Consumo energético casi nulo. Aplicación en viviendas unifamiliares mediante hibridación de bomba de calor aerotérmica y generación fotovoltaica. 5ª Parte.
Propuesta de instalación para obtener vivienda de Consumo Casi Nulo.
Una vez expuesto en los anteriores artículos los antecedentes y los objetivos a conseguir, vamos a entrar al meollo de la cuestión y comprobar cómo una vivienda unifamiliar construida cumpliendo la reglamentación actual del Código Técnico (CTE), dotada con un sistema de climatización centralizado con aerotermia para producción de ACS, calefacción por suelo radiante y refrigeración por fan coils, estaría dentro de los parámetros de una vivienda de Consumo Casi Nulo si se instala un sistema de autoconsumo mediante generación fotovoltaica y baterías de acumulación.
Resumen datos de partida:
- Edificios consumo casi nulo según Directiva Europea en zona mediterránea, Consumo energía primaria 0-15 kwh/m2.
- Consumo máximo de energía secundaria 65 Kwh/m2 (directiva europea)
- Consumo calefacción energía secundaria <= 15Kwh/m2. (DB H1)
- Consumo refrigeración energía secundaria <= 15Kwh/m2 (DB H1)
- Consumo ACS energía secundaria = 16.73Kwh/m2 (Deducido de estudio IDAE post nº 4)
- Consumo resto electrodomésticos e iluminación energía secundaria = 21.7Kwh/m2 (Deducido de estudio IDAE post nº 4)
Recordemos que nuestro edificio de estudio es una vivienda unifamiliar de 110 m2 ubicada en la costa Mediterránea.
Para calefacción, refrigeración y producción de ACS empleamos una bomba de calor aerotérmica de las siguientes características energéticas:
- COP = 4.5 Para temperaturas de producción agua caliente 35-40ºC (suelo radiante o radiadores de baja temperatura)
- EER = 2.4 Para temperaturas de 7ºC (refrigeración fan coils)
- COP = 3.51 Para temperaturas de ACS 50ºC (factor de reducción de COP 0.78)
Estas características son normales en la gama de las mayoría de las marcas de bombas de calor aerotérmicas domesticas del mercado.
Veamos cuáles son los consumos de Energía Secundaria de la vivienda:
- Consumo de calefacción kwh/m2 electricidad = demanda calefacción Kwh/m2/COP = 15/4.5 = 3.33 Kwh/m2
- Consumo de refrigeración kwh/m2 electricidad = demanda refrigeración Kwh/m2/EER = 15/2.4 = 6.25 Kwh/m2
- Consumo de ACS kwh/m2 electricidad = demanda ACS Kwh/m2/COP(acs) = 16.73/3.51 = 4.76 Kwh/m2
- Consumo de electricidad Kwh/m2 resto de electrodomésticos = 21.7 Kwh/m2
El consumo total de electricidad energía secundaria de la vivienda es la suma de todos que sería = 3.33+6.25+4.76+21.7 = 36.05 Kwh/m2.
En primer lugar se comprueba que cumplimos una de las premisas de la Directiva Europea, el consumo de Energía Secundaria es menor al máximo de 65 kwh/m2. Hemos calculado el consumo de Energía Secundaria, la que pagamos en nuestras facturas, veamos ahora el consumo de Energía Primaria no renovable.
Para pasar de Energía Secundaria a Primaria utilizamos los factores de conversión que se vieron en el post nº3 y así obtener el consumo de energía primaria no renovable. Para la electricidad convencional en la zona peninsular el factor de paso es 1,954, luego el consumo de energía primaria es 1,954 x 36.05 = 70.44 kw/hm2. Muy lejos del objetivo que teníamos para llegar a una vivienda de consumo casi nulo que debe ser menor a 15 kwh/m2.
Para llegar a este objetivo tendremos que producir electricidad en autoconsumo, por un valor en energía primaria de 70.44-15 = 55.44 Kwh/m2, o lo que equivale a que una producción de energía secundaria de electricidad de 55,44/1,954 = 28,733 Kwh/m2.
Bien ya tenemos la cifra mágica, tenemos que generar en autoconsumo al menos 28.733 kwh/m2, para nuestra vivienda de referencia de 110 m2, supone 3.121 kwh de producción anual.
Instalación de autoconsumo fotovoltáico.
¿Cuál es la instalación necesaria para esta producción fotovoltaica? Pues depende de muchos factores: de si es un sistema de autoconsumo directo, de si es con acumulación, de la ubicación, de la radiación solar, del número de días nublados al año, de la curva de consumo de la vivienda, etc.
