La energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) es exactamente lo que su nombre indica: módulos de generación de energía solar que se integran directamente en un edificio en lugar de los materiales de construcción habituales. BIPV se diferencia en varios aspectos de los paneles fotovoltaicos con los que la mayoría de nosotros estamos familiarizados: los paneles fotovoltaicos montados en el techo o en bastidores que se adaptan a los hogares y producen electricidad para el consumo doméstico o para inyectarla a la red eléctrica. Estas estructuras voluminosas y rectangulares generalmente hechas de células mono o policristalinas son lo que la mayoría de nosotros imaginamos cuando pensamos en la energía solar porque son, con diferencia, las formas más probadas y verdaderas y, por lo tanto, las más comunes y confiables de generación de energía solar. Este artículo explica con más detalle qué es BIPV y analiza la trayectoria futura de la industria fotovoltaica hacia una mayor adopción de BIPV.
Como Mike Tomassi, Director de Desarrollo de Negocios Internacionales de Fotónica del sistema explicó en una charla que dio en el Conferencia sobre energía solar en diseño y construcción de edificios (SBDC) celebrada en Londres el 24 de septiembre de 2010, los módulos solares que consideramos "convencionales" nunca estuvieron destinados a ser utilizados como componentes de construcción. En cambio, han sido diseñados para lograr eficiencia en la conversión de energía y competitividad de precios. Afortunadamente, su robustez y modularidad, además de la historia y la experiencia de la industria trabajando con ellos, significa que estos módulos se pueden instalar en casas antiguas con relativa facilidad y una confianza significativa en que funcionarán correctamente. Sin embargo, sería difícil encontrar defensores de estos paneles por su estética. De hecho, una de las principales críticas que normalmente se hacen contra los paneles solares (al menos por parte de los arquitectos) es su apariencia antiestética. Además de su naturaleza visualmente poco atractiva, una serie de problemas funcionales los hacen menos que ideales: son difíciles de hacer impermeables, no están diseñados para ser autolimpiantes y la mayoría de ellos no fueron fabricados con la idea de reciclarlos en el futuro. en mente. Los avances futuros en la industria de la energía solar abordarán estos problemas y garantizarán que los módulos se puedan integrar sin problemas en el diseño y la construcción: BIPV.
¿Cuáles son entonces los criterios para que las células fotovoltaicas se consideren BIPV en lugar de paneles solares convencionales? Mike Tommasi pone a Francia como ejemplo de un país con requisitos simples, intuitivos pero estrictos: para acceder a los más generosos tarifa de alimentación Allí, los módulos BIPV deben cumplir con los estándares y cumplir perfectamente la función de la parte del edificio que deben reemplazar. Si un módulo está diseñado para ser una teja, por ejemplo, cuando se retira, el techo debería gotear cuando llueve. Después de todo, el propósito de una teja es proteger la lluvia. También debe cumplir todos los demás requisitos y normas a los que normalmente están sujetas las tejas: deben ser duraderas y resistentes al viento, deben evitar la acumulación de suciedad y deben ser "transitables" para que el mantenimiento ordinario del tejado pueda realizarse. llevado a cabo cuando sea necesario. Si no se cumplen todos estos criterios, entonces el módulo no es un buen BIPV en el tejado.
Teniendo en cuenta estos requisitos de flexibilidad funcional y el hecho de que en muchos casos BIPV se utiliza en partes de un edificio que pueden no estar situadas idealmente para la irradiación solar total, no sorprende que sea aquí donde fotovoltaico amorfo/de película fina, es más maleable y menos sujeto a ineficiencias debido a la sombra y la calefacción, se destaca. Muchas de las tecnologías analizadas aquí utilizan energía fotovoltaica amorfa por este motivo. (Para obtener más información sobre las aplicaciones BIPV de paneles solares amorfos, consulte la disertación de maestría de Miwa Tominaga en el sección de referencias al final de este artículo).
La energía renovable sólo tiene sentido cuando se combina con la eficiencia energética. La abundancia de combustibles fósiles durante los últimos 200 años ha hecho que la generación de energía sea barata y abundante, dejando un margen significativo para mejorar en términos de cómo usamos nuestra energía. A menudo se dice que la eficiencia energética es el "fruta madura' de tácticas para disminuir la dependencia global de los combustibles fósiles. Hay muchas maneras de aprovechar mejor los recursos energéticos disponibles. Una de las mejores cajas de herramientas disponibles para diseñadores y arquitectos, aunque actualmente infrautilizada, es diseño pasivo–diseño que se centra en la creación de edificios apropiados para el lugar y el clima que utilizan los recursos energéticos que están fácilmente disponibles en el sitio de construcción, como la variación del ángulo del sol y los vientos predominantes, mitigando así la necesidad de demanda y energía de calefacción/refrigeración artificial. Las técnicas de diseño pasivo son generalmente medios relativamente simples para lograr estos fines. Un ejemplo común sería toldos en ángulo preciso para permitir que la luz solar entre en un edificio para calentarlo durante el invierno, pero bloquearla cuando provocaría un calentamiento no deseado durante los meses más calurosos.¡Construir un toldo de este tipo utilizando células fotovoltaicas mataría dos pájaros de un tiro! Por eso el diseño solar pasivo y BIPV ya son criterios en el LEED (Liderazgo Energético y Diseño Ambiental) y BREEAM Esquemas de calificación de edificios ecológicos.
