Aerotermia con placas fotovoltaicas: cómo recuperar tu inversión en solo 6 años y medio

La aerotermia con placas solares fotovoltaicas es una de las tecnologías que resultan más eficientes en el uso de la energía para lograr una disminución considerable de emisiones de gases de efecto invernadero y ahorrar dinero en el camino. Es un sistema que se puede adaptar tanto en viviendas nuevas como en usadas y es altamente eficiente, con labores de mantenimientos mínimas y un tiempo de retorno de inversión de 6 años y medio, como veremos a continuación.

¿Cómo recupero mi inversión en 6 años y medio?

Dentro los múltiples beneficios que encontramos al momento de utilizar un sistema de aerotermia con placas fotovoltaicas se destaca el ahorro económico, pues al tener una vida útil de 25 años, la inversión respecto a su depreciación resulta bastante favorable.

Según Nuno Lourenço, este sistema «puede llegar a proporcionar un ahorro anual cercano a los 125 euros para una vivienda media española de 100 metros cuadrados».

Se debe tener en cuenta que el gasto medio anual en energía de los hogares españoles es de 990 euros y que la mitad (495 euros) se destina a cubrir los gastos en calefacción, porcentaje que puede llegar hasta el 71% en una vivienda unifamiliar aislada en una zona fría de España, según los últimos datos publicados por el IDAE.

Un ejemplo práctico

Seguramente te estarás preguntando ¿Cómo es posible que el retorno de mi inversión se vea en menos de 7 años?

Pues bien, al momento de optar por el uso de un sistema de aerotermia solar, más allá del beneficio medioambiental, un tema de peso es el retorno de tu inversión, la cual suele oscilar entre los 3.000 y 8.000 euros incluyendo los precios de equipos e instalaciones, aunque esto también depende del tamaño de la casa.

Con el fin de visualizar de manera más fácil el retorno de la inversión, se debe tener en cuenta que este cálculo está estrechamente relacionado con la facturación y el ahorro mensual en el consumo del hogar.

Para que sea un poco más claro, te dejo un ejemplo práctico en una típica vivienda española:

Supongamos que la inversión inicial es de 4.000 euros para una vivienda unifamiliar de 180 metros cuadrados (situada en Zalla, Vizcaya). La calefacción por aerotermia consumiría al año 6.667 kilovatios/hora, lo que supondría un coste anual de 687 euros.

Esto es incluyendo los costes fijos de la factura eléctrica con una tarifa de discriminación horaria. Ahora, la misma vivienda consumiría con una caldera de gasóleo entre 2.154 y 2.619 litros de combustible para generar un aproximado de 21.930 kilovatios/hora, con un costo promedio de 1.293 euros al año.

Para calcular el retorno de tu inversión dividimos la inversión inicial entre el ahorro anual en la facturación.

ROI = Inversión Inicial / Ahorro Anual en la Facturación

El ahorro anual es el beneficio que nos genera usar un sistema solar fotovoltaico para aerotermia en vez de la caldera de gasóleo. Este sería:

1293 € (costo anual energía caldera de gasóleo) – 687 € (costo anual energía sistema solar fotovoltaico) = 606 € ahorrados.

Ahora usamos la fórmula:

4000 euros / 606 euros anuales = 6.6 años

Así pues, podemos observar como el costo se reduce a la mitad en comparación con el uso convencional de una caldera de gasóleo, generando un ahorro significativo en la facturación anual. Este ahorro es el que precisamente nos permite recuperar nuestra inversión en un plazo de 6 años y medio.

También, ten en cuenta que tanto los precios de los sistemas solares como los que pagamos por kilovatio/hora están bajando, por lo que con cada año que pasa, disminuirá también el tiempo que necesitas para recuperar tu inversión.

Algo más de info: ¿Qué es la aerotermia?

La aerotermia consiste en la extracción de energía en forma de calor que existe en el ambiente a través de una bomba de calor, transfiriéndolo a un gas refrigerante que luego permitirá calentar o enfriar un espacio o el agua sanitaria. En términos de ciclos termodinámicos, la bomba de calor es una máquina térmica que sigue un Ciclo de Carnot operado a la inversa.

Los equipos de aerotermia son capaces de extraer hasta un 75% de la energía del aire exterior, permitiendo así proporcionar tanto calefacción y refrigeración como agua caliente y ahorrando en torno al 50% respecto a otras calderas como las de gas natural y gasóleo.

Esta tecnología ha sido implementada en Estados Unidos y Europa y según marcas como Mitsubishi, tiene coeficientes de desempeño energético entre 4,5 y 7 veces más eficiente que tecnologías convencionales como calentadores eléctricos y sistemas de calefacción con gas.

Adicionalmente, este tipo de sistema ofrece tres servicios distintos: refrigeración en verano, calefacción en invierno y agua sanitaria caliente todo el tiempo.

Las sustancias refrigerantes utilizadas en bombas de calor tienen características como:

  • Presión de evaporación superior a la atmosférica
  • Relación de compresión baja
  • Temperatura de ebullición por debajo de la temperatura ambiente y por encima de la temperatura de congelación (es decir, puede tomar calor incluso de un ambiente con temperaturas bajo cero)
  • Calor específico alto, característica que permite absorber grandes cantidades de calor
  • Alta densidad, lo que le permite usarse en pequeñas cantidades de forma tal que una sustancia refrigerante sirve para captar fácilmente calor del ambiente, y para que, a través del aumento en la presión de la sustancia, se logre aumentar fácilmente su temperatura para transferir luego el calor a un espacio deseado.

Hoy en día, se promueve el uso del refrigerante R32, que tiene un tamaño de molécula similar al CO2 y genera un bajo impacto como gas de efecto invernadero en comparación con otros refrigerantes.

En términos de equilibrio termodinámico, el calor transferido al interior de un espacio, como una vivienda, lo puede suministrar una bomba de calor que suministra energía eléctrica, el cual es consumido por un compresor para aumentar la presión y la temperatura de un gas refrigerante y por los ventiladores que ayudan a la interacción del refrigerante con el ambiente en el evaporador o en el condensador.

Así mismo, y quizás el factor más importante, es la energía en forma de calor captada del medio ambiente por el refrigerante y que se suma como fuente de energía a este ciclo termodinámico.

También existe la posibilidad de enfriar un espacio en una vivienda mediante la bomba de calor, que bajo ese escenario extrae calor del interior de un espacio para luego rechazarlo en el exterior, simulando el funcionamiento de un acondicionador de aire (sistemas ACS por aerotermia).

¿Cómo funciona?

El ciclo que sigue la bomba de calor cuando funciona con el objetivo de calentar un espacio consiste en el siguiente proceso:

  1. Moléculas de un refrigerante que se encuentran en el evaporador (una bobina generalmente de cobre) en fase líquida, absorben calor por conducción al entrar en contacto directo con el ambiente. Esta absorción de calor se da por el trabajo de las moléculas del refrigerante para entrar en equilibrio térmico con el ambiente. Después de la absorción de calor, el refrigerante pasa a su fase gaseosa.
  2. El gas refrigerante es absorbido por un compresor que le aumenta la presión e incrementa la temperatura.
  3. El gas caliente fluye a través de las bobinas del condensador dentro del espacio (o líquido) que se propone calentar, y debido a que la sustancia refrigerante se encuentra a una mayor temperatura que el espacio, esta le transfiere calor y se condensa pasando nuevamente a su fase líquida.
  4. El líquido refrigerante fluye a través de una válvula de expansión que reduce su presión y el calor de las moléculas de la sustancia, para repetir nuevamente el ciclo.

Cuando la bomba de calor realiza el ciclo con fines de enfriar un espacio, lo hace removiendo calor de un área y expulsándola en otra. Para hacer esto, las bobinas del condensador y el evaporador cambian de función y el flujo del refrigerante es inverso al descrito previamente.

En este ciclo, un espacio es enfriado a través de un refrigerante que se encuentra en estado líquido y absorbe calor de un espacio a través del evaporador. Luego, el refrigerante pasa a través de un compresor que aumenta su temperatura y presión.

Después, el refrigerante pasa a través de la bobina del condensador, y transfiere su calor al exterior. Finalmente, el refrigerante se expande para disminuir su temperatura y enfriarse para repetir el ciclo y continuar disminuyendo la temperatura de un espacio determinado.

