Nuestro laboratorio como "energy hub"
Nuestro laboratorio forma parte del Campus de Montilivi de la Universidad de Girona, situado en la ciudad de Girona, capital de la provincia. El laboratorio tiene una superficie de 72 m² y forma parte de las instalaciones de investigación con una superficie total de 4.071 m².
El sistema energético que suministra al laboratorio, tanto en términos de electricidad como de energía térmica, ha sido diseñado como un centro energético (energy hub) para la experimentación en la gestión de la eficiencia energética. El sistema global se gestiona con capacidad de almacenamiento (baterías y depósito térmico) con el fin de 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 que consume cada una se controla individualmente mediante 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 interiores
- 1 sensor de temperatura exterior
- Presión atmosférica
- Humedad
- Sensor de ruido
- CO₂
- 2 sensores de luz
- Sensor de vibración
- 2 sensores de movimiento
- Detección de ocupación
- Sensores de apertura/cierre de puertas y ventanas
Estos sensores se combinan con la aplicación que permite a los usuarios expresar su sensación de confort en el puesto de trabajo. La información recogida tiene como objetivo ajustar las condiciones para mejorar el confort de los usuarios, por un lado, y analizar la relación entre el confort y el consumo energético, por otro.
Además, el energy hub también puede beneficiarse de una estación meteorológica ubicada en el Campus con los siguientes parámetros:
- Temperatura
- Humedad
- Irradiancia solar
- Presión atmosférica
- Precipitación
- Velocidad del viento
- Dirección del viento
Componentes del "energy hub"
Suministro de electricidad
La energía proveniente de la red eléctrica se complementa con dos instalaciones fotovoltaicas.
Instalación fotovoltaica 1:
Un total de 14 paneles solares (3,92 kWp, 3,7 kWn) conectados a una batería de 4 kWh. Así, los paneles fotovoltaicos suministran electricidad a una parte del laboratorio y permiten también cargar la batería. La planta solar fotovoltaica conectada a la red de baja tensión (suministro eléctrico permanente, enchufes rojos, LO) tiene las siguientes características:
- Sistema trifásico
- 14 módulos (Canadian Solar CS6K-280P)
- Dimensiones del módulo: 1650 x 992 x 40 mm
- Potencia nominal del módulo: 280 Wp
- Eficiencia: 17,11%
- Energía estimada producida: 5.970 kWh/año
- Potencia instalada: 3,92 kWp
- Potencia nominal: 3,7 kW
Y la batería instalada:
- Sonnen Batterie eco 8.0
- Capacidad de batería utilizable: 4.0 kWh
- Potencia nominal (carga/descarga): 2.500W
- Bateria trifásica.
Instalación fotovoltaica 2:
Un total de 12 paneles solares con microinversores (4,5 kWp) conectados a una batería de 7 kWh. Así, los paneles fotovoltaicos suministran electricidad a una parte del laboratorio y también permiten cargar la batería. La planta solar fotovoltaica conectada a la red de baja tensión (suministro eléctrico normal, enchufes blancos, LN) tiene las siguientes características:
- 12 módulos (Sunpower SPR-P3-375-BLK-AC)
- Dimensiones del módulo: 1690 x 1160 x 35 mm
- Potencia nominal del módulo: 375 Wp
- Eficiencia: 19,1%
- Potencia instalada: 4,5 kWp
- Sistema monofásico 7 kW
Y la bateria utilizada:
Enphase IQ Battery Mono 2x3T 7 kWh
Capacidad útil de la batería: 7 kWh, 2,56 kW
Batería monofásica.
Suministro termal
La calefacción y la refrigeración del espacio están garantizadas por una bomba de calor agua-agua con captación geotérmica, que incorpora un depósito de inercia para almacenar el agua climatizada y una fancoil para acondicionar el aire.
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.
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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