Sistema de calefacción y refrigeración con energía fotovoltaica para supermercados: un avance en soluciones energéticas sostenibles

Un equipo de investigadores chinos ha desarrollado con éxito un innovador sistema de calefacción y refrigeración que aprovecha la energía solar y el almacenamiento en baterías. Esta tecnología de vanguardia representa un avance significativo en soluciones energéticas sostenibles para edificios comerciales.

Los científicos responsables de este proyecto explicaron: «En esta investigación, proponemos un sistema integrado de calefacción y refrigeración ecológico para supermercados comerciales, que combina tecnología solar fotovoltaica con capacidad de almacenamiento de energía. Además, el sistema recupera el calor residual generado por el compresor para producir agua caliente, que puede utilizarse en diversas aplicaciones, como el baño, la calefacción de espacios y otros usos prácticos». Para evaluar exhaustivamente el potencial del sistema, los investigadores realizaron simulaciones para analizar su rendimiento termodinámico y las emisiones de carbono en diversas regiones de China.

La singularidad de este sistema reside en la integración inteligente de un enfriador de gas refrigerado por agua (WC) y un enfriador de gas refrigerado por aire (AC). Además, incorpora componentes esenciales como válvulas de estrangulamiento (TV), un evaporador, una bomba de agua, un panel fotovoltaico, una batería, un inversor fotovoltaico y un controlador fotovoltaico. El sistema se diseñó para funcionar en un supermercado de 1866 metros cuadrados, asumiendo un estado operativo estable con el grado de sobrecalentamiento del compresor establecido en 5 °C.

En el diseño del sistema propuesto, el fluido de trabajo se evapora primero en el evaporador antes de entrar al compresor para su compresión. El fluido de trabajo a alta temperatura resultante de la compresión fluye luego al condensador refrigerado por agua, donde transfiere calor al agua corriente, calentándola a alta temperatura. Esta agua calentada se bombea posteriormente a un tanque de almacenamiento de agua caliente, lista para su uso como agua caliente sanitaria.

Los investigadores profundizaron en el funcionamiento del sistema: «Tras un enfriamiento preliminar en el enfriador de gas refrigerado por agua, el fluido de trabajo pasa al condensador refrigerado por aire, donde libera calor a la atmósfera. A continuación, el fluido se enfría aún más y se dirige a la válvula de estrangulamiento. Finalmente, el fluido de trabajo, a baja temperatura y baja presión, vuelve a entrar en el evaporador, completando así el ciclo de refrigeración».

Para evaluar la eficacia del sistema, los investigadores realizaron simulaciones numéricas en cinco importantes ciudades chinas: Harbin, Pekín, Shanghái, Kunming y Cantón. También compararon los resultados con un sistema de referencia sin componentes fotovoltaicos ni aire acondicionado, que dependía únicamente de un inodoro para la calefacción.

Según los resultados de la investigación, «El coeficiente de rendimiento (COP) del sistema aumenta inicialmente y luego disminuye a medida que aumenta la presión de descarga, alcanzando su valor máximo en la presión de descarga óptima. Cuando la presión de descarga alcanza los 8,13 MPa, el COP total máximo llega a 7,34». Además, el estudio reveló que, a medida que aumenta la latitud de una ciudad, su consumo eléctrico total disminuye. En comparación con el sistema base, el nuevo sistema puede reducir el consumo de energía en un impresionante 61,8 % - 76,2 %.

El análisis también demostró una clara correlación entre la latitud de una ciudad y las emisiones del sistema. En general, la adopción del novedoso sistema conlleva una reducción sustancial de las emisiones de carbono, que oscila entre el 51,3 % y el 63,3 %. Los investigadores concluyeron: «Nuestro nuevo sistema supera al sistema base en cuanto a la reducción de la presión de descarga. Cabe destacar que, a mayor temperatura ambiente, mayor es la reducción de la presión de descarga. A una temperatura ambiente de 40 °C, la presión de descarga puede reducirse hasta en un 12,28 %». Este innovador sistema de calefacción y refrigeración con energía fotovoltaica promete revolucionar los patrones de consumo energético en los supermercados comerciales, ofreciendo una alternativa sostenible y eficiente a los sistemas tradicionales.