Desarrollan en Italia una revolucionaria bomba de calor dual con CO2 y energía solar para maximizar la eficiencia energética

Investigadores italianos desarrollan una bomba de calor dual con CO2 y paneles fotovoltaicos-térmicos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Padua, en Italia, ha diseñado un innovador sistema de bomba de calor de doble fuente que utiliza dióxido de carbono (CO2) como refrigerante y aprovecha tanto el aire como la energía solar a través de paneles fotovoltaicos-térmicos (PVT). Este sistema, denominado bomba de calor solar asistida de doble fuente con CO2 (CO2 SA-DSHP, por sus siglas en inglés), promete mejorar la eficiencia energética al combinar dos evaporadores en su funcionamiento.

La principal novedad de este sistema radica en la capacidad de operar con dos evaporadores distintos: uno de aire, compuesto por un intercambiador de calor de serpentín con aletas, y otro solar, formado por tres paneles PVT. Según los investigadores, esta configuración permite seleccionar entre el uso de aire o energía solar como fuente térmica, o incluso utilizar ambas de manera simultánea, sin necesidad de dividir el flujo de refrigerante entre los dos evaporadores. Además, resuelve el problema de la distribución desigual del refrigerante en la entrada de los evaporadores, un desafío común en este tipo de sistemas.

El sistema de 5 kW incluye varios componentes clave: un compresor rotativo vertical hermético impulsado por inversor, un intercambiador de calor interno (IHE), un gas enfriador (GC), el evaporador de aire y el evaporador solar compuesto por los paneles PVT. Estos paneles, de 270 W cada uno, están acoplados a un intercambiador de calor de placa y tubo, lo que permite tanto la evaporación del refrigerante como la refrigeración de las células fotovoltaicas, mejorando así su rendimiento.

La bomba de calor puede operar en tres modos diferentes: modo aire (AIR-M), modo solar (SOL-M) y modo simultáneo (SIM-M). En el modo AIR-M, el sistema utiliza únicamente el aire como fuente térmica, mientras que en el modo SOL-M se aprovecha exclusivamente la irradiación solar. En el modo SIM-M, se combinan ambas fuentes de energía, aire y solar, para maximizar la eficiencia.

Durante su funcionamiento, el CO2 circula a través del intercambiador de calor interno (IHE) antes de ingresar al compresor, lo que permite sobrecalentar el refrigerante. Para ajustar el nivel de sobrecalentamiento, se utiliza una válvula de tres vías (VB) que regula el flujo de refrigerante proveniente del receptor de baja presión (REC).

El equipo de investigación realizó una serie de pruebas en condiciones invernales para evaluar el coeficiente de rendimiento (COP) y el consumo energético del sistema. Las pruebas se llevaron a cabo con el compresor y el ventilador al 50% de su capacidad, la bomba al 40%, una presión alta de 80 bares y el agua calentada de 30 °C a 35 °C.

Los resultados experimentales revelaron que el modo simultáneo (SIM-M) ofrece un mayor rendimiento en términos de presión de evaporación y COP en comparación con los modos AIR-M y SOL-M. No obstante, los investigadores señalaron que el modo solar (SOL-M) puede superar al modo simultáneo en condiciones de alta irradiación solar y bajas temperaturas del aire, cuando la temperatura de evaporación es superior a la del aire.

Este avance tecnológico podría representar un paso importante hacia sistemas de calefacción más eficientes y sostenibles, aprovechando tanto la energía solar como el aire ambiente para reducir el consumo energético y mejorar el rendimiento de las bombas de calor.

Los detalles completos de esta investigación están disponibles en el estudio publicado por el equipo de la Universidad de Padua.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2024/09/23/dual-source-co2-heat-pump-based-on-photovoltaic-thermal-evaporators/