Desarrollo de un kit de control y monitorización telemática de bajo coste para sistemas de energía solar térmica en multivivienda

Abstract

Solar thermal technology for domestic water heating is already a mature technology competitive to other conventional energy based systems. This has motivated some countries, regions or local authorities worldwide (Spain, Portugal, Italy, Chile...) to implement solar ordinances or regulations to obligate the use of solar thermal or other renewables in new and refurbished buildings. As a result, the number of solar domestic water heating systems has increased considerably during the last years. Only in Spain a total collector surface of 3.500.000 is installed corresponding to 2,4 GWth.

Practical experience, however, has shown as an important part of the domestic water heating systems in the Spanish market are not performing appropriately resulting into reduced solar energy savings and bad reputation of the solar thermal technology. Furthermore, many of the systems owners have no enough information about the benefits of their installation. This results into a lack of interest on establish maintenance contracts with solar professionals and companies.

To solve this situation, there is a need of new low-cost methods and solutions to support maintenance and operation of these systems.

Smart metering systems to support maintenance and operation are already available in the market. They are used by big technical service providers in commercial and institutional buildings. However, they have not been designed to specifically address the niche market of solar domestic hot water systems. They are too expensive, and the specific technical requirements of these systems are not fulfilled.

In this thesis, a new low cost smart metering kit to support operation and maintenance of solar domestic hot water systems has been developed. The kit integrates advanced ICT techniques with smart metering procedures for thermal energy counting. The commercial name for the new smart metering kit is SeYe. Most relevant innovations have been published in a Spanish patent (P201630319) and in the conference articles “"Open data solar thermal meter for smart citie" and “"Comparative experimental analysis of solar thermal energy counters" presented at the ISES Eurosun Conference 2016.

The kit has already been installed in 70 plants located nearby Barcelona which were not producing as expected. With the use of SeYe these plants are now properly operated and maintained assuring proper performance.

La consolidación de la tecnología solar térmica para el calentamiento de agua caliente sanitaria, y la aparición de nuevas ordenanzas solares en países como España, Italia, Portugal y Chile, ha dado lugar a un incremento considerable en el número de edificios multivivienda que utilizan esta tecnología. Se estima que a nivel mundial el número total de edificios multivivienda con sistema solar de agua caliente sanitaria supera la cifra de un millón. Concretamente en España, a finales de 2014, se estima que los sistemas instalados y en operación alcanzan los 3.500.000 m2 de superficie llegando a superar los 2,4 GWth y con un valor de crecimiento en implantación del 9% respecto al año anterior. Lamentablemente, si se analiza con detalle el funcionamiento de este tipo de instalaciones, se puede observar como un porcentaje importante de estas no está funcionando correctamente, de manera que no contribuyen al ahorro energético esperado, generando indirectamente una mala reputación para este tipo de tecnología. Además, gran parte de los propietarios de este tipo de instalaciones no tienen una percepción real del ahorro económico asociado al buen funcionamiento de su sistema solar térmico, lo que desencadena, en muchos casos, a que estos se nieguen hacer el esfuerzo económico o la inversión requerida para garantizar el buen funcionamiento de ellas, prefiriendo, generalmente, realizar las intervenciones mínimas para pasar las inspecciones obligatorias. Para solucionar esta situación, y a la vez conseguir una revalorización de la tecnología solar para el calentamiento de agua sanitaria, es necesario el desarrollo de métodos y soluciones de bajo coste para dar soporte a los servicios de operación y mantenimiento en estos sistemas. En la actualidad ya existen soluciones pensadas para dar soporte a servicios de operación y mantenimiento, pero estas no han sido desarrolladas particularmente para este mercado (solar térmica para agua caliente sanitaria en edificios residenciales multivivienda), no cubriendo así toda la problemática presentada y resultando excesivamente caras de implementar. Con la intención de contribuir a solucionar los problemas comentados, esta tesis se ha centrado en el desarrollo de un equipo de control y monitorización telemática de bajo coste para sistemas de energía solar térmica que permite tener controlada la instalación para actuar sobre ella siempre que sea necesario y, a la vez, que registra históricos de datos de variables de producción como la energía producida o el ahorro. La metodología empleada, a grandes rasgos, se basa en la integración de técnicas avanzadas TIC, de sistemas de comunicación automática, y de contabilización inteligente de la energía producida y otras variables. Como resultado directo de la tesis se ha desarrollado un equipo modular de control y monitorización de bajo coste denominado comercialmente SeYe para sistemas de energía solar térmica de agua caliente sanitaria en general y para edificios residenciales multivivienda en particular. Algunos de los desarrollos (e innovaciones) más relevantes han sido publicados en la Patente P201630319 (España), y en los artículos "Open data solar thermal meter for smart cities" y "Comparative experimental analysis of solar thermal energy counters" publicados en uno de los congresos más relevantes del sector de la energía solar térmica, el ISES Eurosun Conference. Este equipo ha sido ya instalado en un total de 70 instalaciones reales ubicadas en Cataluña cuyo correcto funcionamiento no estaba garantizado. Con la implantación del dispositivo SeYe y la subsanación previa de problemas inherentes a estas instalaciones ha sido posible obtener un rendimiento adecuado.