Acumulación de calor en las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo

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acumulacion de calor en instalaciones fotovoltaicas
23/12/2021

El mercado ofrece la posibilidad de la acumulación de calor en las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo. Ducasa, que ofrece acumuladores estáticos y dinámicos, señala que este sistema, además de eficiente es muy versátil, y permite obtener un nivel de confort estable y continuo.

Existen diferentes tipos de conexiones para adaptar estos aparatos de calefacción eléctrica a las instalaciones de autoconsumo que acumulan la sobreproducción en forma de calor. Además, un racionalizador de energía eléctrica ofrece la posibilidad de gestionar la demanda de estos acumuladores de calor para que no se sobrepase la producción de las placas fotovoltaicas.

Diversas formas de acumulación de calor

En los últimos años, la generación de energía eléctrica proveniente de fuentes de energía renovables se ha convertido en un tema de actualidad. Son muchas las razones por las que se debe mejorar en este campo y procurar ser lo más eficientes posible.

Además de mejorar el rendimiento de los aparatos que generan energía eléctrica que proviene del sol, viento, mareas o cualquier otra fuente renovable, también se debe pensar en la eficiencia de los sistemas que gestionan esa energía y en todos aquellos aparatos eléctricos que hacen uso de ella. Por ejemplo, debemos saber que la acumulación de calor que se puede dar en los sistemas fotovoltaicos, puede darse de forma igualmente váida en todos aquellos sistemas que generen energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables.

Las formas de acumulación y/o consumo serán las mismas, dado que el resultado del sistema es la generación de energía eléctrica.

Modalidades de autoconsumo

La arquitectura de los sistemas eléctricos que se adaptan a una instalación de generación de energía eléctrica para autoconsumo son muy variadas, desde una conexión interior hasta la conexión en alta tensión.

Como bien se detalla en el Real Decreto 244/2019, de 5 de abril, por el que se regulan las condiciones administrativas, técnicas y económicas del autoconsumo de energía eléctrica, se establece la clasificación de modalidades de autoconsumo:

  • Suministro con autoconsumo sin excedentes.
  • Suministro con autoconsumo con excedentes.

Las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo sin excedentes tienen que disponer de soluciones para poder aprovechar la energía sobrante generada por el sistema fotovoltaico. La sobreproducción de energía, por lo tanto, debe considerarse como una variable positiva, dado que sigue siendo energía generada y existen diferentes soluciones para gestionarla. Básicamente, se trata de acumular esa energía producida.

Posibilidades de acumulación

En vías de aprovechar toda la energía eléctrica generada, habrá que acumular la sobreproducción para hacer uso de ella posteriormente. El dilema que se plantea es, ¿Cuál es la mejor manera de hacerlo?

Son varias las posibilidades que se manejan para la acumulación. A nivel de arquitectura eléctrica, se puede realizar una instalación dedicada o compartir la instalación interior para todos los consumos existentes. Indiferentemente de la instalación realizada, nuestro objetivo será conseguir un sistema de acumulación de energía eficiente.

Formas de acumulación de la energía

Cuando se habla de instalaciones de generación de energía eléctrica con acumulación, se piensa en acumular la energía en forma de electricidad; es decir, mediante baterías. Pero ¿cuántos aparatos electrodomésticos son capaces de acumular energía? Más de los que tenemos en mente. Entre todos ellos, y muy conocido, el termo-acumulador eléctrico, comúnmente conocido como ‘termo’. Este aparato calienta el agua almacenada (ACS) y la mantiene caliente hasta que se utiliza.

En segundo lugar, conocido por su consumo eléctrico durante las horas de tarifa valle, es el acumulador de calor. Es un aparato de calefacción que es capaz de acumular calor a expensas de unas resistencias, unos ladrillos refractarios y unos aislamientos.

El calor es energía calorífica, por lo que es perfectamente compatible con el concepto de acumulación de energía. En varios estudios se ha demostrado que acumular energía eléctrica en baterías es poco eficiente, y caro. Por esta razón se está pensando en otras maneras de acumular la energía. Por ejemplo, acumularla en forma de calor.

Acumulación de calor en instalaciones fotovoltaicas

Un acumulador de calor es un aparato de calefacción eléctrica capaz de acumular parte del calor generado para cederlo al ambiente con posterioridad. La finalidad de estos aparatos es consumir energía eléctrica a ciertas horas del día, como podría ser cuando hay picos de generación de energía, e ir cediendo ese calor acumulado de forma paulatina y constante durante el resto del día.

Uno de los mayores problemas de los sistemas fotovoltaicos es que los picos de generación de energía no coinciden con los picos de consumo. Esto provoca la necesidad de acumular esa energía sobrante. Dada la versatilidad horaria de los acumuladores de calor para almacenar energía en forma de calor, el pico de generación de energía es absorbido por ellos y se consigue modificar la curva de consumos a lo largo del día.

