Nuestro laboratorio como "energy hub"
Nuestro laboratorio forma parte del Campus Montilivi de la Universitat de Girona, ubicado en la capital de la provincia de Girona. La superficie del laboratorio es de 72m2 y forma parte de la instalación de investigación con una superficie total de 4.071m2.
El sistema de energía que alimenta al laboratorio, tanto en términos de electricidad como de energía térmica, ha sido diseñado como un energy hub para la experimentación en la gestión de la eficiencia energética. El sistema general se gestiona con capacidades de almacenamiento (baterías y tanque térmico) para mejorar la flexibilidad en la gestión y aumentar la eficiencia energética.
Monitoreo del ambiente
Hay 16 estaciones de trabajo en el laboratorio y la energía utilizada por cada estación de trabajo se controla individualmente con una red de sensores inalámbricos. Además, el laboratorio está equipado con los siguientes sensores para medir la calidad del aire y las condiciones ambientales:
- 3 sensores de temperatura interior
- 1 sensor de temperatura exterior
- Presión del aire
- Humedad
- Sensor de ruido
- CO2
- 2 sensores de luz
- Sensor de vibración
- 2 sensores de movimiento
- Detección de ocupación
- Sensores de puertas y ventanas abiertas/cerradas
Estos sensores se combinan con una aplicación que permite a los usuarios expresar su sensación de comodidad en el lugar de trabajo. La información proporcionada se recopila con el objetivo de ajustar las condiciones y mejorar la comodidad de los usuarios, por un lado, y descubrir la relación entre la comodidad y el consumo de energía, por el otro.
Además, energy hub también puede beneficiarse de una estación meteorológica ubicada en el Campus con los siguientes parámetros:
- Temperatura
- Humedad
- Radiacion solar
- Presión atmosférica
- Precipitación
- Velocidad del viento
- Dirección del viento
Componentes del "energy hub"
Suministro de electricidad
La energía de la red se complementa con una instalación fotovoltaica: un total de 14 paneles solares (3,8 kWp) conectados a una batería de 4 kWh. Por lo tanto, los paneles fotovoltaicos suministran electricidad al laboratorio permitiendo también cargar la batería. La planta solar fotovoltaica conectada a la red de baja tensión tiene las siguientes características:
- 14 módulos (Canadian Solar CS6K-280P)
- Dimensiones del módulo: 1650 x 992 x 40 mm.
- Potencia nominal del módulo: 280W
- Eficiencia: 17.11%
- Energía producida estimada: 5.970 kWh/año
- Potencia instalada: 3,92 kWp
Y la batería instalada:
- Sonnen Batterie eco 8.0
- Capacidad de batería utilizable: 4.0 kWh
- Potencia nominal (carga/descarga): 2.500W
Suministro termal
La calefacción y refrigeración de espacios está garantizada por una bomba de calor con intercambiadores agua-agua de origen subterráneo que incorpora un tanque de agua inercial para almacenar energía térmica que se utiliza para calentar y enfriar espacios mediante la fancoil.
El sistema geotérmico tiene las siguientes características:
- Profundidad del pozo geotérmico: 100m
- Modelo de bomba de calor: Clausius Classic
- Potencia de consumo eléctrico de la bomba de calor: 0,8-3.3 kW
- Potencia de suministro térmico de la bomba de calor: 3-15 kW 0-35ºC
- COP (nominal): 4.61
- Depósito de inercia: 100 lts
- Intercambio de calor agua-aire: Fancoil
El tanque de agua se puede utilizar para proporcionar flexibilidad al laboratorio de energía. Cuando la generación de paneles fotovoltaicos está disponible, la bomba de calor puede producir la energía térmica necesaria y almacenarla dentro del tanque de agua.
El consumo de la bomba de calor es monitoreado por un sensor de potencia que envía datos a nuestra base de datos cada 5 minutos. De esa manera, se pueden observar los ciclos de consumo de acuerdo con las pérdidas de temperatura del tanque de agua, el punto de ajuste de temperatura del tanque configurado y el punto de ajuste de temperatura de la oficina.
En el ejemplo del 10 de marzo que se muestra a continuación, es visible que durante el mediodía la bomba de calor no consumió, coincidiendo con las horas con mayor temperatura.
Además, hemos fabricado una placa para comunicarnos vía Modbus con la placa controladora de la bomba de calor. Esta placa consiste en un microcontrolador que lee la información almacenada en la memoria de la bomba de calor y envía las variables ambientales a nuestra base de datos. Estas variables son:
- La temperatura del agua de la bomba de calor al depósito de agua (y en sentido contrario)
- La temperatura del agua de la bomba de calor al pozo (y la dirección opuesta)
- La temperatura del depósito de agua (la temperatura se comprueba en la parte central del depósito)
- La temperatura del aire exterior
- Modo de configuración: Buffer (1), Buffer+Refrigeración (2), 1 Zona (3), 1 Zona – 2 Sistemas (4), 1 Zona – Multiemisor (5), 2 Zonas (6), 2 Zonas – 2 Sistemas (7)
- Modo de funcionamiento: Invierno (0), Verano (1) o Automático (2)
- Alarma: sí (0), no (1)
- Estado de funcionamiento: ENCENDIDO (0), APAGADO (1).
Además de la placa Modbus de esta bomba de calor, otros sensores de temperatura también envían a la base de datos las siguientes variables:
- La temperatura del aire del laboratorio
- La temperatura de una sonda de temperatura de 50 m de profundidad en el pozo
Finalmente, hemos desarrollado una aplicación web para visualizar estas variables de todos los diferentes sensores en una única herramienta. Puede visitar la aplicación haciendo clic en el siguiente enlace:
https://app.exit.udg.edu/geotermia/
Los próximos pasos contemplan la mejora de la placa Modbus para poder leer y escribir en los registros de memoria, añadiendo la posibilidad de controlar el consumo eléctrico de la bomba de calor para maximizar el uso de nuestra propia producción fotovoltaica.
Objectivos del centro de energía
Por un lado, esta instalación permitirá al laboratorio eXiT reducir su dependencia de la red eléctrica y el uso de combustibles fósiles del sistema de calefacción del edificio. Por otro lado, el grupo de investigación eXiT aprovechará esta instalación para desarrollar y probar herramientas de software para una programación óptima de los recursos de generación y almacenamiento, minimizando la dependencia del laboratorio en la red o minimizando los costos teniendo en cuenta las tarifas de energía.
Las principales capacidades de la infraestructura son:
- Prueba de carga y descarga
- Evaluación ambiental y de calidad del aire.
- Monitoreo y evaluación de la comodidad de los usuarios basados en datos de sensores objetivos y datos subjetivos de los usuarios
- Monitoreo del uso de energía.
- Evaluación de las relaciones entre el uso de energía y las condiciones ambientales.
- Evaluación de las relaciones entre el uso de energía y la comodidad de los usuarios.
- Previsión de generación fotovoltaica y demanda energética.
- Modelado de demanda térmica según temperatura interior/exterior.
- Modelado de la producción y eficiencia térmica de la bomba de calor de acuerdo con los puntos de ajuste de temperatura del tanque de agua y la oficina.
- Programación óptima de activos de almacenamiento.
- Energy hub modelado y optimización.
- Control óptimo de los activos de climatización.
- Estudios de monitoreo de carga no intrusivos.
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