Smart control techniques for thermal energy storage systems

Abstract

Augmentar l’ús d’energia provinent de fonts renovables és important en la lluita contra el canvi climàtic. No obstant, la seva implantació planteja reptes importants deguts a la manca de continuïtat en la seva generació i al desajust que existeix amb els perfils de consum. La present tesi doctoral s’emmarca en dues propostes per incrementar el rendiment dels panells fotovoltaics en l’àmbit dels sistemes de calefacció per edificis. Per una banda, el sistema integra un tanc d'emmagatzematge d'energia tèrmica, que permet emmagatzemar l'energia generada pels panells durant el dia, a fi de poder-la consumir a les hores amb més demanda. D'altra banda, el sistema també compta amb una estratègia de control predictiu, que permet pronosticar les condicions meteorològiques i les demandes de calefacció futures, per tal d'ajustar el funcionament de tot el conjunt d'elements, considerant aquesta informació. El sistema proposat ha demostrat ser efectiu en diferents tipus de clima i habitatges.

Aumentar el uso de energía procedente de fuentes renovables es importante en la lucha contra el cambio climático. No obstante, su implantación plantea retos importantes debidos a la falta de continuidad en su generación y al desajuste que existe con los perfiles de consumo. La presente tesis doctoral se enmarca en dos propuestas para incrementar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos en el ámbito de los sistemas de calefacción para edificios. Por un lado, el sistema integra un tanque de almacenaje de energía térmica, que permite almacenar la energía generada por los paneles durante el día, a fin de poderla consumir a las horas con más demanda. Por otro lado, el sistema también cuenta con una estrategia de control predictivo, que permite pronosticar las condiciones meteorológicas y las demandas de calefacción futuras, para ajustar el funcionamiento de todo el conjunto de elementos, considerando esta información. El sistema propuesto demostró ser efectivo en distintos tipos de climas y viviendas.

To increase the use of energy that comes from renewables is important to fight against climate change. However, their deployment leads to significant challenges due to the intermittence in their generation and the mismatch between energy demand and supply. In that sense, this PhD thesis is framed in two proposals to increase the performance of photovoltaic panels in heating systems integrated in the building sector. On the one hand, the system considers a thermal energy storage tank, which allows to store the energy produced by the panels during the solar hours, in order to consume it along the peak demand periods. On the other hand, the system also takes into account a model predictive control strategy, which enables to forecast weather conditions and future heating demands, to adjust the operation of all the elements. The proposed system demonstrated a good and effective behaviour in different climate conditions and buildings.