Design and assessment of a solar domestic hot water system, for pay-as-you-go business model

Abstract

Los sistemas de agua caliente sanitaria (ACS) en Chile son una comodidad de uso común, alimentados principalmente por combustibles fósiles. Aproximadamente el 12\% de la población chilena no tiene un sistema de ACS funcional para ducharse, u otros fines, instalados en su hogar. Endurance Electric está introduciendo en el mercado nacional, bajo un modelo de negocios Pay-as-you-Go, un nuevo acumulador termoeléctrico alimentado por un sistema fotovoltaico (PV) y una bomba de calor termoeléctrica (THP), capaz de producir ACS para sus usuarios. Para reducir las incertidumbres sobre el desempeño del dispositivo y la cantidad de ACS que puede generar, se programa un modelo numérico en paralelo al diseño y construcción de un banco de pruebas para el dispositivo. Los resultados experimentales obtenidos se utilizan para optimizar el modelo numérico con la ayuda de un procedimiento de algoritmo genético y una medida de similitud entre curvas, Partial Curve Mapping (PCM), para ajustar los parámetros que definen el modelo. Se proponen medidas de desempeño para la comodidad de una ducha, la energía acumulada y la cantidad de ACS producida, las cuales son utilizadas para validar el modelo numérico. Una vez validado, el dispositivo se simula para varias ubicaciones utilizando datos de un año meteorológico típico (TMY), un perfil de demanda especificado y un sistema PV en particular. Se encuentran correlaciones entre la radiación solar promedio anual o diaria de una ubicación y las medidas de desempeño para las condiciones especificadas. El desempeño del dispositivo se ve muy afectado por la temperatura ambiente y tiene un mejor desempeño a temperaturas ambiente más altas. Por otro lado, entrega cantidades nulas de ACS a temperaturas ambiente y niveles de radiación solar lo suficientemente bajos. Se recomienda la utilización de las correlaciones obtenidas para estimar el límite superior e inferior de la cantidad de ACS a entregar por el dispositivo y la comodidad esperada de las duchas, bajo las condiciones de simulación especificadas. Se recomienda una simulación directa para obtener la cantidad de energía acumulada por el dispositivo y para cualquier otro perfil de extracción de ACS. Este trabajo de tesis concluye que el dispositivo es capaz de producir cantidades no despreciables de ACS durante el año, lo que reduce el consumo de combustible fósil de los usuarios y permite el uso de este dispositivo como fuente auxiliar de ACS.