Qué hace un sistema de bomba de calor con PVT

Un sistema de bomba de calor con PVT utiliza la misma área de paneles solares para producir electricidad y recolectar calor de baja temperatura para una bomba de calor o un circuito de agua caliente.Un módulo fotovoltaico convencional convierte parte de la luz solar en electricidad y libera el resto como calor. Un panel PVT añade un intercambiador de calor o un canal de aire detrás de la capa fotovoltaica para que parte de este calor se convierta en energía útil.

La lógica de funcionamiento es simple:

Luz solar -> electricidad fotovoltaica + calor de baja temperatura
Calor de baja temperatura -> fuente de bomba de calor o precalentamiento de ACS
Bomba de calor -> agua a mayor temperatura para calefacción de espacios o agua caliente

Esto es importante porque una bomba de calor no genera calor de la misma manera que un calentador eléctrico de resistencia. Transfiere calor de una fuente a un sumidero, y su eficiencia se mide mediante el COP, la relación entre la salida de calor útil y la entrada eléctrica.¹Una temperatura de fuente más cálida normalmente reduce la elevación de temperatura y ayuda a que la bomba de calor funcione de manera más eficiente.

Por lo tanto, los paneles PVT no son solo "paneles solares con tuberías". Son una forma de conectarelectricidad solar, calor solar recuperado y operación de bomba de caloren un solo sistema energético del edificio.

Cuando el PVT mejora el rendimiento de la bomba de calor

El PVT mejora una bomba de calor cuando el circuito térmico proporciona a la bomba una fuente más cálida o más estable que el aire ambiente por sí solo.Esto es más valioso en las mañanas frías, las temporadas intermedias y los días soleados de invierno cuando la bomba de calor trabaja intensamente pero la superficie PVT aún puede captar radiación.

La relación clave de la bomba de calor es:

En el diseño práctico, el calor del PVT es más útil a las 10–45 °CEse rango no es lo suficientemente caliente para reemplazar todas las aplicaciones de calderas, pero es muy útil para:

• soporte del lado de la fuente de la bomba de calor;

• precalentamiento de agua caliente sanitaria antes del calentador final;

• calefacción de espacios a baja temperatura;

• calefacción de piscinas;

• precalentamiento de ventilación o aire fresco con PVT basado en aire;

• precalentamiento de procesos donde se acepta agua caliente o aire caliente.

El Departamento de Energía de EE. UU. señala que el calentamiento solar de agua puede usarse en cualquier clima si se selecciona correctamente el tipo de sistema, y las bombas de calor para calentamiento de agua transfieren calor en lugar de generarlo directamente.²El diseño combinado de PVT + bomba de calor une estas dos ideas: el calor solar se captura a una temperatura baja útil, luego la bomba de calor lo eleva cuando se requiere una temperatura de agua más alta.

Tipos de sistemas

La mejor arquitectura de bomba de calor PVT depende de si el proyecto utiliza agua/glicol, aire, precalentamiento directo o un circuito del lado de la fuente.No elija primero el panel. Elija primero la ruta de uso del calor.

Soletks cuenta con familias de productos PVT e híbridos solares existentes para comparación de proyectos, incluyendo Soluciones de paneles solares PV-T,Sistemas solares híbridos tipo PVT-T…y el resto.módulo PVT basado en aire APVT-590. Para proyectos de bomba de calor, la elección del producto debe realizarse después de confirmar el portador de calor, la temperatura objetivo, el caudal y el área de techo disponible.

PVT vs PV + Bomba de Calor vs Térmico Solar + Bomba de Calor

PVT no siempre es mejor que PV, y no siempre es mejor que el térmico solar.Gana cuando la productividad del techo es importante y tanto la electricidad como el calor de baja temperatura tienen valor.

El error común es comparar PVT con PV solo por el costo de la electricidad. Eso hace que PVT parezca caro porque ignora la producción térmica. El segundo error es comparar PVT con energía solar térmica solo por la producción de calor. Eso ignora la producción eléctrica. Para proyectos con limitación de techo y demanda de calor verificada, la comparación justa es energía anual útil por metro cuadrado de techoycuánta de esa energía puede usar realmente el edificio.

