Las energías renovables son el papel principal para cumplir los objetivos de descarbonización de la Unión Europea para 2030 y 2050. Pero, para ello es fundamental que cambiemos nuestros hábitos de consumo y hagamos un uso más eficiente de la energía. Aparte de los beneficios ya conocidos de las energías renovables existe una opción todavía más efectiva. Se trata de conjugar fuentes de energía verde. Por ejemplo, el uso combinado de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico es una práctica cada vez más habitual y efectiva.

 La pregunta que muchos nos hacemos al barajar opciones de energía renovable es ¿Cuántas placas solares necesito para mi casa? ¿Con estos paneles solares puedo conseguir la energía perfecta para mi hogar? ¿Sale rentable poner plantas fotovoltaicas? ¿Se pueden combinar varias energías renovables? En este artículo te resolvemos muchas de estas dudas y te ofrecemos nuestra ayuda para cualquier consulta.

Sigue leyendo y conoce más sobre estas alternativas con la que puedes obtener refrigeración, calefacción y agua caliente sanitaria para tus espacios de manera sostenible. Y, lo que es mejor, reduciendo al mínimo tu factura de electricidad.

Aerotermia y autoconsumo fotovoltaico, ¿Qué aporta cada tecnología?

Para entender por qué resulta conveniente aunar aerotermia con placas solares, es pertinente conocer cada tecnología por separado. De entrada, describiremos brevemente en qué consiste la energía solar fotovoltaica y el proceso para obtenerla.

La energía solar y las instalaciones de autoconsumo fotovoltaico

La energía solar fotovoltaica consiste en el aprovechamiento de la radiación solar para producir electricidad, ofreciendo la posibilidad de tener calefacción y aire acondicionado con placas solares. En síntesis, esto es posible gracias al denominado efecto fotovoltaico, que no es otra cosa que la capacidad de ciertos materiales para absorber fotones -que son partículas lumínicas- y liberar electrones. Tal efecto genera una corriente eléctrica. Para este propósito, contamos con paneles compuestos por células fotovoltaicas. Es decir, por dispositivos semiconductores fabricados con silicio monocristalino, policristalino o amorfo.

Aun así, hay una serie de variables que condicionan el funcionamiento de las placas solares:

La potencia nominal

Hablamos de la cantidad de corriente continua que generan los paneles en condiciones de prueba estándar. Concretamente, cuando reciben una radiación solar perpendicular de 1.000 megajulios por metro cuadrado, con una temperatura constante de 25ºC en la placa solar. Es cierto que tales condiciones no se dan normalmente en la realidad, pero sirven de referencia para medir la potencia de los paneles solares.

Dicho esto, mencionaremos las potencias más comunes que proporcionan los paneles solares existentes en el mercado:

• De 36 celdas. Ofrecen potencias desde los 5W hasta los 140W. Suelen utilizarse en instalaciones aisladas de pequeña potencia o en segundas casas en las que el consumo es relativamente poco.
• Paneles solares de 60 celdas. Su potencia nominal está entre los 260W y los 330W, lo que las hace ideales para instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo en comunidades de vecinos. Pero igualmente son comunes en pequeñas empresas y residencias principales, con consumos de energía más constantes, y hasta en huertos solares.
• Placas solares de 72 celdas. Sin duda, son módulos que encajan en proyectos de gran envergadura, como grandes huertos solares para generación y distribución de energía y en grandes naves industriales. Los más comunes tienen potencias nominales entre los 360 y los 400W. Pero ya existen en el mercado módulos que ofrecen desde 450 hasta 500W y más.

Eficiencia de los paneles, crítica para el binomio aerotermia y autoconsumo fotovoltaico

Otro factor decisivo es la eficiencia, o porcentaje de luz solar que un panel fotovoltaico logra transformar en electricidad, comparado con el total de radiación que absorbe. Esta es una variable particularmente importante para obtener un alto porcentaje de ahorro con la combinación de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico con placas solares. Por lo general, las placas monocristalinas, tienen un porcentaje de eficiencia entre el 18% y el 22%. Recientemente, algunos fabricantes han logrado en módulos de estas características hasta un 25% de eficiencia. En cambio, los paneles policristalinos aportan porcentajes de eficiencia que rondan entre el 15% y el 17%. Estos índices se comprueban mediante las mismas condiciones de testeo estándar aplicadas para determinar la potencia nominal.

