PV Heating, o calentamiento fotovoltaico, es una solución muy sencilla y económica que desde Krannich Solar proponemos como alternativa a los sistemas solares térmicos. Este artículo pretende ahondar en el concepto del que ya hemos hablado anteriormente y analizar la solución en un sentido más técnico. Para ello, en nuestras oficinas hemos puesto en marcha una instalación piloto de PV Heating para demostrar a nuestros clientes la sencillez y viabilidad de este tipo de sistemas. Estáis invitados a conocerla, y desde Krannich ponemos a vuestra disposición el apoyo técnico que podáis necesitar para su implantación.
PV Heating directo
Además, hemos desarrollado y diseñado unos kits específicos para instalaciones domésticas de PV Heating, de forma que se facilite el trabajo de los instaladores de este sistema. Los kits para el calentamiento fotovoltaico estarán disponibles para nuestros clientes a partir del próximo mes de enero.
Ventajas de PV Heating frente solar térmica
En primer lugar, vamos a recordar de forma esquemática qué ventajas presenta una solución fotovoltaica dedicada a calentamiento de agua caliente (PV Heating) frente a una instalación solar térmica:
- Para sistemas de hasta 10-15 kW térmicos son más económicos, y más cómodos y rápidos de instalar.
- Apenas requieren mantenimiento, que es casi nulo. Lo cual hace que el instalador tenga menos problemas y, por tanto, más beneficio neto en sistemas de tipo doméstico.
- Mayor nivel de integración y facilidad a la hora de integrar en edificios o en instalaciones existentes.
- Les favorecen las bajas temperaturas, al contrario que a los sistemas térmicos, con lo cual, para el fin que están diseñados suponen mayor eficiencia de uso.
- No existen problemas de sobretemperatura y averías que puedan producir fugas de agua. Tampoco problemas de congelación en circuitos de agua exteriores.
- No requieren una legalización como instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo, ya que estamos ante una solución aislada de la red.
Conceptos básicos del funcionamiento
La idea de PV Heating es muy sencilla y no es nueva. La clave de por qué ahora este tipo de sistemas sí son una alternativa muy interesante, es el precio de los paneles solares que ha bajado de tal forma que actualmente las instalaciones de calentamiento fotovoltaico se pueden plantear a nivel de rentabilidad.
El principio del PV Heating es hacer funcionar una o varias series (strings) fotovoltaicas en combinación con una resistencia eléctrica por la que circula corriente continua (CC), de esta forma se consigue calentar el agua en un depósito en el que esté montada dicha resistencia.
Los elementos a utilizar son pocos, fáciles y rápidos de instalar:
- Generador fotovoltaico: una o varias series fotovoltaicas (paneles solares y estructura)
- Cableado fotovoltaico: normalmente de 4 a 10 mm2 (en función de la distancia)
- Caja/Cuadro de control
- Resistencia(s) eléctrica(s)
Cabe señalar, que una resistencia eléctrica es un elemento que puede funcionar tanto en CA como en CC. Sin embargo, se han de tener en cuenta unas consideraciones importantes como, por ejemplo, que al trabajar con un sistema fotovoltaico, la tensión y la corriente que circularán no son fijas, sino que variarán en función de la radiación, por tanto la potencia que va a entregar la resistencia a lo largo del día no será constante sino variable.
Otros 2 aspectos a tener en cuenta son el valor óhmico de dicha resistencia, que ha de optimizarse en relación a la configuración fotovoltaica con la que se va a trabajar. Por tanto recomendamos usar una resistencia específicamente diseñada para sistemas fotovoltaicos. El otro aspecto es el control del sistema, ha de utilizarse un elemento de apertura/cierre del circuito CC adecuado al sistema fotovoltaico, si no es así, muy probablemente puede derivar en un fallo del elemento al poco tiempo de su puesta en marcha.
Mercado idóneo para el PV Heating
Un sistema de PV Heating es perfecto para soluciones domésticas ya que es en este ámbito, donde las instalaciones solares térmicas pueden crear mayores inconvenientes de funcionamiento y de implantación, y donde ahora mismo muchos instaladores son reacios a montar sistemas solares.
