisarse como un sistema completo.
Capacidad de calefacción y refrigeración
Potencia de entrada nominal y máxima
Rango de temperatura de funcionamiento
Temperatura requerida del agua de salida
Suministro monofásico o trifásico
Requisitos de descongelación y calefacción auxiliar
Potencia nominal del panel solar
Área de techo o suelo disponible
Horas pico de luz solar mensuales
Modelo y potencia del inversor solar.
Capacidad de la batería y energía utilizable.
Disponibilidad de red y tensión local.
Ubicación y condiciones climáticas.
Superficie del edificio y aislamiento.
Temperatura interior requerida
Horas de funcionamiento de calefacción y refrigeración
Conductos, radiadores o calefacción por suelo existentes
Necesidad de agua caliente sanitaria
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