Cantidad de radiación de acuerdo con la zona geográfica

En efecto, no todas las zonas geográficas reciben la misma intensidad de radiación solar, dadas su ubicación y condiciones climáticas. Tal variable condiciona el porcentaje de conversión de luz solar en electricidad y en la cantidad de kilovatios que generan los paneles solares. Lo mismo ocurre con respecto a la orientación e inclinación de los paneles para recibir la mayor irradiación posible durante el día. 

En principio, la orientación más adecuada es hacia el sur, porque es el punto cardinal donde mayor radiación solar puede captarse en el transcurso del día. Por tanto, es la que mayor conversión de energía solar proporciona. Actualmente, sin embargo, hay una tendencia a orientar las placas solares en sentido Este y Oeste, disponiendo hileras de módulos en forma de ala Delta. Esta orientación evita el sombreado que producen las placas delanteras sobre las traseras cuando están colocadas en sentido sur.

Tras decidir la orientación, corresponde determinar el ángulo de inclinación óptimo de acuerdo con la latitud del lugar donde ha de instalarse el sistema fotovoltaico. La inclinación más conveniente no es un valor fijo, ya que es variable según las estaciones. Con la finalidad de lograr el máximo rendimiento durante el invierno, la inclinación más beneficiosa sería el resultado de sumar la latitud más 15º. A la inversa, en verano, será el resultado de restar a la latitud -15º.

Un ejemplo para determinar la inclinación

Pongamos por caso que la ubicación de la comunidad de vecinos, empresa o residencia donde se dispondrá la instalación fotovoltaica está en Pozuelo de Alarcón. Este municipio de la Comunidad de Madrid está situado geográficamente en los 40°26’ 27” de latitud Norte. Entonces, la inclinación más favorable en invierno es de 55º; mientras que en verano, será de 25º.

Precisamente, esta es la razón por la que las empresas de ingeniería encargadas de las instalaciones solares establecen un grado de inclinación intermedia cuando los paneles están en una ubicación fija y sin seguidores. En España, tal inclinación está entre los 30º y 40º con orientación Sur. 

Otros componentes indispensables en una instalación fotovoltaica

Si bien, los paneles solares son los elementos más importantes en una instalación fotovoltaica, son necesarios otros componentes para completar el proceso de aprovechamiento de la energía solar:

• Inversores. Estos dispositivos son esenciales en las instalaciones fotovoltaicas, ya que convierten la corriente continua (CC) producida por las placas solares en corriente alterna (CA). Esta última es el tipo de corriente adaptada al consumo cotidiano, ya que es la que requieren la mayoría de electrodomésticos y equipos.
• Transformadores. Son los equipos encargados de elevar la corriente alterna de baja tensión (380-800 V) generada por los inversores para que alcance una tensión media de hasta 36 kW.
• Canalizaciones y protecciones. En sí es el conjunto de componentes que integran el cableado, las conexiones y los dispositivos de seguridad. Está integrado por: líneas de cableado para corriente continua y corriente alterna, interruptores de corte, tomas a tierra, entre otros sistemas de seguridad.
• Baterías y reguladores de carga. Estos componentes suelen valorarse como opcionales en gran cantidad de instalaciones de autoconsumo fotovoltaico. No obstante, es muy beneficioso contar con los mismos aun cuando el sistema esté o no conectado a la red eléctrica convencional. Los acumuladores almacenan la energía proveniente de los paneles solares que no consumimos y esta puede usarse en las noches y en los días nublados. Por su parte, los reguladores de carga tienen la función de controlar y adaptar la energía generada para que la misma pueda almacenarse en las baterías de energía solar. De este modo, si al binomio aerotermia y autoconsumo fotovoltaico sumamos baterías y reguladores de carga, añadimos más elementos de ahorro.