Vamos pues a concretar la ubicación de la vivienda en la provincia de Almería y estudiamos la generación en autoconsumo para dos tipos de instalaciones: la primera con acumulación en baterías de litio y la segunda de consumo directo sin baterías. Consideramos una curva de consumo estándar para una vivienda con ocupación continua a lo largo del año y cinco personas con un consumo de 36.05 Kwh/m2 año, que para nuestra vivienda de referencia es de 4.000 Kwh/año. La instalación con acumulación la dimensionamos para que nos genere una energía auto consumida ligeramente superior al objetivo de 3.121 kwh año.
Para la instalación de consumo directo sin baterías, se realizan varias simulaciones partiendo del número de módulos utilizados en la opción con baterías de acumulación e incrementando el número de módulos hasta intentar cubrir el mínimo para ser considerada de consumo casi nulo.
Las simulaciones se realizan con la aplicación informática PVSOL. En la siguiente tabla se detalla un resumen de los datos obtenidos.
Conclusiones
Del análisis de los resultados se extraen las siguientes conclusiones:
La instalación de generación con batería de acumulación compuesta por 10 módulos de 265 Wp, una batería de litio 7.5 Kwh con inversor compatible, genera un total de 4.253 kwh/año, de los cuales son utilizados en autoconsumo 3.286 kwh/año. Por tanto con esta instalación estamos cubriendo el mínimo calculado para ser considerada edificio de Consumo Casi Nulo. El rendimiento neto entre potencia pico instalada y energía neta generada utilizada en auto consumo es de 1.240 Kwh/Kwp.
En las simulaciones con generación directa sin acumulación, se han empleado 4 opciones desde 10 hasta 30 módulos fotovoltaicos, comprobándose que en ningún caso se consigue llegar al mínimo de 3.121 Kwh/año. La máxima cobertura con 30 módulos es de 2.039 Kwh/año, que sólo es ligeramente mejor a la obtenida con diez módulos de 1.887 Kwh/año. Los rendimiento netos entre potencia pico instalada y energía neta generada utilizada en auto consumo son mucho menores a los de la instalación con baterías, y además disminuyen conforme aumentamos el numero de módulos pasando de 712.08 Kwh/Kwp para diez módulos a 256.48 Kwh/kwp para treinta módulos.
Esto se explica a la vista de la gráfica en la que se representa en la escala de tiempo las 24 de un día y la curva de consumo de una vivienda, superpuesta con la curva de producción fotovoltaica. Se puede observar que aumentando el número de módulos fotovoltaicos, podemos cubrir más del 100% de la demanda de energía durante el día, pero la energía necesaria en periodo nocturno nunca la llegaremos a cubrir.
En la instalación primera analizada con baterías de acumulación, el exceso de producción durante el día es almacenada en las baterías para ser utilizada en periodo nocturno.
En la actualidad, para pequeñas instalaciones domésticas no es interesante verter el exceso de energía producido durante el día a la red: el embrollo burocrático que genera unido a la baja remuneración del KWh vertido hacen esta opción inviable con la legislación actual. Si en un futuro se desarrolla el denominado balance neto, existente en varios países europeos, será una opción a tener muy en cuenta. De momento es mejor no verter a la red y dotar a las instalaciones fotovoltaicas domesticas de dispositivos de vertido cero, que ajustan la producción fotovoltaica al consumo o a la carga de las baterías.
No entraremos a valorar la rentabilidad económica de la instalación propuesta de generación fotovoltaica con acumulación, ya que no es el objetivo de estos artículos y porque hay una gran variedad de fabricantes tanto en baterías, como inversores y módulos que hacen que exista una amplia horquilla de precios para acometerla. Eso sí, indicar que los precios están continuamente a la baja, y se espera que continúe la tendencia, aunque quizás ya no tan pronunciada como en los últimos años.
Bien, pues tal como se prometió al comienzo de la serie de artículo, hemos indicado un camino a seguir para conseguir la calificación de edificio de Consumo Casi Nulo, para un caso particular de vivienda unifamiliar en zona mediterránea. Estamos a la espera de que se concrete en la normativa oficial española la Directiva Europea para la calificación de edificios de consumo casi nulo. El planteamiento de estos post no deja de ser un adelanto, y estamos seguros que con la línea de trabajo que se indica, será una solución a emplear en muchos edificios para conseguir la calificación de edificios de consumo casi nulo y no solamente para el caso particular que hemos desarrollado.
Seguid atentos, pues próximamente ofreceremos algún artículo complementario a esta serie donde podremos analizar algunas soluciones alternativas a la planteada para obtener el mismo objetivo. Hasta entonces.