Esto se consigue gracias a su conexión dual y la versatilidad de las franjas horarias de carga que hay disponibles en estos aparatos. Son aptos para este tipo de instalaciones, tanto si se utiliza en una instalación dedicada como si comparte la instalación interior con otros electrodomésticos. La conexión eléctrica dual de este acumulador de calor permite realizar un consumo de energía a cualquier hora del día. Incluye 2 franjas horarias que permiten cubrir las necesidades de acumulación tanto de día como de noche.

Ejemplos de conexión

Por otra parte, su regulación de cesión del calor permite controlar la cantidad de energía cedida al ambiente. La lámina deslizante, controlada electrónicamente, abre unos orificios que favorecen la cesión de calor. De esta manera, se tiene un control exhaustivo de la descarga del acumulador de calor.

A continuación, se exponen dos ejemplos de conexión: uno con instalación dedicada y otro con instalación interior compartida.

Conexión con instalación dedicada

La instalación dedicada es completamente independiente a la instalación eléctrica interior. En este caso, se necesitará la entrada dual del acumulador. Por una parte, se debe realizar la conexión de suministro permanente (L-N 24h), que se conectará a una de las líneas eléctricas interiores, proveniente de la red de suministro. Por otra parte, se conectará la línea dedicada proveniente del sistema fotovoltaico en los bornes destinados a este fin (L-N 8h/14h). De forma gráfica, el conexionado queda de la siguiente manera:

La línea eléctrica de la instalación interior servirá únicamente como alimentación de la electrónica de control, siendo la línea eléctrica de la instalación dedicada la que realice la carga del acumulador (línea de potencia).

Como ayuda para la gestión del consumo eléctrico de los acumuladores de calor, Ducasa dispone de un racionalizador eléctrico que permite regular el consumo eléctrico instantáneo proveniente del sistema fotovoltaico. Está disponible para instalaciones monofásicas y trifásicas. Gracias a este racionalizador, se puede igualar la potencia suministrada por el sistema fotovoltaico con la potencia de carga para los acumuladores.

Conexión con instalación interior compartida

En este escenario, tanto el suministro de red como el suministro de autoconsumo discurren por la misma instalación. Por lo tanto, el acumulador de calor será programado para que ejecute la carga en las horas de sobreproducción de energía.

El conexionado se realizará de la siguiente manera:

Gestión de la energía

Además de prestar interés en cómo se acumula energía, debemos ser minuciosos en cómo la utilizamos. Una vez se realiza la acumulación de energía en forma de calor, debemos gestionarla con el propio acumulador. Esta gestión se realizará en función de la demanda calorífica del usuario, ofreciéndole flexibilidad en la cantidad de energía cedida al ambiente. Para ello, se necesita un sistema que pueda aumentar o disminuir la cesión de calor al ambiente.

En la siguiente secuencia se aprecia cómo se abren los orificios superiores del cuerpo del acumulador para aumentar la transferencia de calor debido al incremento de la demanda calorífica.

Acumuladores dinámicos

Además de los acumuladores de calor estáticos, de los que se ha hablado hasta ahora, Ducasa ofrece otro tipo de acumuladores de calor: los acumuladores dinámicos. Este tipo de acumuladores se suelen utilizar en estancias grandes y/o en instalaciones trifásicas con altas necesidades caloríficas, aunque también son aptos para instalaciones monofásicas.

El principio de funcionamiento de los acumuladores dinámicos es el mismo. La diferencia radica en la descarga del calor. Si el acumulador estático se sirve de unos agujeros en la parte superior del cuerpo acumulador para acelerar la transferencia de calor, el acumulador dinámico lo hace mediante una turbina incorporada y una aleta que regula la cantidad de aire caliente que se emite al ambiente. La regulación se realiza mediante las diferentes velocidades de la turbina y los diferentes ángulos de apertura de la aleta.

Conexión eléctrica

La conexión eléctrica es similar. Se necesita una línea de alimentación eléctrica permanente para la electrónica y accionamientos, y una línea de potencia para las resistencias de carga del acumulador. En la siguiente ilustración se muestran las conexiones eléctricas:

Como se aprecia en el esquema eléctrico, la orden de voltaje que proviene de la línea de potencia confiere al acumulador la posibilidad de realizar cargas de calor siempre que se disponga de voltaje en la línea.

Dicha línea de potencia será la que proviene de la generación de electricidad de las placas fotovoltaicas o de una orden de voltaje que se active cuando exista sobreproducción de energía.

Eficiente y versátil

Como se ha visto, la acumulación de energía en forma de calor puede ser muy eficiente, a la vez que versátil. Aunque estos productos tienen sus propios controles para la gestión del calor, los accionamientos y medidores de una instalación eléctrica pueden ayudar a mejorar la distribución de la energía.

Como ejemplo de estos accionamientos y medidores, un racionalizador de energía eléctrica (mencionado anteriormente) podría gestionar la demanda de estos acumuladores para que no se sobrepasara la producción de las placas fotovoltaicas. Dicho aparato mide la tensión y el amperaje de la/s fase/s, calculando la potencia consumida, y evita que la carga supere la generación.

Más información:

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