¿Se pueden combinar los sistemas solares térmicos Demax con bombas de calor?

Colectores Demax con bombas de calor: hidráulica y calefacción

Comprender cómo integrar los sistemas anteriores requiere un buen conocimiento de la hidráulica implicada en los colectores solares térmicos y los circuitos de bombas de calor. Idealmente, en unas condiciones operativas determinadas, los caudales de los colectores y de la bomba de calor deberían mantenerse dentro de un margen del 10 % entre sí para evitar las molestas pérdidas parasitarias debidas a un bombeo excesivo. Asimismo, para garantizar una transferencia de calor suficiente, se recomienda mantener condiciones de flujo turbulento. Una afirmación muy común entre muchos profesionales se refiere a los gradientes térmicos, o diferencias de temperatura, que proporcionan los colectores. Los colectores Demax pueden alcanzar temperaturas de salida en el rango de 50 a 80 °C, mientras que la mayoría de las bombas de calor no funcionan bien, o incluso no funcionan en absoluto, en el rango de 25 a 35 °C. Para reducir o minimizar estos gradientes térmicos y mejorar el intercambio térmico, puede ser necesario utilizar depósitos acumuladores estratificados o intercambiadores de calor de placas compactos con una diferencia de temperatura («temperature approach») de no más de 2 °C. Estudios de investigación sectoriales han señalado que, en ausencia de diseños adecuados de interfaz en sistemas híbridos, la eficiencia de dichos sistemas puede disminuir entre un 15 y un 22 % respecto a su eficiencia nominal. Esta es también una de las razones principales por las que el uso de válvulas mezcladoras termostáticas resulta fundamental para mantener temperaturas de entrada estables cuando la ganancia solar es variable.

Marketing de cumplimiento: Lógica de prioridad, etapas de temperatura y regulaciones contra el cortociclo

El rendimiento predictivo requiere un control inteligente que ajuste el consumo energético según las circunstancias activas/en tiempo real. Tres protocolos de priorización en fases controlan la actividad del sistema:

El modo solar principal se activa cuando la temperatura del colector es al menos 8 °C superior a la temperatura de fuente requerida de la bomba de calor.

El modo de asistencia híbrida se activa durante una irradiación solar parcial y regula la temperatura del circuito del colector para precalentar el circuito de fuente sin sobrecalentamiento.

El modo de priorización de la bomba de calor se activa cuando hay energía solar insuficiente y se controlan los caudales del sistema para prevenir daños al compresor mediante el mantenimiento/control de los tiempos de funcionamiento.

Las pruebas de campo europeas han demostrado que el control escalonado de la temperatura redujo los ciclos del compresor en un 40 % y aumentó la vida útil del equipo en ese período. Los controles antiparcialización incorporan controles predictivos y anticipatorios de carga, así como previsiones de demanda térmica, reduciendo así arranques innecesarios que incrementan los costos de mantenimiento en 740 USD/año/unidad (The Ponemon Institute, 2023).

Beneficios de rendimiento de las bombas de calor asistidas por energía solar (SAHPs)

La combinación de colectores solares térmicos y bombas de calor ofrece un rendimiento sinérgico, gracias a sus respectivas fortalezas complementarias, que cada componente por sí solo no lograría. Considérelo una especie de trabajo en equipo con múltiples fuentes de energía. Los colectores solares aportan calor que la bomba de calor puede utilizar posteriormente para lograr una transferencia de calor más eficiente. Por ejemplo, los edificios requieren menos energía para hacer funcionar las bombas de calor, ya que se necesita menos energía para operar la bomba de calor, dado que una parte de la energía que debe ser transferida ya es suministrada por la energía solar. Además, esta configuración mejora el desempeño energético del edificio y modifica los patrones de consumo energético al reducir dicho consumo, lo que incrementa el desempeño energético del edificio y mejora su perfil de carga. De este modo, las bombas de calor asistidas por energía solar ayudan a que los edificios se comuniquen mejor con la red eléctrica, especialmente durante los períodos de máxima demanda energética.

Mejora del COP: Ensayos de campo de SAHP integradas Demax en la UE

Las pruebas europeas de los sistemas SAHP acoplados con la tecnología Demax muestran una mejora del COP del 20 al 30 % respecto a las bombas de calor utilizadas de forma independiente. Mientras que el evaporador se alimenta con energía térmica solar, se reduce el consumo total de electricidad y la temperatura del evaporador del compresor alivia la carga de trabajo de las bombas de calor en 10 a 15 °C. El mayor potencial de ahorro energético de esta tecnología radica en la superposición entre la disponibilidad de radiación solar y la demanda de calefacción. Además del ahorro de electricidad, los sistemas SAHP mejorados son más eficientes energéticamente en invierno, ya que requieren menos ciclos de descongelación y, por tanto, consumen menos energía.

Desplazamiento de la Carga y Resiliencia de la Red: Precalentamiento del Agua de Fuente para Reducir la Demanda Eléctrica Pico

Las bombas de calor asistidas por energía solar (SAHP) utilizan la luz solar para calentar agua que se empleará por la noche, cuando las tarifas energéticas son más altas, y para cargar la batería de calor (SAPH) durante el día, cuando las tarifas energéticas son más bajas. Hemos observado que los sistemas comerciales con batería de calor permiten una reducción del 30 al 40 % en la demanda energética pico. Además de disminuir los gastos energéticos, las SAHP mejoran la flexibilidad de la red eléctrica, y la participación en programas de respuesta a la demanda genera flujos adicionales de ingresos para los propietarios de edificios. Con las bombas de calor, los equipos de calefacción anteriormente subestimados se convierten en elementos fundamentales para gestionar la carga energética de los clientes y mejorar la red eléctrica en su conjunto.

Por qué la energía solar térmica por sí sola no es suficiente y cómo las bombas de calor completan la estrategia de descarbonización. Los sistemas solares térmicos tienen la capacidad de capturar calor renovable del sol, pero presentan limitaciones. Su capacidad para capturar calor se ve afectada por la nubosidad, el invierno y la noche. Si se depende únicamente de los sistemas térmicos para capturar calor con fines de producción energética, estos deberán recurrir a combustibles fósiles, lo que socava el objetivo de reducir las emisiones de carbono. En este contexto, las bombas de calor resultan extremadamente útiles. Pueden extraer energía térmica del entorno circundante y suministrar calor incluso mientras se está generando energía solar. Las bombas de calor son eficientes y cuentan con un coeficiente de rendimiento (COP) que puede alcanzar hasta 3,5, lo que representa una eficiencia mucho mayor que la de los sistemas convencionales. Asimismo, su eficiencia mejora aún más cuando se combinan con sistemas solares térmicos: el dispositivo solar térmico calienta previamente el agua antes de que ingrese a la bomba de calor, lo que permite que el compresor funcione con mayor eficiencia.

Según estudios, esta configuración puede reducir la demanda máxima de electricidad en un 18 %–34 % durante los períodos de estrés en la red eléctrica (2023, Fraunhofer ISE). Actualmente, según los datos de la AIE de 2024, las bombas de calor representan solo el 10 % del calentamiento de edificios a nivel mundial, lo cual no se alinea con nuestros objetivos climáticos. Sin embargo, la integración de bombas de calor con tecnología solar térmica mejora nuestro control sobre las cargas energéticas, aumenta la fiabilidad y permite un calentamiento de edificios con balance neto cero de emisiones de carbono durante todo el año. Estas dos tecnologías se complementan especialmente: la energía solar incrementa la eficiencia de las bombas de calor, y estas garantizan un funcionamiento estable en los períodos en que la energía solar es insuficiente. Esta combinación innovadora resulta verdaderamente transformadora para disminuir la dependencia de los combustibles fósiles, tanto desde una perspectiva técnica como económica, a diferencia de otras tecnologías que simplemente suman uno más uno para obtener dos.

Sección de Preguntas Frecuentes

P1: ¿Cuál es el principal desafío al integrar colectores Demax con circuitos de bomba de calor?

A1: El principal desafío consiste en equilibrar la hidráulica de los colectores solares térmicos y los circuitos de bombas de calor para evitar pérdidas parasitarias y permitir una transferencia de calor eficiente.

¿Cómo afectan las diferencias de temperatura la integración entre los sistemas?

Los colectores Demax pueden alcanzar temperaturas de 80 °C, pero las bombas de calor funcionan con mayor eficiencia a 25–35 °C. Esto significa que necesitan herramientas específicas para salvar esa diferencia de temperatura, manteniendo al mismo tiempo la eficiencia global del sistema.

¿Cómo aumentan las bombas de calor asistidas por energía solar (BCAS) la eficiencia?

Las BCAS operan con la energía solar como un «nuevo» (menos de 6 años) nivel energético. Este tipo de energía es menos costoso y, además, permite que el calor se transfiera fácilmente dentro de una unidad.

¿Por qué la energía solar térmica por sí sola no es suficiente?

Los sistemas solares térmicos también pierden eficiencia cuando está nublado y durante la noche, por lo que también necesitan la ayuda de combustibles fósiles. Las bombas de calor también pueden complementar los sistemas solares térmicos al proporcionar calor cuando no hay sol disponible, contribuyendo así a alcanzar plenamente el objetivo de descarbonización.