El nostre laboratori com a "Energy hub"
El nostre laboratori forma part del Campus Montilivi de la Universitat de Girona, ubicat a Girona. La superfície de laboratori és de 72m2 i forma part de la instal·lació de recerca amb una superfície total de 4.071m2.
El sistema d’energia que alimenta el laboratori, tant en termes d’electricitat com d’energia tèrmica, ha estat dissenyat com un Energy Hub per a l’experimentació en la gestió de l’eficiència energètica. El sistema general es gestiona amb capacitats d’emmagatzematge (bateries i tanc tèrmic) per millorar la flexibilitat en la gestió i augmentar l’eficiència energètica.
Monitoreig de l'ambient
Hi ha 16 estacions de treball al laboratori i l’energia utilitzada per cada estació de treball es controla individualment amb una xarxa de sensors sense fils. A més, el laboratori està equipat amb els següents sensors per mesurar la qualitat de l’aire i les condicions ambientals:
- 3 sensors de temperatura interior
- 1 sensor de temperatura exterior
- Pressió de l’aire
- Humitat
- Sensor de soroll
- CO2
- 2 sensors de llum
- Sensor de vibració
- 2 sensors de moviment
- Detecció d’ocupació
- Sensors de portes i finestres obertes/tancades
Aquests sensors es combinen amb una aplicació que permet als usuaris expressar la seva sensació de comoditat en el lloc de treball. La informació proporcionada es recopila amb l’objectiu d’ajustar les condicions i millorar la comoditat dels usuaris, d’una banda, i descobrir la relació entre la comoditat i el consum d’energia, de l’altra.
A més, energy hub també pot beneficiar-se d’una estació meteorològica situada al Campus amb els següents paràmetres:
- Temperatura
- Humitat
- Radiació solar
- Pressió atmosfèrica
- Precipitació
- Velocitat de vent
- Direcció de vent
Components del energy hub
Subministrament d'electricitat
L’energia de la xarxa es complementa amb una instal·lació fotovoltaica: un total de 14 panells solars (3,8 kWp) connectats a una bateria de 4 kWh. Per tant, els panells fotovoltaics subministren electricitat a laboratori permetent també carregar la bateria. La planta solar fotovoltaica connectada a la xarxa de baixa tensió té les següents característiques:
- 14 mòduls (Canadian Solar CS6K-280P)
- Dimensions del mòdul: 1650 x 992 x 40 mm.
- Potència nominal del mòdul: 280W
- Eficiència: 17.11%
- Energia produïda estimada: 5.970 kWh/any
- Potència instal·lada: 3,92 kWp
I la bateria instal·lada:
- Sonnen Batterie eco 8.0
- Capacitat de bateria utilitzable: 4.0 kWh
- Potència nominal (càrrega/descàrrega): 2.500W
Subministrament termal
La calefacció i refrigeració d’espais està garantida per una bomba de calor amb intercanviadors aigua-aigua d’origen subterrani que incorpora un tanc d’aigua inercial per emmagatzemar l’energia tèrmica que s’utilitza per escalfar i refredar l’espai mitjançant el fancoil.
El sistema geotèrmic té les següents característiques:
- Profunditat del pou geotèrmic: 100m
- Model de bomba de calor: Clausius Classic
- Potència de consum elèctric de la bomba de calor: 0,8-3.3 kW
- Potència de subministrament tèrmic de la bomba de calor: 3-15 kW 0-35ºC
- COP (nominal): 4.61
- Dipòsit d’inèrcia: 100 lts
- Intercanvi de calor aigua-aire: Fancoil
El tanc d’aigua es pot utilitzar per proporcionar flexibilitat al laboratori d’energia. Quan la generació de panells fotovoltaics està disponible, la bomba de calor pot produir l’energia tèrmica necessària i emmagatzemar-la dins del tanc d’aigua.
El consum de la bomba de calor és monitoritzat per un sensor de potència que envia dades a la nostra base de dades cada 5 minuts. D’aquesta manera, es poden observar els cicles de consum d’acord amb les pèrdues de temperatura del tanc d’aigua, el punt d’ajust de temperatura del tanc configurat i el punt d’ajust de temperatura de l’oficina.
En l’exemple de el 10 de març que es mostra a continuació, és visible que durant el migdia la bomba de calor no va consumir, coincidint amb les hores amb major temperatura.
A més, hem fabricat una placa per comunicar-nos via Modbus amb la placa controladora de la bomba de calor. Aquesta placa consisteix en un microcontrolador que llegeix la informació emmagatzemada a la memòria de la bomba de calor i envia les variables ambientals a la nostra base de dades. Aquestes variables són:
- La temperatura de l’aigua de la bomba de calor al dipòsit daigua (i en sentit contrari)
- La temperatura de l’aigua de la bomba de calor al pou (i la direcció oposada)
- La temperatura del dipòsit d’aigua (la temperatura es comprova a la part central del dipòsit)
- La temperatura de l’aire exterior
- Mode de configuració: Buffer (1), Buffer+Refrigeració (2), 1 Zona (3), 1 Zona – 2 Sistemes (4), 1 Zona – Multiemissor (5), 2 Zones (6), 2 Zones – 2 Sistemes (7)
- Mode de funcionament: Hivern (0), Estiu (1) o Automàtic (2)
- Alarma: sí (0), no (1)
- Estat de funcionament: ENCÈS (0), APAGAT (1).
A més de la placa Modbus d’aquesta bomba de calor, hi ha altres sensors de temperatura que també envien a la base de dades amb les variables següents:
- La temperatura de l’aire del laboratori.
- La temperatura d’una sonda de temperatura de 50 m de profunditat al pou
Finalment hem desenvolupat una aplicació web per visualitzar aquestes variables de tots els diferents sensors en una única eina. Podeu visitar l’aplicació fent clic al següent enllaç:
https://app.exit.udg.edu/geotermia/
Els propers passos contemplen la millora de de la placa Modbus per poder llegir i escriure als registres de memòria, afegint la possibilitat de controlar el consum elèctric de la bomba de calor per maximitzar l’ús de la nostra producció fotovoltaica.
Objectius del energy hub
D’una banda, aquesta instal·lació permetrà al laboratori eXiT reduir la seva dependència de la xarxa elèctrica i l’ús de combustibles fòssils del sistema de calefacció de l’edifici. D’altra banda, el grup de recerca eXiT aprofitarà aquesta instal·lació per desenvolupar i provar eines de software per a dur a terme una programació òptima dels recursos de generació i emmagatzematge, minimitzant la dependència de laboratori a la xarxa o minimitzant els costos tenint en compte les tarifes d’energia .
Les principals capacitats de la infraestructura són:
- Prova de càrrega i descàrrega
- Avaluació ambiental i de qualitat de l’aire.
- Monitorització i avaluació de la comoditat dels usuaris basats en dades de sensors objectius i dades subjectives dels usuaris
- Monitorització de l’ús d’energia.
- Avaluació de les relacions entre l’ús d’energia i les condicions ambientals.
- Avaluació de les relacions entre l’ús d’energia i la comoditat dels usuaris.
- Previsió de generació fotovoltaica i demanda energètica.
- Modelatge de demanda tèrmica segons temperatura interior/exterior.
- Modelatge de la producció i eficiència tèrmica de la bomba de calor d’acord amb els punts d’ajust de temperatura del tanc d’aigua i l’oficina.
- Programació òptima d’actius d’emmagatzematge.
- Energy hub modelat i optimització.
- Control òptim dels actius de climatització.
- Estudis de monitorització de càrrega no intrusius.
Més informació: