Rendimiento y estrategias de funcionamiento de un sistema solar híbrido para suministrar energía térmica de procesos

Abstract

El escenario energético actual de importación de combustibles fósiles y sus altos precios hacen que el estudio de sistemas alternativos sea un asunto de prioridad para los cuerpos académicos e industriales. Chile es un país con un recurso solar privilegiado. Por lo tanto, la energía solar térmica es interesante dada la limpieza en su operación y versatilidad al momento de implementarla como una fuente de energía térmica en procesos y esto constituye un gran potencial para reemplazar o servir de apoyo a tecnologías tradicionales. Como trabajo de título, se realizó el estudio del rendimiento y las estrategias de control de una planta solar térmica provista por la empresa Renersol y compuesta de 27 m² de paneles solares, una bomba de calor, y un estanque de acumulación. Se elaboró un modelo basado en balances de energía para evaluar su dinámica temporal que fue validado con mediciones en terreno. Este modelo permitió predecir las temperaturas de funcionamiento y el flujo aportado a un proceso, flujo de energía perdida al ambiente, rendimiento instantáneo de colectores, aporte térmico de bomba de calor, consumo eléctrico, y rendimiento acumulado del sistema. Los resultados permiten observar que el modelo predijo de manera aceptable las temperaturas y flujos de energía, y que el rendimiento se ve afectado principalmente por los flujos másicos en los circuitos de calentamiento de agua y consumo. Por otro lado, se analizó la influencia del tamaño del estanque, el criterio de activación, el funcionamiento conjunto con bomba de calor, y el funcionamiento en condiciones de verano e invierno. La bomba de calor se encuentra restringida en su uso debido a las temperaturas máximas a las que puede operar por lo que es necesario divisar una estrategia de uso de los colectores que de condiciones que favorezcan su integración. Se recomienda hacer uso de ambas tecnologías independientemente y sin estrategia de acumulación para un mismo proceso.