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Alternativas de ahorro energético

Funcionamiento de un equipo de aire acondicionado híbrido con conexión simultánea a red y a paneles fotovoltaicos

Pedro Vicente Quiles y F.C. Aguilar (Dpto. de Ingeniería Mecánica y Energía, Universidad Miguel Hernández) y S. Aledo (Prointer, S.L.)21/03/2013
La climatización de los edificios, tanto en frío como en calor, se ha convertido en una práctica muy habitual en muchas zonas climáticas de Europa. Tanto es así que, en determinadas zonas y para determinadas aplicaciones, el consumo energético derivado del uso de equipos de aire acondicionado puede llegar a representar la mitad del consumo total de los edificios. La utilización de sistemas de climatización que aprovechen de una u otra manera la radiación solar como principal fuente de energía es interesante en aplicaciones donde la demanda térmica de los edificios tiene una relación muy directa con las horas de radiación solar. Las tecnologías más extendidas son las que utilizan la energía térmica solar para la climatización, empleando máquinas de absorción o de adsorción. En este trabajo se analiza la posibilidad de emplear paneles solares fotovoltaicos para la producción de la energía eléctrica que accione el compresor de una unidad de aire acondicionado.

A continuación se presentan los primeros resultados de un proyecto de investigación centrado en estudiar las posibilidades reales de la tecnología climatización inverter con acoplamiento dual y simultáneo a la red y a paneles fotovoltaicos.

Se ha realizado así un análisis del funcionamiento de un equipo de expansión directa tipo ‘inverter’ de 3 kW de potencia nominal conectado simultáneamente a dos fuentes de energía: la red convencional (CA 230 V) y paneles fotovoltaicos (CC 24-30 V), tal y como se muestra en la siguiente imagen.

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Montaje del equipo analizado.

Se consigue así una ventaja añadida al eliminar las baterías y el inversor, que son los principales componentes de la instalación causantes de gran parte de las averías registradas en estas instalaciones. Los paneles fotovoltaicos se conectan directamente a la unidad exterior, sin necesidad de ningún tipo de requisito administrativo para realizar la conexión.

La unidad de climatización estudiada, de la cual se incluyen las características técnicas en la tabla siguiente, se encuentra instalada en uno de los despachos de un edificio de oficinas ubicado en Alicante, con una superficie útil de 30 m2.

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Datos técnicos de catálogo del equipo de expansión directa.

Para determinar el comportamiento del equipo analizado se han monitorizado las principales variables de funcionamiento, tanto del equipo de expansión directa como de la instalación fotovoltaica. Se han registrado cada cinco minutos los siguientes parámetros: temperatura ambiente exterior, radiación solar, temperatura del local, temperaturas y presiones del ciclo frigorífico, consumo eléctrico del equipo de aire acondicionado desde la red eléctrica convencional, tensión e intensidad de los paneles fotovoltaicos conectados al equipo y tensión e intensidad de los paneles fotovoltaicos de referencia.

El presente documento muestra los resultados del análisis realizado entre los meses de julio y octubre, en los cuales el equipo de climatización ha estado trabajando con un horario de funcionamiento de 12 horas, de 8 a 20 horas.

En la siguiente imagen se muestra la evolución a lo largo de un día tipo del mes de octubre de la potencia consumida por el equipo de climatización, distinguiendo entre la potencia procedente de la fuente fotovoltaica y la consumida de la red convencional. Se incluye además la producción energética de una instalación fotovoltaica de conexión de la misma y con las mismas características que la utilizada para alimentar el equipo estudiado. Esta última curva se ha utilizado para comprobar la influencia que el funcionamiento del equipo puede tener sobre la producción de energía de la fuente fotovoltaica.

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Medidas eléctricas tomadas el 9 de octubre.

Se puede comprobar cómo en días despejados la producción fotovoltaica es suficiente para cubrir las necesidades eléctricas del equipo, por lo que el consumo de la red convencional se hace cero durante la mayor parte del tiempo. Por otro lado, el control interno del equipo regula el funcionamiento del los paneles fotovoltaicos, de manera que éstos no produzcan más de potencia de la necesaria en cada momento.

El análisis del circuito frigorífico ha permitido determinar el calor útil entregado al espacio y con éste la eficiencia energética de refrigeración (EER). La figura siguiente incluye la evolución en un día de ensayo de la potencia eléctrica consumida y el calor útil producido.

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Calor útil proporcionado por la máquina, potencia eléctrica fotovoltaica, de la red y total; 24 de julio de 2012.

Se han distinguido dos valores de EER. El primero de ellos (EERM) hace referencia a la eficiencia energética de la máquina, como el cociente entre la energía útil entregada y el consumo eléctrico total. El segundo parámetro definido (EERINST) se refiere a la eficiencia global de la instalación, como el cociente entre la energía útil entregada y el consumo procedente de la fuente fotovoltaica.

Como parámetro de referencia se define la contribución solar de la instalación (CS), calculada como el cociente entre la energía entregada por la fuente fotovoltaica y la energía total consumida por el equipo.

La tabla siguiente incluye el resumen de los valores calculados, promediando los valores mes a mes. Se ha calculado además, EER medio estacional del periodo de verano.

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Eficiencia energética estacional de la instalación con horario de 8 a 20 h.

Se puede comprobar como el EER de la instalación puede alcanzar valores de entre 8 y 10, aunque las pruebas realizadas en horarios de 8 a 17 h han demostrado que este valor puede ser incluso superior a 10.

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