Desarrollan innovador sistema de almacenamiento subterráneo para aprovechar energía solar y reducir consumo en edificios
13 septiembre, 2024
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**Investigadores desarrollan un sistema para almacenar energía solar en el subsuelo y reducir el consumo energético en edificios**
Un equipo internacional de científicos ha propuesto un innovador sistema que aprovecha el excedente de energía solar fotovoltaica (PV) durante las estaciones de primavera y otoño para cargar un sistema de almacenamiento térmico subterráneo (UTES, por sus siglas en inglés). Este sistema permitiría utilizar esa energía almacenada para calefacción en invierno y refrigeración en verano, logrando una significativa reducción en el consumo energético de los edificios.
El estudio, realizado por investigadores de la Universidad de Nairobi en Kenia y el Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER), simuló el funcionamiento del sistema en un edificio escolar en Seúl, Corea del Sur. Los resultados mostraron que el sistema podría generar ahorros energéticos de hasta un 14% en calefacción y hasta un 39% en refrigeración, dependiendo de la configuración del almacenamiento térmico subterráneo.
### Contexto y funcionamiento del sistema
El crecimiento exponencial de las instalaciones de energía solar fotovoltaica ha generado un problema: el exceso de electricidad que se produce en ciertos momentos del año, especialmente en primavera y otoño, cuando la demanda de calefacción y refrigeración es baja. Este excedente de energía, si no se gestiona adecuadamente, puede desaprovecharse.
Para abordar este desafío, el equipo de investigadores diseñó un sistema que utiliza una bomba de calor alimentada por energía solar para cargar el UTES. En primavera, la bomba de calor enfría el almacenamiento subterráneo, lo que permite utilizar esa energía para refrigerar el edificio en verano. En otoño, el proceso es inverso: la bomba de calor calienta el subsuelo, y esa energía se aprovecha para calefacción en invierno.
### Simulación en un edificio escolar
El modelo de simulación se aplicó a un edificio escolar de cuatro pisos en Seúl, con una superficie de techo de 2,500 m² cubierta por paneles solares con una eficiencia del 21%. Estos paneles alimentaban una bomba de calor aire-agua con una capacidad de 160 kW para calefacción y refrigeración, y un consumo de 40 kW para refrigeración y 50 kW para calefacción. Además, se incluyó un intercambiador de calor de 4 kW para transferir la energía térmica del agua al aire.
El estudio evaluó tres escenarios: uno base, donde solo se utilizaba la bomba de calor alimentada por energía solar, y dos casos adicionales con diferentes configuraciones de almacenamiento térmico subterráneo. En el primer caso, se utilizó un UTES poco profundo con 964 perforaciones de 1.5 metros de profundidad, mientras que en el segundo caso se empleó un UTES profundo con 10 perforaciones de 150 metros de profundidad. Ambos sistemas tenían un volumen de almacenamiento de 800 m³.
### Resultados prometedores
Los resultados de la simulación mostraron que el sistema mejoraba el rendimiento estacional de la bomba de calor, aumentando el coeficiente de rendimiento (SCOP) en un 9% en invierno y hasta un 27% en verano en el caso del UTES poco profundo. En términos de ahorro energético, el sistema logró reducir el consumo en calefacción en un 14% y en refrigeración en un 39% en el primer caso, mientras que en el segundo caso los ahorros fueron del 13% y 36%, respectivamente.
Además, ambos casos presentaron una tasa de autoconsumo (SCR) de aproximadamente el 81% y una tasa de utilización del excedente de energía (SEUR) del 26%. La eficiencia térmica del almacenamiento subterráneo fue del 60% en el caso del UTES poco profundo y del 52% en el caso del UTES profundo.
### Un paso hacia la eficiencia energética
Este sistema representa un avance significativo en la gestión del excedente de energía solar, al permitir su almacenamiento y posterior uso en momentos de mayor demanda energética. «El balance entre la generación y el consumo de energía puede lograrse mediante enfoques de conversión de energía a calor (P2H) y energía a frío (P2C), aprovechando eficazmente el excedente de electricidad solar», explicaron los investigadores.
El estudio completo ha sido publicado en la revista *Energy Conversion and Management* bajo el título «Development and simulated evaluation of inter-seasonal power-to-heat and power-to-cool with underground thermal storage for self-consumption of surplus solar energy in buildings».
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