El prototipo de bomba de calor asistida por fotovoltaica-con condensador doble alcanza un coeficiente de rendimiento de 7,59
Mar 03, 2026
Investigadores de la Universidad Miguel Hernández de Elche (España) han diseñado un sistema de bomba de calor de aire-a-agua que puede trasladar la producción de agua caliente sanitaria (ACS) a las horas centrales del día, maximizando así la utilización de la generación de energía fotovoltaica.
La novedad del sistema radica en el uso de dos condensadores en lugar de una única unidad.
Los investigadores explicaron que una bomba de calor de agua caliente sanitaria (ACS) compacta convencional incluye un compresor, un evaporador, una válvula de expansión y un condensador envuelto alrededor del fondo del tanque de almacenamiento, calentando todo el volumen de agua mediante convección natural. La configuración de condensador dual- propuesta agrega un segundo condensador en la parte superior del tanque, combinado con un sistema de control optimizado para seleccionar el modo de funcionamiento, conservando al mismo tiempo los componentes estándar.
Tanto el condensador superior como el inferior constan de tubos en espiral instalados entre la pared del tanque y la capa aislante. Cuando funciona el condensador inferior, el calor se entrega al fondo del tanque de 215 litros, favoreciendo la estratificación y calentando todo el volumen. Cuando se activa el condensador superior, solo se calienta la sección superior del tanque, lo que permite un funcionamiento más específico y un menor almacenamiento de energía.
El prototipo se desarrolló a partir de una bomba de calor comercial-de aire-a-agua de tipo split, equipada con un compresor scroll de 600 W y refrigerante R134a. La resistencia eléctrica original de 2.400 W se desconectó para garantizar el funcionamiento exclusivamente en modo bomba de calor. El sistema tenía un coeficiente de rendimiento (COP) nominal- del fabricante de 3,17 a 14 C. Las modificaciones incluyeron la integración del segundo condensador, el rediseño del circuito de refrigeración y la actualización del sistema de control para realizar pruebas en condiciones operativas realistas de DHW y PV.
La configuración experimental se diseñó para replicar la demanda real de ACS de los hogares mediante un sistema de circuito cerrado-para evitar el desperdicio de agua. Consta de dos cámaras climáticas, la bomba de calor de doble-condensación, una instalación fotovoltaica de 600 W y un circuito hidráulico controlado. La bomba de calor se conectó tanto a la red como a la instalación fotovoltaica, sin considerar ninguna compensación financiera por el excedente de electricidad inyectado a la red.
Un tanque auxiliar, una bomba de circulación y un enfriador de agua mantuvieron la temperatura del agua de entrada a 10 C para simular las condiciones del suministro principal. Un controlador Arduino Mega gestionó bombas, válvulas, el enfriador y la bomba de calor para permitir pruebas automatizadas. El sistema también estaba equipado con 30 sensores de temperatura, medidores de flujo y dispositivos de monitoreo eléctrico, con datos registrados en intervalos de un-minuto.
Los investigadores evaluaron tres configuraciones a una temperatura ambiente de 18 C: una bomba de calor de condensador único-convencional, el mismo sistema acoplado con fotovoltaica y la bomba de calor de condensador-doble con fotovoltaica. Las pruebas siguieron un perfil de consumo de ACS basado en la norma EN 16147, garantizando temperaturas de suministro superiores a 45 C.
Los resultados mostraron que la configuración de doble-condensador mejoró el control de la estratificación, redujo el consumo general de energía y mantuvo la calidad del servicio de ACS, al tiempo que aumentó significativamente el auto-consumo fotovoltaico.
El análisis encontró que el COP estacional promedio de la bomba de calor alcanzó 3,55 en la configuración de un solo-condensador y 3,65 cuando se combina con energía fotovoltaica.
"Como era de esperar, ambos valores son similares, ya que no hay diferencia en el modo de funcionamiento entre ellos", subraya el equipo de investigación. “En la tercera prueba, con dos condensadores y una estrategia de control mejorada que permite operar con una menor temperatura del agua, esta eficiencia sube a 3,71. Esta tendencia es más pronunciada al analizar la eficiencia del servicio de ACS, donde los resultados son 3,08 y 3,12 para los dos primeros modos de funcionamiento y 3,37 para la configuración con dos condensadores y paneles fotovoltaicos. Al estar el tanque más frío en la configuración con dos condensadores, hay menos pérdidas de calor”.
El autoconsumo de energía solar-con sistema de doble-condensación, por su parte, aumentó del 9,9% al 55,5%.
"Los resultados también resaltan la necesidad de considerar el autoconsumo instantáneo-, utilizando una base de cálculo de como máximo minuto-por-minuto en lugar de cada hora o diariamente, ya que esto último da como resultado contribuciones solares irrealmente altas", concluyeron los académicos. "Teniendo en cuenta la energía suministrada por los paneles fotovoltaicos, el rendimiento de los HP se puede reevaluar, lo que lleva a un COP de 3,46 cuando se trabaja con un condensador y de 7,59 cuando se trabaja con la configuración de doble condensador".
El sistema se describió en "Evaluación experimental de un novedoso diseño de bomba de calor fotovoltaica con condensador dual", publicado en Solar Energy.