Sistema de generación de electricidad mediante la conversión fotovoltaica de la energía solar : aplicación a una bomba de calor

La generación de electricidad mediante la conversión fotovoltaica de la energía solar para aplicaciones térmicas es un campo relativamente desconocido a día de hoy, sobre el cual existen pocas investigaciones. La diferencia fundamental con las aplicaciones típicas de los sistemas fotovoltaicos es la variabilidad de la demanda térmica del edificio, lo que se traduce en una demanda eléctrica variable a lo largo del día y de la temporada. Este aspecto es el que constituye el principal cuello de botella de la energía solar para aplicaciones térmicas. El objetivo del presente proyecto es calcular, diseñar y evaluar la producción de electricidad de una instalación fotovoltaica para alimentar sistemas de refrigeración y calefacción que prestarán servicio al edificio de un hotel. El proyecto se centra en la producción de calor y frío con bomba de calor reversible de compresión mecánica de vapor, la cual estará alimentada eléctricamente por el sistema fotovoltaico, con el apoyo auxiliar de la red eléctrica convencional. Para ello, este trabajo comienza determinando la carga y demanda térmica del edificio para las temporadas de refrigeración y calefacción y seleccionando la bomba de calor reversible a partir de un catálogo comercial. A partir de la demanda eléctrica de la bomba y de la energía solar disponible para el día de mayor demanda térmica, se dimensiona el campo de módulos fotovoltaicos y el resto de componentes principales de la instalación: baterías de almacenamiento, controladores de carga e inversores. Una vez diseñada la instalación, se realiza una simulación para evaluar la producción del sistema fotovoltaico, determinando el apoyo de electricidad de red que será necesario. Finalmente, a partir de los resultados obtenidos para ambas temporadas, se determina la reducción de las emisiones de CO2 respecto a la alimentación convencional con electricidad de red y se presenta un estudio económico del sistema fotovoltaico que comprende la inversión inicial y el periodo de amortización.The electricity generation through solar energy photovoltaic conversion for thermal applications is a relatively unknown field nowadays, and little research has been done into it. The key difference compared with photovoltaic typical applications lies in the variability of the thermal demand of the building, which results in a variable electricity demand throughout the day and the season. This aspect represents the main bottle neck of solar energy for thermal applications. The objective of this project is to calculate, design and assess the electricity production of a photovoltaic system designed to supply power to an HVAC system for a hotel building. The project focuses on heat and cold generation with mechanical vapor compression and reversible heat pump, which will be powered by the photovoltaic system, with the national electricity grid as backup system. For this objective, this report starts calculating the thermal load and demand of the building during the cooling and heating seasons. After that, a reversible heat pump is selected from a sales catalogue. On the basis of the electricity demand of the heat pump and the available solar energy of the day with maximum thermal demand, the photovoltaic modules field and the rest of main components of the facility are sized: charge controllers, the storage battery system and the inverters. Once the photovoltaic system is designed, a simulation is carried out in order to make an assessment of the photovoltaic system production, determining the backup electricity from the national grid that would be necessary. Finally, after having obtained the results for both seasons, the savings in CO2 by the use of this photovoltaic system compared to conventional electricity is calculated, and an economic analysis is provided to assess the initial investment and the amortization period of the facility.Ingeniería en Tecnologías Industriale