Refrigeración termoeléctrica con energía fotovoltaica para la climatización de edificios

De pv magazine Global

Un grupo de investigación australiano-indio ha estudiado cómo podrían combinarse los módulos termoeléctricos (TEM) y la energía fotovoltaica para proporcionar calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) en los edificios.

Los módulos termoeléctricos se utilizan ampliamente para la refrigeración electrónica de dispositivos como procesadores de ordenadores personales, alimentos portátiles y sistemas de almacenamiento de bebidas.

“El funcionamiento de la refrigeración termoeléctrica puede ser más barato que el de muchos sistemas convencionales de tipo HVAC para aplicaciones de refrigeración de áreas pequeñas, sobre todo si lo acoplamos a la electricidad fotovoltaica, que es más barata que la convencional en muchas regiones del mundo”, declaró el investigador Shyam Singh Chandel a pv magazine.

Los investigadores señalan que las TEM convencionales apenas se han utilizado en edificios reales debido a su bajo coeficiente de rendimiento (COP). Sin embargo, la combinación con la energía fotovoltaica podría acercarlos a la viabilidad comercial en el sector de la construcción, sobre todo si se utilizan en edificios de baja demanda energética, que todavía dependen del aire acondicionado convencional.

“En el estado actual de la técnica, un prototipo de sistema de refrigeración termoeléctrico puede no ser más barato en lo que respecta al coste inicial, pero proporcionará muchas ventajas, como un mantenimiento nulo o escaso, una reparación fácil, un funcionamiento sin ruido, modularidad, refrigeración de precisión y, sin duda, es más respetuoso con el medio ambiente que los sistemas de refrigeración basados en clorofluorocarbonos, que afectan al medio ambiente debido a las emisiones fugitivas, especialmente durante la fabricación y eliminación de dichos sistemas”, afirma Chandel.

Los científicos desarrollaron un novedoso diseño para un sistema TEM alimentado por energía fotovoltaica integrada en el edificio (BIPV). El sistema utiliza aire como fluido térmico para la fotovoltaica de la cubierta y una pared primaria de TEM para la climatización de la habitación.

“El sistema de pared TEM está integrado con la pared de material de almacenamiento de energía térmica y tiene la función principal de calentar o enfriar la habitación adyacente, almacenar el exceso de energía térmica y también puede optimizarse como sistema de apoyo para mejorar la eficiencia de cualquier sistema de aire acondicionado convencional ya instalado”, dijeron. “En el sistema de la azotea, el flujo de aire es aspirado por convección natural desde la parte inferior del conducto de aire situado debajo de los módulos fotovoltaicos y se lleva el calor del TEM integrado, así como de los módulos fotovoltaicos”.

Con los módulos solares semitransparentes, el sistema podría configurarse como una pared de módulo termoeléctrico transparente (TTEM-wall) o una pared de módulo termoeléctrico semitransparente (STEM-wall), dependiendo de la transmitancia de la masa térmica. Chandel dijo que el principal reto del sistema es su menor eficiencia en comparación con los sistemas convencionales de refrigeración por compresión de vapor (VCR). Los sistemas termoeléctricos tienen un coeficiente de rendimiento (COP) que suele oscilar entre 0,5 y 3,0, mientras que en los sistemas VCR es de 1,2 a 6,0.

“Sin embargo, si nos fijamos en los requisitos de refrigeración de los edificios y en el rango de temperatura de confort térmico, no siempre es necesario un enfriamiento de alta potencia y, en esos casos, el sistema termoeléctrico puede funcionar adecuadamente incluso con una potencia de refrigeración menor y para el cambio de temperatura deseado”, explicó Chandel. “Si se combinan estos sistemas con electricidad fotovoltaica barata y se optimiza su diseño con la ayuda de otras tecnologías, como los paneles de refrigeración radiante del cielo, los materiales de cambio de fase (PCM) y los tubos de calor, también se puede igualar el campo de aplicación viable de estos sistemas en los edificios. Además, se necesitan nuevos avances en la investigación de los materiales para los módulos termoeléctricos, que pueden hacer que la tecnología sea realmente competitiva con los sistemas convencionales de calefacción, ventilación y aire acondicionado”.

Los científicos presentaron sus conclusiones en “Prospects of sustainable photovoltaic powered thermoelectric cooling in zero energy buildings: A review” (Perspectivas de la refrigeración termoeléctrica sostenible alimentada por energía fotovoltaica en edificios de energía cero: Una revisión), publicado recientemente en la revista International Journal of Energy Research. El grupo de investigación incluye académicos de la Universidad de Shoolini (India) y de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia).

“La novedad del estudio es que presenta una revisión exhaustiva y actualizada de los estudios anteriores, el estado actual de la técnica y los resultados de la investigación y el análisis del desarrollo futuro en vista del cambio climático global y la necesidad de tecnologías sostenibles para edificios de energía cero (ZEB)”, señalan.