El coeficiente de desempeño (COP por sus siglas en inglés) mide la proporción entre la energía eléctrica suministrada y la energía usada para realizar su trabajo. En el caso de una bomba de calor comercial, el COP puede ser de 4,5. Esto significa que puede consumir 1 kWh de electricidad y suministrar hasta 4,5 kWh de calor a un ambiente. Esto convierte a la aerotermia, en una tecnología con amplias ventajas de desempeño sobre otras opciones.

Existen diferentes alternativas para dar uso final del calor captado por una bomba de calor. Por ejemplo, equipos de acondicionamiento de aire (splits o por conductos de aire), radiadores, fancoils, suelos o techos radiantes. El mismo equipo, sirve para calentar agua sanitaria climatizada o suministrar aire acondicionado.

La aerotermia con energía solar

Cuando se pretende hacer la instalación de una vivienda aún más amigable con el medio ambiente, la aerotermia se puede combinar con un sistema de energía solar. Existen dos tipos de sistemas solares, el fotovoltaico y el térmico.

Las placas fotovoltaicas se puede sincronizar a las horas de mayor producción de energía eléctrica con el sistema de aerotermia compacta para acumular agua caliente que puede almacenarse en tanques aislados térmicamente para proporcionar agua caliente a la vivienda cuando esta sea requerida para el consumo.

En esta aplicación, la gran ventaja es que cuando el sistema solar fotovoltaico no tenga que aportar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de la bomba de calor, por ejemplo, en verano, la energía sobrante se puede utilizar en el suministro de energía para el consumo del resto de electrodomésticos que existen en una vivienda.

La otra aplicación solar que se puede realizar en combinación con la aerotermia es la implementación de sistemas solares térmicos.

En este tipo de aplicación, el calor que se produce es captado por placas solares térmicas con capacidad de colectar energía en forma de calor que luego es transmitida a agua de menor temperatura mediante un intercambiador de calor, y finalmente el agua caliente es llevada a un acumulador de agua sanitaria para luego distribuirlo en la vivienda conforme a los requerimientos de consumo.

De esta manera, cuando el clima es frío, el sistema de aerotermia no tiene que estar trabajando todo el tiempo en la climatización del ambiente o de pisos térmicos y en el calentamiento de agua al mismo tiempo. El sistema solar con paneles solares termodinámicos se encargará de aliviar su trabajo y permite repartir el trabajo y la capacidad instalada requerida para el sistema de aerotermia.

La aerotermia va muy de la mano de la energía solar fotovoltaica para autoconsumo, pues son sistemas complementarios que pueden reducir los precios de las facturas en el hogar y a la vez brindar beneficios usando la energía solar.

La aerotermia en España y en el mundo

Actualmente en España, el presupuesto que se requiere para la instalación de un sistema de aerotermia contempla el costo de los equipos y la instalación de una bomba de calor.

Estos precios pueden oscilar entre 1.490 y 17.000 euros. La razón de la variación de estos tiene que ver con el área que se pretende climatizar, la selección de una bomba de calor monobloc o una bibloc, y también depende de la inclusión de un depósito de inercia (que es un acumulador de calor para sistemas de calefacción y que su instalación depende hoy en día de la instalación de un sistema modulado con requerimiento de varios circuitos a distinta temperatura de impulso) y un acumulador de agua sanitaria climatizada. Los precios de los radiadores de baja temperatura para aerotermia pueden variar entre 600 y 930 euros dependiendo de la marca y sus especificaciones.

Existen varios casos documentados de implementación de la aerotermia domestica en diferentes lugares en España. Una fuente de información es la documentada por Esther Jiménez Macías en su tesis doctoral sobre la implementación de la aerotermia. En ese trabajo, la autora documenta el uso de la aerotermia en 12 viviendas con superficies en promedio de 150 m2 y demandas promedio de 20.000 kWh/mes, donde el ahorro en la facturación luego de la implementación está entre el 49% y el 87%.

La aerotermia va de la mano de las políticas de descarbonización europeas para 2020 y con el paquete de medidas recientemente publicado por la Comisión Europea que fomenta el uso de tecnologías limpias, por consiguiente son muchos los países que han optado por su uso. Solo en España, según las estimaciones de Toshiba, se han instalado en torno a 100.000 aparatos en viviendas entre 1996 y 2016.

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