Equipos de medida y monitorización

Mención aparte requieren estos dispositivos que, como su denominación lo indica, por un lado, registran los indicadores de la generación de electricidad del sistema. Y por el otro, facilitan la monitorización a distancia que algunas empresas de servicios energéticos, como E4e Soluciones, ofrecen a sus clientes.

La bomba de calor, elemental en la combinación de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico

Ahora, hablaremos del segundo factor elemental en la fórmula aerotermia y autoconsumo fotovoltaico. Y este es la aerotermia, de la que explicaremos sus principios básicos.

En esencia, la aerotermia es una tecnología capaz de aprovechar la energía del aire para generar frío o calor, gracias a equipos configurados para realizar dichos procesos. De hecho, existen sistemas de aire acondicionado, calefacción y calentadores de agua sanitaria que incorporan la mencionada tecnología.

Básicamente, los equipos de aerotermia extraen el calor del ambiente, aunque sea escaso. Dicha operación es posible porque su sistema emplea un fluido refrigerante con muy baja temperatura. El mismo capta el calor del medioambiente y, tras someterse a un ciclo de descompresión mediante compresores, a lo interno del sistema, descarga el calor dentro de la bomba de calor en el espacio a climatizar. A este proceso de intercambio de temperaturas entre el aire externo e interno se le conoce como ciclo termodinámico. Pero, popularmente, también recibe la denominación de principio de la “bomba de calor”, una máquina cuya invención es atribuida a Peter von Rittinger.

En realidad, el calor generado por los equipos de aerotermia suministra calefacción en invierno y agua caliente sanitaria. Por si fuera poco, estos sistemas son de ciclo inverso. Es decir, que igualmente pueden emitir frío y operar como aires acondicionados en verano. Tal versatilidad nos permite mantener nuestra calidad de vida durante las estaciones más extremas, gracias a la combinación de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico.

El ciclo termodinámico como fundamento de la aerotermia

Dicho de un modo sencillo, el ciclo termodinámico que ejecutan los equipos aerotérmicos para proporcionar calor o frío tiene cuatro etapas:

• Al inicio, el compresor presiona un fluido refrigerante frío hasta aumentar su temperatura, aunque sin transformarlo en líquido.
• A continuación, dicho fluido llega al condensador. Allí se enfría y se convierte en líquido, al tiempo que expulsa el calor al exterior. Esto cuando funciona como aire acondicionado.
• Luego, la válvula de expansión disminuye drásticamente la presión del refrigerante, lo que transforma ese gas a baja temperatura.
• Finalmente, el evaporador absorbe la energía de la estancia, haciendo que la temperatura del gas aumente y la del aire del ambiente se reduzca.

Por el contrario, si queremos generar calor mediante el mismo sistema, solo cambiaremos el ciclo por intermedio de una válvula de cuatro vías. De esta forma, el sistema llevará aire caliente al interior y aire frío al exterior. Con este objetivo, el condensador presiona al refrigerante para aumentar su temperatura. Una vez que el fluido llega al condensador, expande su calor al aire ambiente. Tras esta operación, la válvula de expansión reduce la presión del fluido, transformándolo en gas a baja temperatura. Para finalizar, el refrigerante pasa al evaporador para enfriarse, al tiempo que expulsa el aire frío al exterior.

Características de un sistema aerotérmico

Fácilmente podemos confundir una unidad de aerotermia con una de aire acondicionado tipo split. De hecho, sus carcasas y ensamblajes tienen algún parecido. Sin embargo, ambos son muy diferentes. Para empezar, los equipos de aerotermia son mucho más eficientes que los de aire acondicionado convencional. Esto se debe a que poseen un coeficiente de rendimiento o COP superior a 4. Dicho de otro modo: por cada kilovatio de electricidad que consume, genera 4 kilovatio térmicos. Y si esta electricidad la obtenemos con placas solares, casi no tendremos que pagar por la misma. Más adelante, abordaremos nuevamente esta ventaja de aunar aerotermia y autoconsumo fotovoltaico.

Por otra parte, los componentes que integran un sistema aerotérmico son capaces de:

• Controlar la temperatura por medio de un panel.
• Acumular agua caliente y distribuir la misma hacia los fan coils, tuberías de agua caliente sanitaria y los dispositivos de suelo radiante.

