ESQUEMA BASICO

Ahorro energético. Sistema fotovoltaico combinado con aerotermia

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El autoconsumo eléctrico renovable es un elemento imprescindible para lograr que el consumidor pueda obtener una energía más limpia y barata, es definitiva, reducir el gasto mensual de la factura eléctrica. En España, la actividad de autoconsumo apenas ha iniciado su despegue debido a una serie de barreras regulatorias existentes, que dificultan, desincentivan o hacen inviable económicamente esta tecnología para el consumidor final.

Con la aprobación del Real Decreto-ley 15/2018, de 5 de octubre, de medidas urgentes para la transición energética y la protección de los consumidores, especialmente en materia de autoconsumo, la normativa busca adecuarse a los dictados del Tribunal Constitucional en materia de registro de autoconsumo habilitando a las Comunidades Autónomas a crear y gestionar los correspondientes registros territoriales de autoconsumo.

En el presente artículo analiza la modalidad del autoconsumo para la generación de la autónoma de la corriente eléctrica a través de paneles solares fotovoltaicos en combinación con la instalación de una bomba de aerotérmica para cubrir el 80% de los servicios de calefacción y el 100% del ACS, además de que en momentos de poca demanda permita reducir la factura energética para el resto de consumos existente en la vivienda. Se pretende ilustrar en este artículo como se podría reducir la factura eléctrica, fundamentalmente enfocados a estos servicios, ya que representarían en una vivienda tipo entre el 60-70% del consumo eléctrico cuando las unidades de confort de la vivienda utilizan como fuente de energía la electricidad.
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El estudio llevado a cabo contempla las siguientes premisas de partida:
1. Vivienda unifamiliar de 132,8m2 útiles calefactables
2. Densidad de carga de 76W/m2 a Text mínima=0°C
3. Ubicación: Provincia de Pontevedra (altitud 200m)

Así mismo se ha tenido en cuenta el COP (Coeficiente de rendimiento) de una máquina que utiliza un circuito refrigerante, para lo que se ha estimado una máquina estándar existente en el mercado con un COP (7/35°C) de 4,05.

Cálculo del rendimiento en función de la temperatura
Debido a que el valor del COP es dependiente básicamente de dos variables (temperatura exterior y temperatura del circuito de distribución de agua) se ha realizado la corrección de dicho a valor para distintas temperaturas de operación desde la mínima prevista para la ubicación.

Temperatura ambiente (°C) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
COP 3,00 3,09 3,18 3,42 3,65 3,78 3,90 4,05 4,20 4,30 4,40 4,53 4,65 4,73 4,80 4,95 4,95 4,95 4,95 4,95 4,95
SPF 2,61 2,69 2,77 2,97 3,18 3,28 3,39 3,52 3,65 3,74 3,83 3,94 4,05 4,11 4,18 4,31 4,31 4,31 4,31 4,31 4,31
Consumo eléctrico (kWe) 4,25 4,13 4,01 3,74 3,50 3,38 3,27 3,15 3,04 2,97 2,90 2,82 2,74 2,70 2,66 2,58 2,58 2,58 2,58 2,58 2,58

En la tabla anterior se determina el valor del SPF (rendimiento estacionario) de una máquina estándar a distintas temperaturas del aire exterior en la ubicación de la máquina. Para ello se ha tenido en cuenta que la temperatura el circuito de distribución se impulsará a una temperatura de 40°C

Cálculo de la demanda anual en modo calefacción/ACS

La estimación real de la demanda de una vivienda a lo largo de un año es difícil de determinar, fundamentalmente debido a que el servicio de calefacción depende de varios factores (temperatura exterior, viento, humedad relativa y temperatura operativa, entre otros). En cambio, se hace una buena aproximación real, teniendo en cuenta una temperatura interior de 21°C y conocidos los Grados-Día de la ubicación.

Temperatura ambiente (°C)

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total
Nº horas año 5,2 20,8 31,2 41,6 52 62,4 72,8 83,2 93,6 104 114,4 124,8 135,2 140,4 145,6 156 171,6 182 192,4 197,6 208 2334,8
Demanda Calef (kW) 11 10,7 10,3 10 9,6 9,3 9 8,6 8,3 7,9 7,6 7,2 6,9 6,5 6,2 5,8 5,5 5,1 4,8 4,4 4,1
Demanda energética (kWh) 57 223 321 416 499 580 655 716 777 822 869 899 933 913 903 905 944 928 924 869 853 15005

En la tabla anterior se prorratean, de acuerdo con las bases existentes climatológicas, por un lado, el número de horas a lo largo del año que se acumulan para cada una de las temperaturas exteriores y por otro, la potencia en modo calefacción demandada por la vivienda (132,8m2) cuando se producen dichas condiciones exteriores de temperatura. Finalmente, se determina la demanda energética anual, que para el caso simulado resulta ser la suma de todos los acumulados, en total 15005kWh/año

Para la estimación de la demanda por parte del servicio de ACS es un cálculo más sencillo. Se ha estimado la existencia de un consumo diario de agua de 4 personas, lo cual obedece a un consumo energético anual de 1963kWh/año.