Aun así, son sistemas que pueden llegar a dimensionarse para potencias mayores, y que en rentabilidad resultan ventajosos hasta el orden de 10-15 kW térmicos. Lo cual se traduce en volúmenes de acumulación de agua de hasta 1.200 litros. Con lo cual, proyectos de PV Heating también pueden plantearse en el sector terciario (restaurantes, pequeños comercios o pequeñas industrias con consumos de ACS). Dicha potencia térmica no es necesariamente una limitación, se pueden hacer sistemas todavía mayores.
Cumplimiento del CTE mediante PV Heating
A pesar de que el cumplimiento del CTE afecta solamente a vivienda nueva o rehabilitada y que este mercado a decaído considerablemente, no podemos dejar de señalar que mediante un sistema PV Heating se pueden cubrir perfectamente los requerimientos que exige el CTE en su apartado HE-4 de aportación mínima solar.
Para ello, ponemos a disposición de nuestros clientes una hoja de cálculo con la que podrán justificar su cumplimiento de ser necesario.
A modo de ejemplo, presentamos los datos de un sistema en Valencia que cumpliría con la norma. En el caso de una vivienda unifamiliar con 3 dormitorios (4 personas), se exige cubrir un 70% de las necesidades y la demanda energética de ACS sería:
| Mes | Tª fria (ºC) | (Litros a 60 ºC) | kWh |
| Ene | 8 | 3720 | 225,14 |
| Feb | 9 | 3360 | 199,45 |
| Mar | 11 | 3720 | 212,16 |
| Abr | 13 | 3600 | 196,93 |
| May | 14 | 3720 | 199,17 |
| Jun | 15 | 3600 | 188,55 |
| Jul | 16 | 3720 | 190,51 |
| Ago | 15 | 3720 | 194,84 |
| Sep | 14 | 3600 | 192,74 |
| Oct | 13 | 3720 | 203,50 |
| Nov | 11 | 3600 | 205,31 |
| Dic | 8 | 3720 | 225,14 |
Por otro lado, el aporte de un sistema con 6 paneles fotovoltaicos de 250Wp, sería el que se ve en la gráfica en la que se representan 2 supuestos:
- En rojo el sistema fotovoltaico orientado al sur con una inclinación de 70º, cumpliendo con las perdidas máximas que permite el CTE, aporte anual del 78% de la demanda.
- En verde el sistema fotovoltaico orientado al este u oeste a 10º de inclinación, igualmente cumpliendo con las pérdidas máximas, aporte anual del 74% de la demanda.
Aporte de PV Heating
Como puede apreciarse, un sistema fotovoltaico, con una inclinación elevada (inclusive se podrían montar en elementos verticales de la edificación) se ajusta perfectamente a las necesidades anuales,
Análisis de rentabilidad, PV Heating vs Solar térmica
Para poder hacer una comparativa entre una solución de PV Heating y un sistema solar térmico, vamos a considerar una instalación doméstica, que es el ámbito general al que mejor puede ir dirigido este producto,
Sin entrar en un análisis muy detallado, ya que simplemente vamos a comparar dos sistemas que serán equivalentes en cuanto a aporte energético y de similares características, vamos a resumir los costes de instalación que podemos tener en cada caso:
| Sistema | Solar térmico | PV Heating |
| Generador | 1 panel solar térmico de 2,3m2 con una potencia media térmica de 1,61kW (considerando un ratio de 0,7 kW/m2), | 6 paneles fotovoltaicos de 250W cada uno, con una potencia media térmica de 1,50kW en total, |
| Depósito de acumulación instalado dentro de la vivienda | Sistema forzado de 150 litros | Acumulador de 120 litros |
| Coste PVP del generador y el depósito | Sistema forzado térmico, incluyendo estructura, con un módulo y acumulación de 150 litros:
2.000 € |
6 paneles fotovoltaicos de 250W, estructura, caja de control, resistencia eléctrica FV, acumulador de 120 litros:
2.100 € |
| Coste PVP de accesorios de instalación | (tuberías, aislante, etc,) + mano de obra de montaje: 950€ | (Cables, accesorios) + mano de obra de montaje: 500€ |
| Coste total PVP | 2.950€ | 2.600€ |
Podemos decir que el sistema de PV Heating es entre un 10% y un 15% más económico en cuanto a inversión inicial pero, además, el mantenimiento anual es también mucho más barato, consistiendo en una simple verificación de los elementos.
Sistema piloto de PV Heating de Krannich Solar
Como hemos comentado, en Krannich queremos acercar y facilitar a nuestros clientes la compresión de PV Heating, para ello hemos montado en nuestras instalaciones un sistema piloto para que podáis acercaros a verlo en funcionamiento.
