Integración de aerotermia y energía fotovoltaica en pequeñas instalaciones residenciales

Por David Díaz, Product Manager de Calefacción en Daikin AC Spain

La energía aerotérmica y la energía fotovoltaica

Desde el año 2006, momento en que se comienzan a vender en España las denominadas “aerotermias”, o más exactamente, lo que podríamos definir como bombas de calor multifunción aire / agua, este producto ha sido asociado a otros tipos de energía renovable, para la climatización y producción de a.c.s. en viviendas. Inicialmente fue la energía solar térmica la preferida, y muchos fabricantes sacamos al mercado, kits para perfecta complementación de ambos sistemas.

Mucho ha cambiado la sociedad y el mercado desde entonces, y donde antes era solo buscar la alternativa más económica, ahora entra a jugar otro factor muy importante como es la sostenibilidad. En los últimos años, iniciativas Europeas como el Green Deal, nacionales como el PANIEC, y de un modo todavía más práctico como el Código Técnico de diciembre de 2019 empujan a la electrificación de la sociedad, como única alternativa posible para alcanzar los ambiciosos objetivos del 2030 y el objetivo de la neutralidad climática en 2050.

Con este panorama y desde el punto de vista de la climatización de viviendas, la alternativa más consistente es la utilización de la tecnología de la bomba de calor, tanto en obra nueva, como en renovación.

Por otro lado, el abaratamiento de las instalaciones energías fotovoltaicas, así como el cambio normativo con la aparición de la posibilidad de la compensación de los excedentes de energía producidas, hacen muy atractiva la posibilidad del tándem aerotermia / fotovoltaica.

La energía fotovoltaica, ¿es gratuita?

No. Esta es una falsa percepción de los usuarios. Cada kilovatio que produce nuestra instalación, tiene un coste, derivado de la amortización de los equipos y del mantenimiento de los mismos. Este coste es perfectamente calculable. Hagamos un cálculo grosero:

Suponemos una vivienda unifamiliar en Ciudad Real. La instalación de autoconsumo fotovoltaica está formada por un kit de 8 paneles EKSK.. de 310 Wpico unitario, aproximadamente 2,5 kWpico, sobre tejado inclinado, con micro inversores, para simplificar la instalación y reducir el mantenimiento anual a la limpieza de los paneles. Podemos fijar el costo de esta infraestructura, ya instalada y funcionando en unos 7.000 €

Figura 1. Diagrama instalación fotovoltaica

Los equipos considerados, tanto los paneles como los micro inversores, gozan de una garantía de 25 años, en el caso de los paneles, con una producción mínima garantizada del 80% de la nominal.

A efectos de cálculo consideraremos un coeficiente de degradación, (pérdida de capacidad, falta de mantenimiento, etc…) de un 80%

Utilizando un simulador con los datos de radiación temperatura ambiente de la zona, podemos conocer la energía teórica que pueden producir los paneles en un ciclo anual:

Figura 2 Simulación y dimensionamiento sistema solar

La producción anual en este caso es de 4.744 kWh /año. Si consideramos un coste efectivo para el usuario del sistema ya instalado de unos 7.000 €:

Costo anual = 7.000€ /(4.744 kWh/año x 25 años x 0,8)= 0,073 €/kWh

Si consideramos que la compensación de la compañía por los excedentes, a estar en el entorno de los 0,04 €/kWh Þ NO ME INTERESA “VENDER” A LA RED.

Además, si añado baterías… incremento el precio del kWh. La mejor opción para este tipo de instalaciones es no sobredimensionar el campo de captación, ni la instalación en general… MENOS ES MAS.

Aerotermia + fotovoltaica

Está claro que nos interesa poner un campo de captadores adaptado a las necesidades, y que cuanto más pequeño sea el excedente, más rentable nos saldrá. Si hiciéramos una comparación con el consumo anual de una aerotermia, podríamos ver, que durante algunos meses, tendríamos excedente de producción, que es precisamente lo que tenemos que reducir al mínimo.

Siguiendo el caso de ejemplo que estamos utilizando, completemos el caso, suponiendo una vivienda unifamiliar con 4 dormitorios (5 personas), con unas necesidades térmicas de 12 kW en calor, suelo radiante, y 8 en frio, suelo refrescante. Veamos las necesidades térmicas de la vivienda y enfrentémoslas a la producción de nuestros paneles:

Figura 3. Necesidades energéticas

Figura 4. Consumo vs. Producción

Es evidente que vamos a tener unos meses centrales, Abril – Octubre, donde las necesidades estarán al 100% cubiertas por nuestras placas dada la coincidencia horaria entre mas necesidades de frio y los picos de producción. Durante estos meses, los excedentes serán muy moderados, una media de 180 kWh/mes, lo que en € compensados supone 7 €/mes, 52 € al año, que ponen en duda si merece la pena el trámite necesario para la compensación. Todo ello, sin tener en cuenta el resto de servicios de la vivienda, que, por supuesto, van a beneficiarse de la producción.