Normas y documentos a solicitar

Una propuesta de bomba de calor PV debe separar el cumplimiento de PV, las pruebas del colector térmico, las pruebas de la bomba de calor y la seguridad de la instalación.Pregunte al proveedor o diseñador del sistema qué documentos se aplican al producto y mercado exactos.

Estas normas no demuestran que un proyecto específico ahorrará energía. Hacen que las afirmaciones de rendimiento sean auditables, para que el comprador pueda comparar propuestas en la misma base.

Lógica de dimensionamiento

El dimensionamiento de la bomba de calor PVT comienza por la demanda de calor, no por el número de paneles.Un buen cálculo preliminar utiliza cinco pasos:

1. Estimar la demanda diaria de calor.

2. Decidir la fracción solar o el objetivo de apoyo de la bomba de calor.

3. Definir el rango de temperatura PVT utilizable: usar 10–45 °C para la selección de fuente/precalentamiento y añadir respaldo para ACS a 55–60 °C.

4. Igualar el área PVT con la producción térmica útil y el área del tejado.

5. Dimensionar el almacenamiento, el caudal, la caída de presión y la estrategia de control antes de la cotización final.

Fórmulas principales

Usar estas fórmulas de primera aproximación antes de la simulación:

Energía diaria de calentamiento de agua (kWh/día)
= volumen de agua (L/día) x aumento de temperatura (°C) x 0,001163

Calor solar/PVT útil requerido (kWh/día)
= demanda diaria de calor x contribución solar objetivo

Área térmica PVT aproximada (m²)
= calor PVT útil requerido / rendimiento térmico diario útil por m²

Entrada de electricidad de la bomba de calor (kWh)
= calor entregado (kWh) / COP

Para el diseño inicial, utilice valores conservadores de rendimiento térmico útil:

Nota de fuente para los valores de selección:use estos rangos solo para la clasificación de RFQ, luego reemplácelos con datos de irradiación local, datos de prueba de colectores ISO 9806 o equivalentes, curvas de rendimiento de bombas de calor medidas, pérdidas de almacenamiento y programa de operación antes de la compra.

Ejemplo resuelto

Un edificio de apartamentos de 40 habitaciones con una demanda de agua caliente de 3.000 L/día puede utilizar PVT como capa de precalentamiento y soporte de bomba de calor, pero aún necesita almacenamiento y respaldo.

Supuestos:

Cálculo:

Fórmula:
Demanda diaria de calor = volumen de agua x aumento de temperatura x 0,001163

Sustitución:
3.000 L/día x 40 °C x 0,001163 = 139,6 kWh/día

Aporte útil objetivo del PVT:
139,6 kWh/día x 35% = 48,9 kWh/día

Superficie aproximada de PVT:
48,9 kWh/día / 2,2 kWh/m²/día = 22,2 m²

Recomendación:
Iniciar el concepto con unos 22-25 m² de superficie térmica PVT, luego verificar
con datos climáticos, volumen de almacenamiento, curvas de la bomba de calor y distribución del tejado.

Electricidad a COP 3.2 = 139.6 / 3.2 = 43.6 kWh/día
Electricidad a COP 3.8 = 139.6 / 3.8 = 36.7 kWh/día
Ahorro por selección = 6.9 kWh/día durante el funcionamiento asistido

Este ejemplo muestra la expectativa correcta del comprador: el PVT no hace innecesaria la bomba de calor. Reduce la carga de trabajo, suministra energía de precalentamiento, produce electricidad desde la misma superficie y mejora el balance energético estacional del sistema cuando el sumidero de calor está disponible durante o después de la producción solar.

En las discusiones de prediseño de Soletks, este escenario de apartamento con 3000 L/día es el tipo de caso donde el equipo de ingeniería primero verifica el área del techo y el volumen de almacenamiento antes de recomendar un conjunto PVT. Una entrada medida como 3.000 L/día la demanda de agua caliente es más útil que una solicitud genérica de "un sistema de bomba de calor solar" porque permite un balance energético real.