En nuestro caso la instalación de PV Heating está compuesta por 4 paneles fotovoltaicos policristalinos 220W, estructura de montaje K2 Systems, cable solar KBE, un depósito de 90 litros y una resistencia fotovoltaica de Julio Martinez Naya.
Naturalmente, no es quizás el entorno más adecuado pues en unas oficinas/almacén no se consume mucha agua caliente, pero aun así el sistema nos permite tener desconectado el termo eléctrico que veníamos usando y podemos incluso monitorizar la evolución de la temperatura.
Os adjuntamos la gráfica la evolución de la temperatura durante la semana siguiente a su puesta en marcha, a mediados del pasado noviembre, donde la temperatura de consigna del sistema son 68 ºC.
PV Heating: evolución de temperatura
Excelente resumen David. Nosotros hacíamos lo mismos pero usando un inverter de red, por lo que resultaba un poco más caro.
Muy bien explicado, nosotros lo vamos a proponer a nuestros clientes, ya que es el mejor sistema para obtener agua caliente sanitaria a coste cero.
Gracias.
Desde mi total desconocimiento… ¿por qué no en alterna? Me estaba planteando poner unas placas y aprovechar el exceso fotovoltaico que no consumiera en casa para poner una resistencia en un depósito. La cuestión es ¿a partir de que nivel de exceso FV conectar la resistencia? ¿supondría esta configuración algún problema? Sería poner no más de 5 kW y sin baterías, estando conectado a red (con esto evito peajes de acceso).
Un saludo y perdón si mis preguntas parecen algo retorcidas.
Buenos días, Pedro:
En alterna es totalmente viable plantear un PV heating o calentamiento de agua con excedentes de la instalación como comentas.
Simplemente es necesario un equipo gestor que controle esa derivación o activación de la resistencia.
Cosas a tener en cuenta: si el exceso de potencia FV es inferior a la potencia de la resistencia no podremos activarla o si lo hacemos consumiremos lo que falte de la red. Mientras que con un sistema en continua el sistema es aislado y dinámico en potencia (suministra potencia de forma dinámica en función de la radiación).
El sistema en continua es más económico ya que conlleva menos elementos. Esta pensado cuando nos interesa cubrir únicamente el calentamiento de agua, con la ventaja de que al ser un sistema aislado no se acoge al RD de autoconsumo.
Un saludo,
David
Muchas gracias por la respuesta.
Hola David, me gusta mucho tu blog y me resulta muy interesante, Enhorabuena.
Con respecto a lo de la pv heating, también podríamos plantearlo de manera que cuando tengamos suficientemente caliente e agua o en ese momento no nos interesara calentar( con un simple automatismo de manual-automático), pudiésemos usar la electricidad producida para cualquier otro fin, no?.
Un saludo
Hola, Rafa:
Muchas gracias.
En principio, sí que existe posibilidad de automatizar o derivar la energía sobrante. Sería algo más eficiente.
A tener en cuenta es que el sistema PV-heating funcionando en continua presenta la ventaja de ser un sistema aislado y por tanto no le aplica el RD900 de autoconsumo, habría que ver si puede aprovecharse el sistema para otra aplicación aislada que funcione a la misma tensión en continua.
Si no, otra opción es usar un sistema de autoconsumo conectado a la red y con un sistema de gestión energética, por ejemplo a través de equipos Solar-Log. Pero esta opción ya requiere legalización acorde al RD900.
Saludos,
David
Muy bueno el artículo David. Yo estaba planteando una instalación PV y tambien aprovechar sobrantes para calentar agua. Una duda que me surge leyendo el artículo y viendo la ultima grafica es la bajada tan grande de temperatura en el acumulador que, entiendo, se produce por la noche. ¿es una bajada normal para un deposito o es porque el deposito no está suficientemente aislado? Yo pensaba que el agua se mantenia mas tiempo caliente y al menos aguantara un día a una temperatura por encima de los 40-50 grados. ¿estoy equivocado?¿es imposible o existen depositos que sí lo consiguen?
Gracias y sigue con el blog. ¡¡Es muy interesante¡¡
Buenas, Jaime:
El sistema planteado en este caso es de calentamiento exclusivo del agua, no esta conectado más que a la resistencia del depósito.
