Análisis del desempeño de paneles híbridos PST-PV para aplicaciones en industria y comercio

Abstract

El uso de energías renovables en la producción de energía eléctrica y térmica es una buena opción para disminuir la creciente huella de carbono y a la vez generar ahorros económicos. Un panel hibrido PST-PV es una combinación del panel fotovoltaico (PV) y un panel solar termodinámico (PST), y actúa como evaporador de una bomba de calor con asistencia solar. La tecnología PST se utiliza para la generación de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción, y es una alternativa que compite contra sistemas convencionales. El módulo PST-PV podría ser mejor alternativa que el sistema PST y que la combinación PST con PV, debido a que el PST extrae calor residual del PV, mejorando la producción de electricidad. El objetivo de este trabajo es desarrollar estudios de eficiencia energética y factibilidad técnica-económica de la tecnología paneles híbridos PST-PV y sus posibilidades de aplicación para la producción de ACS en Chile. La metodología que se desarrolla corresponde a: 1) revisión bibliográfica de las tecnologías, 2) definir casos de estudio y configuraciones de estudio, 3) desarrollo de metodologías de cálculo para sistemas PV, PST y PST-PV, 4) Desarrollo de metodología de cálculo para evaluar la eficiencia energética de las tecnologías, 5) realizar evaluación económica de los sistemas estudiados. Se establecen 2 casos de estudio de la industria hotelera (de media y alta demanda térmica) a los cuales se aplican tres configuraciones de estudio: PST, PST-PV y PST con PV. Los resultados indican que el consumo eléctrico anual del sistema PST-PV es mayor a su generación eléctrica, por lo que no pueden ser considerados como sistema de cogeneración. El sistema PST-PV capta menos energía térmica respecto al sistema PST, lo anterior implica que el sistema PST-PV tenga un mayor consumo eléctrico. Comparando sistemas PST y PST-PV, el consumo eléctrico neto de los sistemas PST-PV es menor al del sistema PST. Comparando sistemas PST-PV y PST con PV, el consumo eléctrico neto de los sistemas PST-PV es levemente menor cuando la demanda térmica es media; en caso de demanda térmica alta el consumo eléctrico neto del sistema PST-PV es mayor. Respecto a los módulos PV y PST-PV, el PST-PV presenta un aumento en la eficiencia promedio del módulo fotovoltaico desde 14,18% hasta 15,77%. El análisis de eficiencia energética muestra que los sistemas PST tienen una reducción del costo de operación entre un 68% y 77% respecto a los sistemas convencionales, mientras que los sistemas PST-PV tienen una reducción del costo de operación entre un 78% y 84%, por lo que se recomienda una instalación PST-PV por sobre una PST. El caso de estudio N°1 tiene un consumo anual de 16.110 [kWht] y la mejor propuesta es un sistema PST-PV con PRI de 3,2 años y VAN de 10.506.137 CLP. El caso de estudio N°2 tiene un consumo anual de 237.527 [kWht] y la mejor propuesta es un sistema PST con PV, que tiene un PRI de 2 años y VAN de 189.912.135 CLP. La tecnología PST-PV es una buena opción para aplicaciones de ACS considerando la reducción de consumo eléctrico, la reducción de emisiones y el ahorro de superficie de un 50%. Puede ser implementada y competir con tecnología convencional e incluso con sistemas PST, sin embargo, sus indicadores económicos no se diferencian de sus alternativas tecnológicas.