Estrategia de Control

El sistema de control decide si el calor del PVT se convierte en energía útil o en calor desperdiciado.Un sistema de bomba de calor PVT necesita una regla clara sobre cuándo hacer circular fluido o aire, cuándo cargar el almacenamiento y cuándo derivar la bomba de calor.

Lógica de control recomendada:

El lado eléctrico fotovoltaico debe seguir las prácticas estándar de cadena fotovoltaica, inversor, protección CC, conexión a tierra y monitoreo. El lado térmico debe tratarse como un sistema hidrónico o de aire real, con equilibrio de flujo, aislamiento, control de condensación, válvulas de servicio, sensores y protección contra congelamiento donde la temperatura ambiente de diseño lo requiera.

Lista de verificación de diseño

Un proyecto de bomba de calor PVT debe superar estas comprobaciones antes de la cotización.

Modos de fallo comunes

La mayoría de los problemas de las bombas de calor PVT provienen de una demanda desajustada, un diseño térmico deficiente o expectativas de temperatura poco realistas.

1. Sin disipador de calor útil.Si el edificio no puede utilizar calor a baja temperatura, el lado térmico se convierte en una carga de coste.

2. Matriz sobredimensionada con almacenamiento insuficiente.El sistema se sobrecalienta en verano y contribuye poco en invierno.

3. Conexión de bomba de calor no aprobada.Algunas bombas de calor no están diseñadas para un circuito de fuente PVT personalizado.

4. Expectativa de ACS a alta temperatura.PVT es fuerte para precalentamiento y soporte de fuente, no para suministro independiente de 65 °C en todos los climas.

5. Flujo de aire o caudal ignorado.El caudal bajo aumenta la temperatura pero puede reducir la transferencia de calor útil; el caudal excesivo aumenta la energía de la bomba o del ventilador.

6. Sin plan de congelación o estancamiento.Los circuitos solares exteriores necesitan protección tanto para los extremos de invierno como de verano.

Entradas de adquisición y RFQ

Una RFQ seria debe proporcionar al proveedor suficientes datos para evaluar si PVT es la opción adecuada.Envíe estos datos a Soletks antes de solicitar un precio final:

• ubicación del proyecto y ciudad más cercana;

• tipo de edificio y horario de operación;

• área de techo disponible, inclinación, azimut, sombreado y material del techo;

• marca, modelo, capacidad, tipo de refrigerante y rango de temperatura de fuente permitido de la bomba de calor;

• volumen diario de agua caliente en litros;

• temperatura de entrada de agua fría y temperatura objetivo de agua caliente;

• tipo de calefacción de espacios: suelo radiante, fan coil, radiador, piscina o calor de proceso;

• volumen del tanque de almacenamiento existente o planificado;

• tipo de PVT preferido: basado en agua/glicol o aire;

• requisitos de conexión eléctrica, plan del inversor y requisitos de monitoreo;

• requisito de protección contra congelación y temperatura ambiente de diseño más baja;

• documentos objetivo: ficha técnica, dibujo, diagrama de cableado, diagrama hidráulico, lista de embalaje, garantía y referencias de prueba.

Soletks puede revisar si una placa solar PV-T solución, sistema solar híbrido PVT-T,módulo PVT basado en aire APVT-590o un colector solar térmico convencional es la mejor opción. Si el proyecto aún es conceptual, envíe primero la carga térmica y el área del techo; la elección del producto puede venir después.

Para soporte técnico, envíe los datos de su proyecto a través de la página de contacto de Soletks y solicite una revisión de viabilidad de bomba de calor PVT. Un primer mensaje útil incluye ubicación, área del techo, modelo de bomba de calor, volumen diario de agua caliente y temperatura objetivo de suministro.

Matriz de Decisión del Comprador

Elija PVT con bomba de calor solo cuando el valor de la salida dual sea claro.

Preguntas frecuentes

Fuentes