En cuanto a la gráfica, es de una semana casi completa de un sistema piloto que tenemos montado en nuestra nave, no es un consumo típico doméstico. Si ves el descenso de Tª entre semana, hay 2 reducciones de Tª: una es al medio día debido al consumo de la cocina que tenemos en la empresa durante la hora de comida, y la reducción más acusada posterior es por el servicio de limpieza y alguna ducha de los chicos del almacén. Los datos son de noviembre. Además de que la sonda de Tª la tengo montada de forma externa, en lugar de dentro de una vaina sumergida como debería estar. Por tanto es una simple referencia.
En un uso doméstico normal, por el propio aislamiento de cualquier depósito del mercado, la Tª por la noche puede bajar del orden de 8-25 ºC, sobre todo depende de si el depósito está al interior o al exterior.
Un saludo,
David
Hola David, muchas gracias por tu respuesta anterior.
Ahora me surge otra duda, ya que estoy interesado en montar el pv heating , para uso domestico como aislada.
Que tipo de protección diferencial podemos usar, por que en principio los diferenciales domésticos de CA no sirven para detectar corrientes de fuga en CC.
Muchas gracias de nuevo.
Buenas Rafa,
Por esa protección no te tienes que preocupar, ya que viene instalada de serie en nuestro kit, dentro del cuadro de control y protecciones.
En la parte de correinte continua, como sabrás, no exite una protección como es el diferencial en alterna. Sin embargo, existe un sistema que realiza una función análoga, se trata de un vigilante de aislamiento acorde a la tensión en continua con la que se trabaje.
Y como digo este sistema ya lo lleva incorporado el kit. Lo que hace ese equipo es derivar los polos + y – a tierra cuando detecta un fallo de aislamiento en el circuito de continua, de esta forma se aumenta la seguridad frente a posibles contactos.
Recuerda que en la instalación fotovoltaica siempre debe haber una puesta a tierra «independiente» de la vivienda o edificio, y será esa tierra la que se debe llevar a nuestro kit para conectar dicho vigilante de aislamiento.
Un saludo.
Muchas gracias David por una respuesta tan rápida.
Ahora me surge otra inquietud, en este deposito o termo eléctrico ¿No instalamos una segunda resistencia de apoyo, de corriente alterna?Por que si es así , va a ser difícil independizar las tierras.Y si no es así, en todo caso no será siempre fácil hacer una tierra independiente,¿ o simplemente con la interconexión de las masas metálicas del equipo será suficiente?.
Un saludo y muchas gracias de nuevo.
Efectivamente no es facil independizar la tierras, por eso lo ponía entre comillas.
El vigilante de aislamiento cuando actua derivando a tierra lo marca con una alarma luminosa. Desde un punto de vista práctico lo importante es que efectivamente llegue una conexión de tierra que proteja, tratando de que sea lo mas independiente posible a la toma de tierra general del edificio.
Saludos.
Muchas gracias por la explicación. Supongo que muchos instaladores se plantearán proyectar una instalación fotovoltaica con opción a PV Heating para homogeneizar material y ahorrar ahorrar costes. Enhorabuena
Hola, no solamente una ventaja es ahorrar costes y plantear un sistema mas sencillo de montar.
Como profesional que ha montado todo tipo de sistemas térmicos, te puedo decir que la mayor ventaja para usuarios e instaladores, es la falta de averías con este sistema. Los sistemas térmicos tradicionales a nivel doméstico, presentan tal cantidad de averías por sobretemperaturas que al final el usuario abandona el equipo sin arreglarlo, y la mayor parte de los equipos que puedas ver estan realmente sin uso.
Hola David, me gustaria ponerme en contacto con vosotros para implantar vuestras soluciones en nuestros proyectos de reformas de salas de calderas residenciales, llevamos tiempo buscando una solución como la vuestra. Por favor pasame contacto.
Me podrías compartir cuales son las características de las resistencias y el dato de algún proveedor, quiero utilizar este sistema para el calentamiento de una piscina, en donde no es posible por cuestiones técnicas instalar paneles térmicos, pero si foto voltaicos..
Buenas DAVID , ESTOY INTERESADO EN ESTA SOLUCION , PASAME POR FAVOR EL CONTACTO , VIVO EN LA ZONA DE ALBACETE Y NO SE SI POR AQUI HAY QUIEN LO INSTALE , GRACIAS DE ANTEMANO