Top Innovation de pv magazine: del tejado plano al «tejado eléctrico»

De pv magazine Alemania

«Estamos en una nueva era en la que hay que incluir la envolvente del edificio y el potencial energético en la planificación arquitectónica desde el principio», dijo Arnold Berens, director general de Kraftwerk Solutions de Siegburg en la charla de expertos de Solar-Log del pasado otoño. En todas las zonas industriales entre Flensburg y Garmisch-Partenkirchen, en Alemania, hay pabellones comerciales, «de 1.000 metros cuadrados, con unos 380 metros cuadrados de oficinas en ellos». Para este tipo de edificios, su empresa y Viessmann han desarrollado una solución con la que pueden cubrir la demanda de calor por completo o en gran medida de forma regenerativa.

En principio, esto también puede ser aplicado por otros, pero Berens ve uno de los mayores obstáculos en el hecho de que todos los implicados tienen que repensar, incluidos los planificadores, que a menudo carecen de tiempo para hacerlo. El enfoque de la eficiencia sigue predominando en la mente de la gente. Pero ese techo eléctrico funciona de forma muy sencilla. Y si se recoge suficiente energía localmente, no es necesario hacer un edificio totalmente eficiente.

Independientemente de lo que signifique «simple», un tejado energético suele ser un tejado plano con módulos fotovoltaicos. A pocos centímetros por debajo de los módulos se instalan absorbedores de aire adicionales, que pueden imaginarse como rejillas de tubos llenos de líquido. Estos absorbedores pueden utilizarse para absorber el calor ambiental para una bomba de calor. Para entender el concepto global, no solo hay que mirar al techo, sino también bajo el suelo. Allí encontrará un tanque de almacenamiento de hielo. Se trata de un gran depósito de agua en el que también se instalan absorbentes y que sirve como segunda fuente de calor para la bomba de calor de agua salada. Con esta constelación de energía fotovoltaica, absorbedores de aire, bomba de calor y almacenamiento de hielo, la cubierta energética es capaz de suministrar electricidad y calor a un edificio y también de refrigerarlo. El sistema se utiliza principalmente para almacenes y naves logísticas, pero también para oficinas y otros espacios comerciales con grandes techos y necesidades de calefacción y refrigeración.

¿Qué problema resuelve el techo eléctrico?

El sistema global ofrece un suministro de calor en gran medida libre de CO2 con un alto grado de autosuficiencia. La electricidad y la calefacción se producen in situ. Solo una parte de la demanda de electricidad tiene que extraerse de la red y rara vez se necesita gas o petróleo como respaldo. El concepto también ofrece varias ventajas con respecto a otras soluciones de bombas de calor.

Las bombas de calor de agua salada con pozos de sondeo no pueden utilizarse en todas partes. En algunas zonas de Alemania no se pueden perforar determinadas capas de la tierra. Al mismo tiempo, las perforaciones profundas cuestan mucho dinero y los colectores de poca profundidad requieren espacio. Las bombas de calor aire-agua, en cambio, son ineficaces para calentar en los días más fríos y para refrigerar en los más cálidos.

Por eso se han desarrollado tanques de almacenamiento de hielo, que tienen varias ventajas: El agua libera grandes cantidades de energía cuando se congela, el hielo también puede utilizarse para refrigerar y su instalación es barata. Una desventaja es que pueden alcanzar límites de capacidad y que en el periodo de transición la temperatura ambiente puede ser la mejor fuente de calor. Estas desventajas se compensan con la combinación con el absorbedor de aire.

La demanda de electricidad de la bomba de calor puede cubrirse en gran medida con el sistema fotovoltaico, que no ocupa espacio adicional. Sin embargo, como los absorbedores de aire no están conectados directamente a los módulos fotovoltaicos, hay poca interacción entre el módulo solar y el absorbedor. El absorbedor apenas se beneficia del calor residual de los módulos, los módulos a cambio sólo recibirán un pequeño efecto de refrigeración que mejora el rendimiento, difícilmente se congelarán más rápido, pero tampoco podrán ser descongelados por los absorbedores. Todas las interacciones de un módulo combinado térmico fotovoltaico (PVT) no se producen aquí, o en una medida muy reducida. Por otro lado, los absorbentes de aire también pueden utilizarse cuando no da el sol y por la noche.

Adecuado para muchos tejados gracias a los absorbentes de plástico

Los límites de uso de una combinación fotovoltaica/calor son cuando la capacidad de carga de los tejados es limitada, como en los proyectos de renovación. Según Viessmann, Kraftwerk Solutions ofrece un sistema especialmente ligero con absorbentes de plástico y secciones transversales más pequeñas. A diferencia de la solución anterior con absorbentes de aluminio, ha reducido significativamente la carga.

El peso es ahora de 25 a 30 kilogramos por metro cuadrado. Se añade más peso si los absorbedores deben instalarse en doble capa, en función de la planificación de la demanda de calor. Las líneas de conexión, los sensores y las estaciones de transferencia también se encuentran en el techo. Kraftdach pretende que el sistema sea lo más estandarizado y fácil de instalar posible, para que los proyectos puedan llevarse a cabo con un mínimo de mano de obra.

Otro importante punto de venta único es el control del sistema, que es responsabilidad del fabricante de bombas de calor Viessmann. Aquí, por un lado, la gestión de las fuentes es importante. El sistema debe utilizar siempre la fuente más favorable en términos de energía. «Cada grado adicional de temperatura de la fuente aumenta la eficiencia en un 2,5%», afirma Heiko Ludemann, director de producto de Viessmann. Al mismo tiempo, el almacén de hielo no debe alcanzar su límite de capacidad demasiado pronto.

Para evitar que el sistema se «tambalee» demasiado pronto, el almacén de hielo no suele utilizarse como fuente de calor antes de enero, dice. En los días más cálidos del invierno, puede regenerarse a través de la bomba de calor. Pero el objetivo es congelarlo completamente al final del periodo más frío. El bloque de hielo se conservaría a su vez para apoyar la refrigeración en verano como una eficaz reserva de frío.

El interés es grande

Según Arnold Berens, el interés por el concepto de techo eléctrico es muy alto. «Los propietarios suelen estar interesados porque quieren evitar hacer agujeros en el suelo y tener suficiente espacio en sus tejados», dice. Sin embargo, su empresa se centra en los grandes clientes comerciales y deja en manos de los comerciantes la construcción de proyectos para particulares.

Uno de los principales clientes que han implantado un techo eléctrico es el aeropuerto de Colonia-Bonn. El sistema, implementado por Metternich Haustechnik, se encuentra en el techo del nuevo centro logístico de DHL Express, inaugurado en noviembre de 2019. Debajo de ella hay 12.000 metros cuadrados de sala de carga y 3.000 metros cuadrados de oficinas, que se abastecen de calor en invierno y se mantienen frescas en verano. El sistema fotovoltaico, que encontró espacio a pesar de los sistemas de ventilación, los tragaluces y las tuberías, tiene una capacidad de 300 kWp. El tanque de almacenamiento de hielo asociado tiene una capacidad de 1,3 millones de litros. Hay 18 kilómetros de tuberías de absorción.

Desde que e l sistema entrara en funcionamiento de prueba en el verano de 2018, se han necesitado dos años para optimizar todo y completar todo el trabajo, explica Josef Farwick, jefe de operaciones de generación y medición de energía del aeropuerto de Colonia-Bonn. En la planificación original, el sistema solo debía abastecer la nave logística y proporciona 575 kWh de calor generado de forma renovable y 425 kWh de refrigeración. Sin embargo, como también producía mucho calor residual en verano al refrigerar el edificio, se conectó posteriormente a la red de calefacción urbana del propio aeropuerto, a la que alimenta el calor sobrante. A diferencia de lo que ocurre con el gas natural o el gasóleo de calefacción, ahora los gastos de electricidad solo se producen por la noche.

Norma KfW 40

Los edificios con tejado eléctrico pueden alcanzar fácilmente la norma KfW-40 o superior, afirma Heiko Ludemann. Incluso pueden obtener la certificación Oro o Platino según las normas de sostenibilidad. El sistema es ideal para edificios con necesidades de calefacción y refrigeración, dice. Según los cálculos de las empresas, su adquisición es entre un 10% y un 15% más cara que la de los sistemas convencionales de calefacción con bomba de calor. A cambio, se obtienen unos costes de explotación muy predecibles y bajos durante 20 años. La amortización puede lograrse en ocho años. Ya se están utilizando más de 100 techos eléctricos. Dependiendo del tamaño del techo, rara vez es necesario instalar otra solución de calefacción de apoyo. La autosuficiencia eléctrica de los proyectos realizados hasta ahora ha sido del 60 al 80%.

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