Dimensionado de bombas de calor acopladas a sistemas sistemas de energia fotovoltaica en bloques multifamiliares de viviendas

Abstract

[ES] Este trabajo fin de máster pretende analizar los criterios de viabilidad y dimensionamiento para maximizar el aprovechamiento de la energía fotovoltaica en un sistema residencial mediante la incorporación de bombas de calor y depósitos acumuladores de agua. Se tomará en consideración un edificio representativo del parque edificatorio español actual, que utiliza gas natural y electricidad para satisfacer sus demandas. El estudio comparará su impacto energético, económico y medioambiental antes y después de implantar fuentes de energía renovables. En primer lugar, mediante la maximización del sistema fotovoltaico instalado en la cubierta y la implantación de las bombas de calor, se pretende promover la transición a la electrificación en el edificio residencial, resultando en una reducción de las emisiones de CO2 respecto al escenario base. Además, la sobreproducción del sistema fotovoltaico se almacenará en forma de calor sensible en un tanque de almacenamiento de energía térmica y/o en una batería. Esta energía almacenada se utilizará únicamente para la climatización durante las horas en que la producción fotovoltaica sea insuficiente. Los cálculos se evaluarán para las condiciones climáticas correspondientes a la ciudad de Valencia, y posteriormente se extenderá el análisis a otras zonas climáticas de España. Los resultados obtenidos del análisis muestran grandes mejoras en comparación con el escenario base. Mediante la implantación de fuentes de energía renovables, hemos reducido el consumo de energía primaria y conseguido una reducción aproximada del 80% de las emisiones de CO2. Además, al evaluar el escenario mejorado en diferentes zonas climáticas de España, se observaron resultados similares. Esto lleva a la conclusión de que estas medidas mejoran eficazmente la eficiencia energética, la calidad medioambiental y la rentabilidad económica. El análisis económico revela que el tiempo de amortización de estos sistemas es de unos 7 años, y el exceso de energía producida por el sistema fotovoltaico puede venderse de nuevo a la red a través de tarifas de inyección, mejorando aún más los beneficios económicos.

[EN] This master thesis aims to analyze the feasibility and sizing criteria in order to maximize the utilization of the photovoltaic energy in a residential system by incorporating heat pumps and water accumulation tanks. A building which is a typical representation of the current Spanish building stock, using natural gas and electricity to meets its demands, will be taken into consideration. The study will compare its energy, economic and environmental impact before and after implementing renewable energy sources. Firstly, by maximization of the photovoltaic system installed on the roof top area and the implementation of the heat pumps, we aim to promote the transition to electrification in the residential building, resulting in reduced CO2 emissions compared to the base scenario. Additionally, the overproduction of the photovoltaic system will be stored as a form of sensible heat in thermal energy storage tank and/or in a battery. This stored energy will be used solely for the purpose of air conditioning during hours when the photovoltaic production is insufficient. The calculations will be evaluated for the climatic conditions corresponding to the city of Valencia, and later the analysis will be extended to other climatic areas of Spain. The obtained results from the analysis show great improvements compared to the base scenario. By implementing renewable energy sources, we have reduced primary energy consumption and achieved an approximate 80% reduction in CO2 emissions. Furthermore, by evaluating the improved scenario in different climatic zones in Spain, similar results were observed. This leads to the conclusion that these measures effectively improve energy efficiency, environmental quality and economic profitability. The economic analysis reveals that the payback time for these systems is around 7 years, and excess energy produced by the photovoltaic system can be sold back to the grid through feed in-tariffs, further improving economic benefits.