Evaluación del rendimiento de la bomba de calor alimentada por energía fotovoltaica para el calentamiento de agua
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Fecha
2025
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Editor
Universidad Católica de Cuenca.
Resumen
This study assessed the thermal and energy performance of a photovoltaic-powered heat pump system for domestic water heating in a residential home. The system sizing considered the demand for domestic hot water (DHW), the energy consumption of the heat pump, and the photovoltaic generation capacity. In addition, the system’s efficiency and economic viability were analyzed using indicators such as the Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR).
The methodology included the collection of data on DHW consumption through a survey and the characterization of the solar resource. System components, such as the heat pump, storage tanks, and photovoltaic system, were also selected and sized. MATLAB simulations were used to analyze the thermal behavior of the tanks as well as the daily and annual energy variability. Finally, the economic viability was assessed by considering the initial investment, operating costs, and electricity savings.
The results showed that the photovoltaic system can cover the demand of the heat pump and generate surpluses in certain months, which were partially used to supply the building's energy load. However, the economic viability indicators, NPV and IRR, were not favorable.
Descripción
Este estudio evaluó el rendimiento térmico y energético de un sistema de bomba de calor alimentado por energía fotovoltaica para calentamiento de agua sanitaria en una vivienda residencial. El dimensionamiento del sistema consideró la demanda de agua caliente sanitaria (ACS), el consumo energético de la bomba de calor y la capacidad de generación fotovoltaica. Además, se analizó la eficiencia del sistema y su viabilidad económica mediante indicadores como el Valor Actual Neto (VAN) y la Tasa Interna de Retorno (TIR).
La metodología incluyó la recopilación de datos sobre el consumo de ACS mediante una encuesta y la caracterización del recurso solar. También se seleccionaron y dimensionaron los componentes del sistema, como la bomba de calor, los tanques de almacenamiento y el sistema fotovoltaico. Mediante simulaciones en MATLAB, se analizó el comportamiento térmico de los tanques y la variabilidad energética diaria y anual. Finalmente, se evaluó la viabilidad económica considerando la inversión inicial, los costos operativos y los ahorros en electricidad.
Los resultados demostraron que el sistema fotovoltaico puede cubrir la demanda de la bomba de calor y generar excedentes en ciertos meses. Los cuales se emplearon para abastecer de manera parcial la carga del edificio. Sin embargo, los indicadores económicos de viabilidad VAN y TIR no fueron favorables.
Palabras clave
BOMBA DE CALOR, ENERGÍA FOTOVOLTAICA, AGUA CALIENTE SANITARIA, VIABILIDAD ECONÓMICA, EFICIENCIA ENERGÉTICA
Citación
Loayza, M. (2025). Evaluación del rendimiento de la bomba de calor alimentada por energía fotovoltaica para el calentamiento de agua. Universidad Católica de Cuenca.
