Modelling and Experimental Characterization of Photovoltaic/Thermal Systems for Cooling and Heating of Buildings in different climate conditions

Abstract

La integración de sistemas de fotovoltaicos/térmicos (PV/T) y un eficiente aire acondicionado en los edificios permite el suministro de calefacción, refrigeración y electricidad con una reducción de las emisiones de efecto invernadero. Las configuraciones de integración de: a) sistemas fotovoltaicos (PV) con enfriadores eléctricos refrigerados por aire y sistemas de bombas de calor aire-agua; b) sistemas fotovoltaicos/térmicos (PV/T) basados en aire con sistemas de bomba de calor aire-agua; y c) Los sistemas fotovoltaicos/térmicos de baja concentración (LCPV/T) con enfriadores de compresión y absorción tienen un gran potencial para aumentar la proporción de electricidad fotovoltaica in situ. La flexibilidad de incorporar energía LCPV/T para la red bidireccional de baja temperatura en distritos urbanos reduce las pérdidas térmicas y proporciona edificios de productores y consumidores (prosumidores). En comparación con la configuración típica del enfriador de compresión integrado fotovoltaico, la configuración propuesta de LCPV/T junto con los enfriadores de compresión y absorción reduce el período de recuperación en un 10-40% en el edificio de cajas en El Cairo. Sustituir la conexión a la red de agua del campus por el uso de bomba de calor reversible reduce en un 15-30% el coste operativo de refrigeración y calefacción en el edificio de cajas en España.

The integration of photovoltaic/thermal (PV/T) and efficient air conditioning systems into buildings allows the provision of heating, cooling and electricity with a reduction in greenhouse emissions. The integration configurations of: a) photovoltaic (PV) systems with air-cooled electric chillers and air-to-water heat pump (HP) systems; b) air-based PV/T systems with air-to-water HP systems; c) Low concentrated photovoltaic/thermal systems (LCPV/T) with compression and absorption chillers; and d) LCPV/T coupled with water-to-water HP have a great potential in boosting the share of onsite PV-electricity. The flexibility of incorporating LCPV/T energy for the bidirectional low temperature network in urban districts reduces thermal losses and provides producer and consumer (prosumer) buildings. In comparison to the typical configuration of PV integrated compression chiller, the proposed configuration of LCPV/T coupled with the compression and absorption chillers reduces the payback period by 10-40% in the case building in Cairo. Substituting the connection to the campus water network with the use of reversible