Por cierto, los fan coils son los equipos más habituales para distribuir en los espacios interiores el frío o calor generado por la aerotermia. Al igual que para los A/A convencionales, hay fan coils aerotérmicos de techo y de pared. Cabe destacar la opción de los suelos radiantes como dispositivos de distribución del calor. Estos últimos emplean un sistema de válvulas que divide la vivienda o edificio por zonas y permite que a cada cual llegue la temperatura requerida.

Ventajas de asociar aerotermia y autoconsumo fotovoltaico

Normalmente, para la asociación entre aerotermia y autoconsumo fotovoltaico, la instalación de paneles solares está presente en las comunidades de vecinos, residencias o empresas que usan los dos sistemas. Pero existe otra alternativa para la obtención de energía fotovoltaica: a través de un contrato de Power Purchase Agreement o PPA off site. La diferencia es que el usuario debe pagar por este suministro energético, aunque el mismo sea más económico; al contrario que contar con una planta fotovoltaica in situ, que le permite disfrutar del ahorro que proporciona la combinación de tecnologías que nos ocupa.

Suponiendo que el edificio, nave industrial o vivienda cuenten con el aislamiento térmico adecuado, un sistema unificado de aerotermia y energía fotovoltaica sería la alternativa de climatización más eficiente.

Al respecto, debemos tener en cuenta una reciente investigación del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). El estudio desveló que el 62% del consumo de electricidad en el sector residencial español está dedicado exclusivamente a calefacción y agua caliente sanitaria; más del doble de la energía empleada para iluminación y electrodomésticos (29%).

Electricidad y climatización con fuentes renovables

A decir verdad, la energía aerotérmica no es 100% renovable por una sola razón: las bombas de calor requieren electricidad para su funcionamiento. Como ya dijimos, el rendimiento de estos sistemas compensa esta condición, ya que produce tres veces más energía térmica que la energía eléctrica que consume.

Desde esta perspectiva, si alimentamos los sistemas aerotérmicos con electricidad generada por una instalación fotovoltaica, la situación cambia totalmente. Y esto es así porque los paneles solares sí producen un tipo de energía renovable al completo, por lo que, automáticamente, las bombas de calor adquirirán esta misma característica. En otras palabras, ya no requerirá electricidad de la red convencional y su funcionamiento será 100% sostenible.

En paralelo, al generar de forma autónoma la energía requerida por el sistema aerotérmico mediante los módulos solares, logramos una reducción sustancial del importe de la factura de electricidad convencional. Y lo que es mejor: podemos mantener nuestro nivel de calidad de vida con climatización adecuada y agua caliente sanitaria a muy bajo coste. Hay casos comprobados de usuarios residenciales en España que han logrado ahorrar hasta un 95% en el término de consumo de sus facturas de electricidad.

¿Es posible la unión de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico?

¿Es posible beneficiarse aún más de la unión entre aerotermia y autoconsumo fotovoltaico? Avances tecnológicos recientes permiten decir que sí. Por ejemplo, ya existen bombas de calor con un sistema de regulación incorporado e integrable con instalaciones solares. De esta manera, el sistema aerotérmico aprovecha las horas del día en las que los módulos producen más electricidad de la que aquellas consumen. Con este excedente de energía, calientan agua corriente sanitaria y la almacenan para su empleo posterior.

Más aún, también están en prueba sistemas híbridos que disponen de un sensor de predicción meteorológica. Así es factible anticipar la cantidad de energía que producirán las placas solares y tomar decisiones sobre su consumo y el almacenamiento.

¿Quieres instalar un sistema conjunto de aerotermia y autoconsumo fotovoltaico?

En E4e Soluciones diseñamos y ejecutamos instalaciones de autoconsumo fotovoltaico para empresas, comunidades de vecinos y particulares. Contamos con más de doce años de experiencia en el sector de las renovables, llevando a cabo proyectos de diversa complejidad y envergadura. Todos ellos con ahorro garantizado y total satisfacción de nuestros clientes. Si tu intención es aplicar aerotermia y autoconsumo fotovoltaico de forma conjunta, nosotros podemos asesorarte y llevar a cabo dicho proyecto.

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