Medido científicamente: Calefacción solar-eléctrica directa con AC•THOR 9s
68% de fracción solar en el balance energético anual del Microhouse de Singen
Un estudio de HTWG Konstanz muestra la fracción solar lograda por un sistema de calefacción solar-eléctrico en la práctica.
Datos sobre el proyecto
- Arquitecto/planificador
- Ubicación
- Capacidad fotovoltaica, orientación
- Capacidad de almacenamiento de calor
- Tipo de edificio
- Año de construcción y área del piso
- Producto my-PV utilizado
- Sistema de calefacción
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¿Qué tan alta es la fracción solar de un sistema de calefacción solar-eléctrico en operación real? Un estudio de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Konstanz en una casa diminuta en Baden-Württemberg proporciona datos de medición confiables de dos temporadas de calefacción.
El proyecto de investigación proporciona resultados de medición fiables
El proyecto de investigación "IR-Bau 2 - Investigaciones complementarias sobre el potencial de los sistemas de calefacción por infrarrojos", de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Konstanz (HTWG Konstanz), utilizó equipos de medición para estudiar una microcasa en Singen durante dos temporadas de calefacción. El proyecto fue dirigido por el Prof. Dr.-Ing. Thomas Stark, Dr.-Ing. Jan Heider, Nicole Conrad y Niklas Bachmann; se desarrolló desde 11/2020 hasta 04/2023.
Las mediciones confirman el enfoque de diseño establecido de my-PV: En edificios adecuados con un sistema fotovoltaico de tamaño suficiente, la calefacción directa controlada continuamente puede combinarse con un tanque de agua caliente doméstico controlado, en una solución técnicamente sólida y económica.
La casa pequeña de 50 m²
El edificio residencial "Mikrohaus" en Singen fue diseñado en 2020 por Kupprion nachhaltige Architektur y construido en un pequeño terreno para aumentar la densidad urbana. El cuboide de una sola planta tiene alrededor de 50 m² de área de piso y tres habitaciones, proporcionando espacio para hasta dos ocupantes; actualmente es ocupado por un inquilino. El edificio de estructura de madera está aislado con fibra de madera y cuenta con un techo de madera sólida que permanece visible en el interior.
En el interior, la microcasa se divide en tres zonas: un área de estar central y habitaciones privadas con un dormitorio y un baño dispuestos a los lados. La fachada sur está ampliamente acristalada, mientras que las otras superficies de las paredes exteriores están casi completamente cerradas.
Inicialmente se consideró una bomba de calor para el suministro de calor. Sin embargo, para este pequeño edificio y su esperada baja demanda de calor, el costo de inversión de un sistema de bomba de calor era comparativamente alto. En su lugar, el edificio utiliza un sistema de calefacción eléctrica directa optimizado para el autoconsumo.
Cuatro componentes del suministro de calor solar-eléctrico
El sistema consta de cuatro componentes:
Un sistema de calefacción eléctrica por suelo radiante DEVI / Danfoss de 4.3 kW con dos circuitos de calefacción, empotrado directamente en la losa de hormigón de 22 cm del edificio, en otras palabras, activación térmica de la estructura del edificio.
Un calentador de agua eléctrico plano de 120 l de Austria Email.
Un sistema fotovoltaico de 8.6 kWp con orientación este-oeste y una inclinación de 5°, parcialmente sombreado por árboles en la propiedad vecina.
El my-PV AC•THOR 9s conecta cargas y generación y maximiza el autoconsumo de energía solar.
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El perfil de carga muestra el efecto de la regulación controlada por fotovoltaica: el consumo de calor se desplaza deliberadamente a períodos de generación solar. Esto aumenta significativamente la fracción solar, especialmente durante las estaciones intermedias.
Fuente: HTWG Konstanz
Dos temporadas de calefacción monitoreadas con resultados concluyentes
La microcasa fue instrumentada y monitoreada en detalle durante dos temporadas de calefacción. Los resultados confirman que, en edificios adecuados con un sistema fotovoltaico de tamaño suficiente, la calefacción solar-eléctrica directa controlada continuamente puede combinarse con un tanque de agua caliente controlado continuamente en un sistema técnicamente sólido y económico, logrando altas fracciones solares.
El consumo específico de energía para calefacción espacial en el año de revisión fue de 37 kWh/m²a, equivalente a un consumo anual de 1,834 kWh. El edificio tiene un estándar de aislamiento muy alto. Sin embargo, la relación superficie-área/volumen, que es desfavorable para edificios pequeños, y un sistema de ventilación sin recuperación de calor aumentan notablemente la demanda de energía.
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El balance mensual de consumo de calor muestra claramente la concentración en la temporada de calefacción. Alrededor del 91% de la demanda de calefacción espacial ocurre de octubre a abril, siendo diciembre y enero los responsables de alrededor del 41%.