Elementos de diseño solar pasivo. (Fuente: Energysavers.gov)
Este tipo de pensamiento innovador pero eminentemente sensato con respecto a la energía solar ayudará a la energía fotovoltaica en su marcha hacia la paridad de red. Como la mayoría de los oradores de la Conferencia SBDC quisieron señalar, los módulos de energía solar que realizan múltiples funciones o que reemplazan otros materiales en una estructura ahorrarán en el costo de construcción, incluso si el costo de usar reemplazos con capacidad fotovoltaica es mayor que los materiales convencionales. El Blog de semillas solares se refiere a un comentario del Dr. Douglas Dudis, investigador del Laboratorio de Investigación, Dirección de Materiales y Fabricación de la Fuerza Aérea de EE. UU., quien en el ASES (Sociedad Estadounidense de Energía Solar) La Conferencia Solar de 2007 declaró que, junto con los problemas de disponibilidad de materiales y los altos requisitos de mano de obra involucrados en la fabricación de tecnología fotovoltaica, un factor importante que contribuía a la naturaleza relativamente inasequible de la energía fotovoltaica en comparación con las fuentes de energía convencionales era la falta de integración de los edificios. Entonces la siguiente pregunta es: ¿de qué manera puede ocurrir la integración?
Los paneles solares convencionales suelen instalarse en los tejados de las casas y otros edificios con un coste adicional: requieren soportes de montaje especiales y experiencia. Uno de los lugares más fáciles para comenzar a implementar BIPV a gran escala son las tejas de cerámica o arcilla, que son rígidas, y las tejas asfálticas, que son flexibles. Se ha desarrollado una gama de módulos tipo teja en el mercado, sin marco, de tamaño regular, que pueden ser instalados por cualquier techador, y que pueden intercalarse con tejas del mismo tamaño pero diferente funcionalidad, como captadores térmicos y lucernarios, así como tejas estándar.
Marco de pizarra para tejado fotovoltaico
Pizarras fotovoltaicas para tejados de una casa
Uni-Solar PowerShingles(TM)
También se han puesto en producción paneles similares de otros fabricantes, ya que una búsqueda rápida en Google de "tejas solares BIPV" o "tejas solares BIPV" le dará una idea de lo que hay disponible. Un producto similar a las tejas y tejas fotovoltaicas en el mercado son los laminados fotovoltaicos: una película fotovoltaica de película delgada que se puede adherir a la superficie de partes de edificios, incluidos los techos. Sin embargo, su naturaleza superficial puede excluirlo de la definición de BIPV descrita en la sección anterior; por lo general, se vincula después del hecho. Sin embargo, los laminados son extremadamente versátiles, lo que los hace ideales para reequipamiento.
Otra forma en que se puede integrar la energía fotovoltaica en un edificio es en las paredes del propio edificio o, a veces, de manera más efectiva, en una “piel” o cortina multiuso que rodea el “núcleo” del edificio en su interior. Como ocurre con todos los BIPV, también aquí las células solares tienen un doble propósito. Como señaló Ray Noble en su presentación para la Conferencia SBDC, si los módulos fotovoltaicos tienen un precio competitivo con respecto a los materiales de construcción convencionales y están integrados de manera inteligente en el diseño del edificio, entonces no es imperativo que las células tengan una orientación óptima, en cualquier dirección excepto La dirección hacia el polo (norte o sur, dependiendo de su hemisferio) generará electricidad con hasta un 90% de la eficiencia nominal. En otras palabras, no es absolutamente necesario que se coloquen módulos en el tejado.
Hay algunas opciones disponibles para determinar qué hacer con su fotovoltaico en secciones del edificio además del techo. Estos se explican aproximadamente a continuación. La forma en que se implementa su instalación depende de la sensibilidad del diseñador.
-Integrarse en las paredes. Las paredes perfectamente verticales, por supuesto, no reciben la misma radiación solar que los tejados inclinados u horizontales, pero sí la reciben, especialmente si el edificio está situado en latitudes más altas, donde el sol invernal entra en ángulos bajos. Hay disponibles módulos "perforados" que capturarán una parte de la luz para la producción de electricidad en las celdas y, al mismo tiempo, permitirán que algo de luz entre en el edificio.
-Integrar los módulos en la "piel" circundante de un edificio. Algunos edificios incorporan dicha piel por motivos estéticos y de control climático. Si los paneles fueran, al igual que las ventanas, capaces de abrirse y cerrarse, podrían desempeñar un papel directo en el control del clima del edificio y, al mismo tiempo, tendrían suficiente espacio para mantenerse frescos y, por lo tanto, funcionar de manera eficiente.
Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología: Acristalamiento fotovoltaico en fachada
-Los toldos solares, como se mencionó anteriormente, son ventajosos porque pueden mantener los rayos directos no deseados del sol fuera de sus ojos mientras los absorben para generar electricidad. El ángulo de los toldos podría ajustarse para capturar/bloquear mejor los rayos del sol según la temporada.
Parasoles fotovoltaicos: un ejemplode energía fotovoltaica y energía solar pasiva
Los toldos fotovoltaicos podrían colocarse sobre las ventanas para proporcionar sombra y energía.
-Las ventanas solares (acristalamiento fotovoltaico) y los tragaluces tienen el mismo propósito que sus contrapartes ordinarias: dejar entrar la luz, reducir el deslumbramiento (si están tintados) y actuar como aislamiento o medio para proporcionar ventilación dentro de un edificio.
Acristalamiento fotovoltaico en ventanas frontales de edificios de oficinas
Acristalamiento fotovoltaico en claraboya de un edificio
Algunas de las técnicas más fascinantes e innovadoras para la energía solar pasiva se están desarrollando para las partes del edificio que no son techos mencionadas anteriormente. Simone Giostra, socia fundadora de Simone Giostra & Partners y otra de las ponentes en la conferencia SBDC, calificó algunas de las tecnologías actualmente en desarrollo como algo de ciencia ficción: precisión sin precedentes para integrar células fotovoltaicas en las fachadas de los edificios. , aumentando la densidad celular donde se espera que la luz solar caiga con mayor intensidad, redúzcala donde se espera que la luz solar sea más escasa. Esto permitiría una captura óptima de la energía solar tanto para la generación de electricidad como para fines de iluminación y clima. Actualmente es cuestionable si hacer algo tan complicado es práctico o rentable o no, pero el hecho de que la tecnología se esté desarrollando es digno de elogio.
Siempre que el costo de las nuevas tecnologías BIPV siga bajando y que el edificio en consideración aún no se haya construido o vaya a ser objeto de una renovación importante, BIPV será probablemente la primera y más obvia opción para el diseñador/arquitecto. Los paneles fotovoltaicos convencionales ganan cuando el edificio es más antiguo y la instalación es una modernización, y cuando el precio es un factor a considerar. Dicho esto, la tecnología BIPV que tiene más probabilidades de despegar en el mercado de modernización son los techos BIPV, especialmente en casas que necesitan reemplazos de techo de todos modos.
El siguiente es un resumen de los pros y los contras de BIPV y la energía solar fotovoltaica convencional.
Fotovoltaico de “panel” convencional:
+Relativamente común en todo el mundo, incluida Australia, y por lo tanto con mucha infraestructura.
+Durable y probado en el tiempo: continuará funcionando a una capacidad más o menos nominal por hasta 25 o 30 años
+Se han desarrollado estándares de la industria que son bien conocidos por los instaladores experimentados.
+La eficiencia de los paneles ha aumentado constantemente mientras que el precio ha ido disminuyendo.
+Se puede instalar fácilmente encima de un techo en un edificio que no requiere ninguna revisión estructural
-Grande, rectangular, visualmente poco atractivo (¡para algunas personas! Supongo que esto es una cuestión de gustos…)
-No "agrega valor" a la funcionalidad de una casa además de la producción de electricidad.
-Las opciones de ubicación son limitadas, generalmente encima de un techo o posiblemente montado en el suelo
BIPV:
+¡Valor añadido! Un BIPV bien diseñado genera electricidad y al mismo tiempo mejora el rendimiento climático de su hogar/edificio.
+Puede reemplazar casi todos los materiales de construcción externos y, por lo tanto, reducir los costos generales a largo plazo de un edificio mediante ahorros en costos operativos y reducción de energía incorporada.
+Estéticamente agradable: se puede integrar perfectamente en la envolvente del edificio para darle un aspecto elegante y moderno (por ejemplo, algunas de las imágenes que acompañan a esta entrada de blog).
-Mercado más pequeño, muchas tecnologías aún están en desarrollo y no son competitivas en precio a escala minorista con los paneles convencionales.
-Infraestructura, estándares no establecidos, es necesario desarrollar experiencia (en Australia, entre otros lugares fuera de la UE)
-Si se utilizan algunas formas de fotovoltaico amorfo en la construcción, la productividad del fotovoltaico puede disminuir en tan solo 10 años; el fotovoltaico amorfo generalmente tiene una vida útil más corta que la fotovoltaica cristalina.
Fundada en 2010, SpolarPV Technology Co., Ltd se ha especializado en el diseño, fabricación y comercialización de células solares, módulos solares y sistemas de energía solar. La empresa, ubicada en la capital de la provincia de Jiangsu, Nanjing, con una superficie de 6.000 m2, cuenta con sistemas automáticos avanzados...
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