Cálculo del consumo energético de la bomba de calor
Por último, se calcula la energía eléctrica necesaria a aportar a la bomba de calor para satisfacer la demanda térmica. Para ello se divide a cada temperatura exterior de operación la demanda necesaria por el SPF del equipo.

Total
Consumo (kWh) 22 83 116 140 157 177 193 203 213 220 227 228 231 222 216 210 219 216 214 202 198 3906
ACS 785,2
                                          Consumo anual 4692

Se obtiene en la simulación del caso que la energía total a aportar a la bomba de calor sería de 3906kWh/año. En cambio, para el servicio de ACS se tiene en cuenta un SPF de 2,5 y se determina que la energía necesaria a aportar eléctricamente a la bomba de calor sería de 785,2kWh/año. El consumo eléctrico final en ambos servicios será la suma de ambos: 4.691kWh/año (el ACS representa el 16,7%, mientras que la calefacción el 83,3% del consumo total)

Cálculo de la energía fotovoltaica

En función de las condiciones climatológicas de acuerdo con la base de datos de Censolar, se determinan las horas solares pico disponibles. La hora solar pico (HSP) es una unidad que mide la irradiación solar y se define como el tiempo en horas de una hipotética irradiación solar constante de 1000 W/m2, es decir, el número medio diario que el generador trabaja a la potencia nominal. La potencia de la bomba de calor se determina a partir de las condiciones de cálculo térmico más desfavorables. En este caso se considera para el caso suficiente un equipo de 11,5kWt que consume eléctricamente en condiciones nominales (7/35°C), 3,3 kWe.

Ubicación Pontevedra
Datos de radiación
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Promedio
Rad. horiz. [MJ/m2/día]: 5,5 8,2 13,0 15,7 17,5 20,4 22,0 18,9 15,1 11,3 6,8 5,5 13,3
Factor K: 1,43 1,32 1,18 1,04 0,94 0,90 0,94 1,05 1,23 1,43 1,57 1,54
Rad. inclin. [MJ/m2/día]: 7,87 10,82 15,34 16,33 16,45 18,36 20,68 19,85 18,57 16,16 10,68 8,47 15,0
HSP 2,18 3,01 4,26 4,54 4,57 5,10 5,74 5,51 5,16 4,49 2,97 2,35 4,2
Energía diaria 9,7 13,4 18,9 20,1 20,3 22,6 25,5 24,5 22,9 19,9 13,2 10,4 18,5 kWh/día
Energía Mensual 421 523 821 846 147 164 185 177 161 865 553 453

NOTA: el periodo de calefacción se considera de OCTUBRE-ABRIL y ACS un periodo anual

Para aportar dicha corriente se instalaría un campo fotovoltaico que genere la energía necesaria en función de la demanda, incluyendo las pérdidas de distribución y adecuación. Para ello será necesario que el campo fotovoltaico disponga entre 4 y 4,5kWp

Amortización de la instalación fotovoltaica
La instalación estaría formada por la agrupación de paneles fotovoltaicos de modo que alimenten a un inversor del tipo monofásico con sincronismo a la red. El sobrecoste estimado, en comparación con una instalación que consumiese exclusivamente de la red, rondaría los 7.000€. Teniendo en cuenta el precio actual de la energía eléctrica de red, se estimaría un coste energético anual de unos 1.083€.

Por otro lado, asumiendo que la instalación fotovoltaica podría abastecer los servicios de ACS y calefacción cerca del 80% del consumo anual y manteniendo el precio eléctrico comercializado del kWh constante, el ahorro se estima en unos 866€/año y el plazo de retorno de la inversión sin cualquier tipo de subvención de 8 años. Es definitiva, con una instalación duradera y vida útil mínima de 20 años, reportaría un gran beneficio al consumidor final.

Conclusiones
Este estudio evidencia que la implantación del autoconsumo renovable permitirá disminuir la factura energética con carácter inmediato a los consumidores que lo instalen, además de poder utilizar los excedentes para otros usos eléctricos cotidianos. El nuevo marco regulatorio elimina trabas y conlleva a que los consumidores-productores, y la sociedad en su conjunto, puedan beneficiarse de las ventajas que puede acarrear esta actividad, en términos de menores necesidades de red, mayor independencia energética y menores emisiones de gases de efecto invernadero.

De todos modos, cada instalación en particular y para un correcto dimensionado requiere realizar un cálculo preciso de la demanda térmica y el generador fotovoltaico más apropiado. Se libera una nueva oportunidad de negocio de cara al instalador eléctrico, ofreciendo servicios al consumidor final altamente atractivos, todo ello ayudado porque los sistemas fotovoltaicos se han posicionado a precios asequibles.

Incluso, atendiendo a que la energía fotovoltaica es una energía madura y no requiere de una instalación complicada, el técnico que suscribe este artículo, recomienda al instalador eléctrico a formarse en dicho campo puesto los sistemas fotovoltaicos han llegado para instalarse en los sistemas residenciales.

Fuente:
Censolar
Real Decreto-ley 15/2018

Marcos García González
Ingeniero Industrial

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