Fuente: HTWG Konstanz
Agua caliente: pérdidas de almacenamiento como parte del desplazamiento de carga
El consumo de electricidad para la producción de agua caliente doméstica fue de 694 kWh por año, o alrededor de 14 kWh/m²a. Esto es comparativamente alto para un hogar de una sola persona. La razón principal son las pérdidas de almacenamiento del tanque de 120 l. A 1.48 kWh por 24 horas, suman hasta 537 kWh por año, alrededor del 77% de la electricidad utilizada para agua caliente.
Estas pérdidas son una consecuencia directa de la estrategia de control seleccionada: cuando hay energía solar sobrante, se calientan deliberadamente el edificio (losa de hormigón) y el tanque de agua caliente doméstico por encima de sus temperaturas objetivo normales. Esto crea capacidad de almacenamiento térmico y desplaza el consumo de electricidad a períodos de alta generación solar. Las pérdidas de almacenamiento son por lo tanto parte del desplazamiento de carga intencionado.
La temporada de calefacción domina el balance energético anual
Alrededor del 91% de la demanda de calefacción espacial ocurre durante la temporada de calefacción de octubre a abril. Diciembre y enero tienen un impacto particularmente fuerte, representando juntos alrededor del 41% de la demanda anual de calefacción espacial. Estos dos meses determinan en gran medida el balance energético anual, tanto para el consumo como para la fracción solar.
Autosuficiencia energética triple en un balance anual
Se instala un sistema fotovoltaico de 8.6 kWp. A pesar del sombreado parcial y la generación inusualmente baja en diciembre, causada por la prolongada cobertura de nieve y la niebla alrededor del lago de Constanza, la generación anual alcanzó los 8,118 kWh. Esto corresponde a un rendimiento específico de 990 kWh/kWp.
Alrededor del 36% de la generación ocurre durante toda la temporada de calefacción, mientras que diciembre y enero representan solo alrededor del 3%. En un balance anual, el sistema fotovoltaico generó más de tres veces la electricidad requerida para el suministro de calor:
Generación fotovoltaica: 8,118 kWh/a
Demanda de electricidad para calefacción espacial y agua caliente: 2,529 kWh/a
Alrededor del 21% de la energía solar se utilizó directamente para satisfacer la demanda de calor.
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El sistema fotovoltaico generó 8,118 kWh/a. Alrededor del 21% de la energía solar se utilizó para satisfacer la demanda de calor. La baja generación fotovoltaica en diciembre debido a la prolongada cobertura de nieve es particularmente notable.
Fuente: HTWG Konstanz
Fracción solar: promedio anual del 68%
El indicador clave de rendimiento del proyecto es la fracción solar:
68% de fracción solar para la generación total de calor (balance anual)
61% de fracción solar para calefacción espacial
Durante las estaciones intermedias, la demanda de calor puede ser cubierta casi por completo por energía solar. Dependiendo del rendimiento fotovoltaico, es aquí donde la estrategia de control entrega su efecto completo.
En diciembre y enero, la disponibilidad solar naturalmente baja se vuelve más pronunciada. Esta limitación inherente al sistema afecta a todas las formas de suministro de calor basado en energía solar.
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En el balance anual, la fracción solar de la generación total de calor es de alrededor del 68%. Para calefacción espacial, alrededor del 61% es suministrado por energía solar. La fracción solar es particularmente alta durante las estaciones intermedias.
Fuente: HTWG Konstanz
Factor de rendimiento anual de 3.16 con fotovoltaica
La evaluación de las fracciones solares y las importaciones de la red resulta en un factor de rendimiento anual calculado de 3.16 para agua caliente y calefacción con fotovoltaica.
En relación con la electricidad utilizada de la red, se suministra más de tres veces más calor. El consumo de electricidad de la red es comparable al de una bomba de calor aire-agua, pero con un nivel de inversión decididamente diferente.
Científicamente confirmado: La calefacción fotovoltaica está lista para el futuro.
El proyecto de investigación "IR-Bau 2" muestra que la calefacción fotovoltaica puede desempeñar un papel importante en el suministro de calor de edificios adecuados. Esta forma de suministro de calor también ya está establecida en la ley: la Ley de Energía de Edificios de Alemania (GEG) reconoce la calefacción directa controlada por PV como una opción de cumplimiento en virtud de la Sección 71d.
Los datos de medición disponibles demuestran que la tecnología funciona y puede implementarse económicamente. También sería deseable una apertura regulatoria similar en otros países-
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El informe final completo del proyecto de investigación está disponible en:
https://www.htwg-konstanz.de/fileadmin/pub/ou/energie/Forschung/IR-Bau_2/Abschlussbericht_Forschungsprojekt_IR-Bau_2.pdf
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AC•THOR 9s
en uso
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