Energía fotovoltaica aplicada a la climatización

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Actualmente, los sistemas ahorradores de energía son la opción más viable para economizar en costo monetario y gasto energético; la adaptación de los sistemas fotovoltaicos a los equipos de climatización es una tendencia que ha recibido un impulso considerable.

Por Marisa Jiménez.

Al tratarse de una práctica nueva, la implementación de dispositivos fotovoltaicos ha sido una cuestión de prueba y error, pues tradicionalmente se recurría a la energía eléctrica para poner en marcha los equipos; sin embargo, al adaptar el uso de energías limpias se maximiza la relación entre el desempeño del equipo y el ahorro energético.  Los sistemas de climatización energizados mediante radiación solar son una solución naturalmente eficiente para las aplicaciones HVAC comerciales, en las que, por lo general, se utilizan chillers de absorción. Los chillers de absorción utilizan el agua calentada por el Sol, por medio de un colector solar, como fuente primaria de poder, en lugar de energía mecánica para poner en funcionamiento el sistema de enfriamiento.

Proceso de funcionamiento

El sistema de aire acondicionado solar se alimenta de la energía irradiada durante el día, la cual es recogida por el colector solar integrado en las celdas fotovoltaicas y evacuada hacia el chiller mediante una solución anticongelante biodegradable (generalmente glicol de maíz). A través de un sistema de tuberías simple, bomba y controles, se lleva a cabo el proceso de enfriamiento. Es un sistema que adapta la potencia solar como fuerza principal para poner en marcha el equipo de climatización.

Durante el invierno, inclusive a muy bajas temperaturas exteriores, el recolector solar es capaz de producir abundante calor; tanto, que el sistema puede estar diseñado de tal manera que el calor se transmita al edificio, reduciendo e incluso eliminando la operación del sistema de calefacción, dependiendo de las dimensiones del inmueble.

El potencial de los bioenergéticos en México se estima en alrededor de 2 mil 635 y 3 mil 771 petajoules al año (entre 2 millones 674 mil 525 y 3 millones 421 mil 565 joules), lo que representa 8 por ciento del consumo de energía primaria en el país. Del potencial estimado, 40 por ciento proviene de los combustibles de madera; 26 por ciento, de los agro-combustibles, y 0.6 por ciento, de los subproductos de origen municipal. Se estima que la capacidad total de las instalaciones fotovoltaicas en México es de 18.5 MW, que generan en promedio 8 mil 794.4 MW/h por año.

Potencial estimado de bioenergéticosClimatización fotovoltaica en vivienda

La climatización fotovoltaica supone la reducción o supresión del consumo energético
El óptimo desempeño de los sistemas alimentados por energía solar se encuentra en estrecha relación con los factores de irradiancia y orientación. La irradiancia solar es la medida utilizada para describir la potencia incidente por unidad de superficie; en este caso, se mide en watts sobre metro cuadrado (W/m2). La irradiación solar es la cantidad de energía sobre un determinado tiempo acumulado, medida en kilowatts-hora sobre metro cuadrado (kWh/m2), y la insolación es la cantidad de energía solar durante el curso de un día, expresada en kilowatts-hora sobre metro cuadrado por día (kWh/m2/día).

Una vez que se han medido y sopesado estos factores, la orientación del sistema fotovoltaico es de igual importancia, pues debe tomar en cuenta el ángulo en el que se encuentra dispuesto el sistema, la radiación directa que recibe, su ángulo de incidencia y su ángulo de azimut. La capacidad de las celdas para convertir la radiación solar en electricidad depende del material del que estén fabricadas.

Si se toma en cuenta la capacidad energética del Sol, la cual continuará durante millones de años, además de la ubicación de México en la Tierra, la cual permite que el territorio nacional destaque entre las ubicaciones con mayor promedio de radiación solar anual, con índices que van de los 4.4 kWh/m2, por día, en la zona Centro, a los 6.3 kWh/m2, por día, en el Norte del país, es sumamente recomendable el aprovechamiento y maximización de la energía solar.

A0CG0000157Son numerosas las ventajas que representa la inclusión de un sistema fotovoltaico para aplicaciones en refrigeración, climatización y aire acondicionado, como durabilidad, ausencia de gasto en combustible; no existe la contaminación por ruido y es capaz de desempeñarse óptimamente en alturas elevadas. Las desventajas son, por ejemplo, el costo de inversión inicial en el equipo y la disponibilidad de radiación solar.

El balance de sistema (BOS, por sus siglas en inglés) abarca todos los componentes de un dispositivo fotovoltaico y se refiere, en particular, al balance del equipo que es necesario para integrar el sistema fotovoltaico con el inmueble. Estos componentes incluyen el cableado de circuitos, los hilos de fusible y el equipo de procesamiento de energía (inversor solar).

El inversor solar es un dispositivo que convierte la energía directa en energía alterna (almacenable y medida en salida de voltios). Previo a su conexión, el inversor tiene la característica de sincronizar la energía AC producida por el sistema fotovoltaico con la red energética del edificio.

La operación de la climatización, a la fecha, sigue representando uno de los gastos más elevados para los edificios. El gasto puede representar, en casos más extremos, entre 37 y 40 por ciento del consumo energético total. La inclusión de celdas fotovoltaicas ofrece una respuesta al deseo y necesidad de ahorro. Reducen (o eliminan, dependiendo de la función que representen y el uso que se les dé) el gasto energético; utilizan, además, líquidos refrigerantes que no emiten gases contaminantes y de efecto invernadero, en contraste con la utilización de refrigerantes tradicionales, por ejemplo el R-22, un compuesto fluorocarbonado. Esto, a su vez, se ha convertido en una posibilidad atractiva para operadores de inmuebles que deseen gestionar edificios más amigables con el medioambiente, tanto en aplicaciones comerciales como industriales.
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