El prototip de bomba de calor assistida -PV amb condensador dual arriba a un coeficient de rendiment de 7,59

Investigadors de la Universitat Miguel Hernández d'Elx a Espanya han dissenyat un sistema de bomba de calor d'aire{0}}a-aigua que pot canviar la producció d'aigua calenta sanitària (ACS) a les hores de llum central, maximitzant així la utilització de la generació d'energia fotovoltaica.

La novetat del sistema rau en l'ús de dos condensadors en comptes d'una sola unitat.

Els investigadors van explicar que una bomba de calor compacta d'aigua calenta sanitària (ACS) convencional inclou un compressor, un evaporador, una vàlvula d'expansió i un condensador embolicat al voltant de la part inferior del dipòsit d'emmagatzematge, escalfant tot el volum d'aigua mitjançant convecció natural. La configuració de doble-condensador proposada afegeix un segon condensador a la part superior del dipòsit, combinat amb un sistema de control optimitzat per seleccionar el mode de funcionament, tot conservant els components estàndard.

Tant el condensador inferior com el superior consisteixen en tubs espirals instal·lats entre la paret del dipòsit i la capa d'aïllament. Quan el condensador inferior funciona, la calor es lliura a la part inferior del dipòsit de 215 litres, afavorint l'estratificació i escalfant tot el volum. Quan s'activa el condensador superior, només s'escalfa la secció superior del dipòsit, cosa que permet un funcionament més específic i un menor emmagatzematge d'energia.

El prototip es va desenvolupar a partir d'una bomba de calor d'aire-a-aigua dividida-commercial equipada amb un compressor scroll de 600 W i refrigerant R134a. L'escalfador de resistència elèctrica original de 2.400 W es va desconnectar per garantir el funcionament exclusivament en mode bomba de calor. El sistema tenia un coeficient de rendiment (COP) classificat-del fabricant de 3,17 a 14 C. Les modificacions incloïen la integració del segon condensador, el redisseny del circuit de refrigeració i l'actualització del sistema de control per fer proves en condicions realistes d'ACS i FV.

La configuració experimental es va dissenyar per replicar la demanda real d'ACS de la llar mitjançant un sistema de bucle tancat-per evitar el malbaratament d'aigua. Constava de dues cambres climàtiques, la bomba de calor de doble-condensador, una instal·lació fotovoltaica de 600 W i un circuit hidràulic controlat. La bomba de calor es va connectar tant a la xarxa com al sistema fotovoltaic, sense tenir en compte cap compensació econòmica per l'excedent d'electricitat alimentada a la xarxa.

Un dipòsit auxiliar, una bomba de circulació i un refrigerador d'aigua van mantenir la temperatura d'entrada de l'aigua a 10 C per simular les condicions de subministrament de la xarxa. Un controlador Arduino Mega gestionava bombes, vàlvules, el refrigerador i la bomba de calor per permetre les proves automatitzades. El sistema també estava equipat amb 30 sensors de temperatura, mesuradors de cabal i dispositius de control elèctric, amb dades registrades a intervals d'un-minut.

Els investigadors van avaluar tres configuracions a una temperatura ambient de 18 °C: una bomba de calor convencional-condensador únic, el mateix sistema acoblat amb PV i la bomba de calor de doble-condensador amb PV. Les proves van seguir un perfil de consum d'ACS basat en EN 16147, garantint temperatures de subministrament superiors a 45 C.

Els resultats van mostrar que la configuració del doble-condensador va millorar el control de l'estratificació, va reduir el consum global d'energia i va mantenir la qualitat del servei d'ACS alhora que augmentava significativament l'autoconsum fotovoltaic.

L'anàlisi va trobar que el COP estacional mitjà de la bomba de calor va arribar a 3,55 en la configuració d'un-condensador únic i 3,65 quan es combina amb PV.

"Com era d'esperar, tots dos valors són similars, ja que no hi ha cap diferència en el mode de funcionament entre ells", ha subratllat l'equip de recerca. "En la tercera prova, amb dos condensadors i una estratègia de control millorada que permet el funcionament amb una temperatura de l'aigua més baixa, aquesta eficiència s'eleva fins a 3,71. Aquesta tendència és més acusada quan s'analitza l'eficiència del servei d'ACS, on els resultats són 3,08 i 3,12 per als dos primers modes de funcionament i 3,37 per a la configuració amb dos condensadors fotovoltaics i com la configuració amb dos condensadors fotovoltaics. condensadors, hi ha menys pèrdues de calor".

Mentrestant, l'autoconsum d'energia solar amb el sistema de-condensador dual va augmentar del 9,9% al 55,5%.

"Els resultats també posen de manifest la necessitat de tenir en compte l'autoconsum instantani, utilitzant una base de càlcul com a màxim de minut-a-minut en lloc d'hora o diari, ja que aquest últim dóna lloc a contribucions solars poc realistes", van concloure els acadèmics. "Tenint en compte l'energia subministrada pels panells fotovoltaics, el rendiment de l'HP es pot reavaluar, donant lloc a un COP de 3,46 quan es treballa amb un condensador i de 7,59 quan es treballa amb la configuració de doble condensador".

El sistema es va descriure a "Avaluació experimental d'un nou disseny de bomba de calor fotovoltaica amb condensador dual", publicat a Solar Energy.