Por otro lado, desde el punto de inversión, si hacemos la comparación tradicional frente a una caldera de gas de condensación, más un equipo tradicional de Aire Acondicionado, la ventaja y rentabilidad del sistema, es evidente, tanto desde el punto de vista económico, como del punto de vista ambiental.

Figura 5 . Análisis económico + ambiental

Un punto importante, es la posibilidad de abaratar todavía más el sistema, con las nuevas ayudas que acaba de publicar el IDAE, y que ya están transponiendo las CCAA.

Integración de tecnologías

Ahora bien. Para que esto funcione, tenemos que conseguir que ambos sistemas funcionen de manera coordinada, y esto nos lleva a los siguientes puntos:

1. La producción y el consumo, deben de coincidir en el tiempo, dentro de lo posible. En el caso de la refrigeración esto ocurre de manera natural. En el caso del a.c.s. si la máquina tiene la posibilidad de modificar la temperatura de acumulación ante la señal de producción, el problema estaría solucionado.

El problema surge en el caso  la calefacción. En este caso, claramente hay una diferenciación entre demanda y producción, y como hemos renunciado a la acumulación química, para no encarecer el precio de nuestro kW solar, la mejor manera, es la acumulación, tanto en agua, mediante un depósito de inercia, que además beneficiará el funcionamiento de la máquina, como en el propio ambiente. En este caso, aprovecharíamos para subir la temperatura de nuestra vivienda durante las horas centrales y los cada día mejores aislamientos de la vivienda, se encargarían de mantener la temperatura ambiente dentro de los límites de confort durante la noche.

• La señal de acumulación, no debe de producir un sobreconsumo, muy por encima de la máxima producción, pues esto podría dañar nuestro balance económico, al obligar a consumir de la red. Será necesario que el sistema permita marcar un consumo máximo de máquina.
• Óptimamente el consumo de la máquina, debería adaptarse a la producción, con la idea de minimizar la posible compensación y la consecuente pérdida, pero sin permitir dañar el confort, que al final es el objetivo de todo sistema de climatización.

Con estas premisas, pasemos a describir una solución técnica, que utilizará la ventaja de tener básica, ente toda la electrónica y software incluida dentro de la propia aerotermia, y que para la integración, apenas necesitará un contador de energía de pulsos, y un economizador de consumos para conocer el estado de la producción.

Propuesta práctica

En este caso, utilizaremos la nueva Daikin Altherma 3 Monobloc, que ya incluye en la placa principal, unas entradas para marcar el estado de la instalación y la producción de la misma.

A esta máquina, debemos asociarle unos contadores de energía, que medirán la posible descarga a red, en caso de que esta se produzca, y que harán que el software de la máquina obre en consecuencia.

El esquema es como sigue:

Figura 6. Esquema integración

La bomba de calor, a través del estado de dos entradas digitales (contacto seco) puede definir cuatro formas de funcionamiento:

• Funcionamiento normal. Ignora las señales del sistema fotovoltaico. Marcaría el funcionamiento cuando no hay producción de los paneles.
• Apagado forzado. Apaga compresor y resistencias. Es un modo de emergencia, no aplicable para este tipo de instalaciones.
• Encendido forzado. En esta forma de funcionamiento, la bomba de calor utilizará la energía fotovoltaica para calentar y almacenar energía en la vivienda. El almacenamiento puede ser:
  • En el depósito de a.c.s.
  • En el sistema de climatización y el depósito de a.c.s. (configurable en la bomba de calor). El sistema elevará la temperatura del depósito, o la del ambiente, en caso de utilizar también el clima para acumular.
• Encendido recomendado. Idéntico al anterior, pero en este caso, para evitar sobre consumos el sistema se autolimita. Para ello no necesitamos medidores de consumo en la alimentación, pues la máquina utiliza una aproximación calculada, en función de los sistemas que estén funcionando y su modulación. La limitación puede ser:
• Fija, seleccionable en el propio mando de la máquina. De serie viene limitada a 1,5 kW
• Dinámica. Para ello necesitamos el contador de pulsos a la entrada de red (si elegimos fija no es necesario). En este caso, el límite de consumo es auto adaptativo y se ejecuta de forma dinámica en base a la inyección de energía en la red, que mide el contador. Es decir, la máquina acumulará energía en el depósito y el ambiente, con un límite de consumo que evite, dentro de lo posible, el vertido a red.

Conclusión

La energía solar fotovoltaica y la aerotermia son el tándem del futuro para las instalaciones térmicas de confort en la vivienda. El peligro es querer complicar y sobredimensionar la instalación fotovoltaica, pensando que con ellos aumentamos los ahorros, cuando con ello lo que conseguimos es aumentar los costos de implantación y la complejidad del sistema, lo que a la larga produce frustración al cliente final y mala imagen a los propios sistemas.

La sostenibilidad de un producto, termina en el momento que los usuarios no perciben un beneficio, (no solo económico) o sencillamente no pueden comprarlo. Menos es más.

Para más información sobre nuestros equipos Daikin Altherma, pinche aquí.

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