arquitectónica de paneles fotovoltaicos master sih007/temes/treballs/2... · 2011-06-21 · muros...

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Tecnología fotovoltaica

Autores: Ángela Marzá Valero, Concepción Encinar Galán, David del Blanco Quijano, Iván Lledó Vila, Javier Sesé Ballester, Vicente Giménez Guillamón y Jose Girona Granell. Página 1 de 59

Integración

Arquitectónica

de Paneles Fotovoltaicos

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN………………………………………………..……….……………………….……………4,5

APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS……………………………………………………………………6 - 17

Fachadas fotovoltaicas……………………….…………………………………….…………………...…6, 7

Muros cortina fotovoltaicos ventilados………………...…….………….………………………………8, 9

Marquesinas o parasoles fotovoltaicos………………….……...………….……………..……….…10, 11

Cubiertas fotovoltaicas………………….……………….…………….……………………………..…11 - 13

Claraboyas fotovoltaicas………………….….…………………………………………………………..…14

Celosías fotovoltaicas……..………….….…….……………………………………………………..….15, 16

Acristalamientos fotovoltaicos……..………..………….………………………….…………………..16, 17

EJEMPLOS DE INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA………………………..………...…………..……18 - 22

Nave TAU CERÁMICA, Castellón (España)……………………….….………….………………..…18 - 20

GreenPix Media Wall, Pekín (China)……………………...……….….………….………………..…21 - 22

MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA INTEGRADA……………….….…....…23 - 29

Elementos sobre los que hay que aplicar mantenimiento……………………………..……...…23, 24

Principales herramientas de mantenimiento……………………...……….….….……………..…25 - 27

Posibles averías……………………...……….….….……………..……………………………………...27, 28

Ejemplo plan anual de mantenimiento de una instalación fotovoltaica….….….……………..…29

VENTAJAS E INCONVENIENTES……………….….……………………………………………….....…30 - 33

Generales…………………………………………………………………………….…………..……...…30, 31

Fachadas fotovoltaicas……………………….……………………………..……….…………………...…31

Muros cortina fotovoltaicos ventilados………………...…….…………...………………………………32

Marquesinas o parasoles fotovoltaicos………………….……...………….………………………….…32

Cubiertas fotovoltaicas………………….……………….…………….………………………..………..…33

Claraboyas fotovoltaicas………………….….…………………………………………………………..…33

Acristalamientos fotovoltaicos……..………..………….………………………….……..………………..33

NORMATIVA RELACIONADA CON LA INTEGRACIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.......…35 - 45

Directivas Europeas……..………..………….………………………….……..………………………....36, 37

Normativa estatal……..………..………….………………………….……..…...………………….…..37 - 43

Normativa autonómica……..………..………….………………………….……..……......…………..43, 44

Normativa municipal……..………..………….………………………….……..…………………….……..44

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CONCURSOS INTERNAIONALES DE INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN..................................…45 - 58

U.S. Solar Decathlon……..………..………...………………………….……..………………………....45 - 47

Solar Decathlon Europe……..……………………………………….……..……………………….…..48 - 58

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................................…59

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INTRODUCCIÓN

Los avances tecnológicos registrados en materia fotovoltaica, permiten que hoy en día sea

posible integrar los paneles fotovoltaicos en las superficies de los edificios como elementos de construcción, dando lugar a una nueva aplicación fotovoltaica: “la integración

arquitectónica de módulos fotovoltaicos”, también denominada según el CTE “la arquitectura solar” o “BIPV” (Building Integrated Photovoltaics).

Los módulos de tecnología de integración fotovoltaica empleados en las instalaciones BIPV deben ser multifuncionales, es decir, aparte de generar energía eléctrica, deben cumplir

todos los requerimientos demandados por las fachadas convencionales: protección contra los agentes meteorológicos, aislamiento de calor y acústico.

Además, deben competir a nivel estético con las fachadas convencionales.

Se componen de células solares interconectadas entre sí y encapsuladas

en cristales de vidrio. Para aplicaciones BIPV las células solares

de capa fina presentan ventajas decisivas en la integración del

revestimiento del edificio con respecto a las de base de silicio cristalino. Su

rendimiento es mayor ante situaciones desfavorables de baja radiación, como

es el caso de iluminación difusa o sombras.

Integración arquitectónica de módulos fotovoltaicos.

Además, su eficiencia en la producción eléctrica no se ve tan alterada por las bajas o por

las altas temperaturas.

El otro componente del panel, el vidrio, cumple la función de aportar al panel los requerimientos necesarios en la construcción de edificios. Le dota de la resistencia

mecánica necesaria a través de la selección del tipo y espesor del cristal y además debe lograr un buen aislamiento térmico en los meses fríos del año.

Suelen incorporar también, con vistas a los meses de verano, una protección contra los rayos solares para minimizar, en la medida de lo posible, el aporte de energía calorífica al interior

del edificio.

Protección contra los rayos solares.

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En lo referente a la estética del panel, el vidrio realiza una contribución importante. El amplio rango de colores que presentan los vidrios y en menor medida las células, permite

una gran libertad a la hora de diseñar el edificio.

Amplia gama de formas y colores.

El arquitecto dispone de una amplia gama de módulos a la hora proyectar la instalación

integrada, desde paneles semitransparentes hasta opacos, colores azules, rojos, negros, etc.

Diversidad de combinaciones en fachada con paneles opacos.

Esta gran variedad en el diseño que ofrece la tecnología fotovoltaica integrada es uno de

sus principales valores añadidos y es el que anima a los arquitectos a emplear los materiales fotovoltaicos como elementos de construcción en lugar de los convencionales, en su

búsqueda de nuevos diseños futuristas y a su vez, respetuosos con el medio ambiente.

Diseño futurista y respetuoso con el medio ambiente.

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APLICACIONES ARQUITECTÓNICAS En las instalaciones BIPV existen otros valores que priman por encima del rendimiento

económico: innovación, modernidad, integración con el entorno, estética, etc

La integración de módulos fotovoltaicos en edificios puede ser llevada a cabo de muy

diferentes maneras y da lugar a un gran abanico de soluciones. A continuación pasamos a detallar algunas de ellas.

Fachadas fotovoltaicas

Las fachadas proporcionan una primera visión del edificio al visitante. Es el medio que suelen emplear los arquitectos y diseñadores para transmitir la idea del edificio y los deseos del

cliente a través de un lenguaje de formas y colores. Si se está interesado en proyectar una imagen futurista, sofisticada y ecológica, los materiales fotovoltaicos ayudarían en gran

medida.

Su integración en la fachada puede ser llevada a cabo siguiendo dos maneras diferentes de proceder:

La primera de ellas, consiste en integrar

módulos fotovoltaicos convencionales sobre una fachada ya construida. Se acoplan

directamente mediante sistemas de sujeción tradicionales.

Los paneles más demandados para esta aplicación son los policristalinos, debido a los

brillos que emiten en distintos tonos azules y que resultan visibles desde distancias

considerables. En este caso los paneles se superponen sobre

el cerramiento que es el encargado de proteger al mismo de la acción de los

agentes atmosféricos.

Integración del módulo sobre fachada construida.

La segunda forma posible de integración, consiste en configurar la fachada del edificio

empleando para ello los módulos fotovoltaicos como material de

construcción.

Los paneles pasan a formar parte integral de

la estructura del edificio y como tales deben cumplir las funciones de aislar, proteger el

edificio de los agentes externos y además proporcionar las características resistentes

necesarias requeridas como tal envolvente.

Integración del módulo como material de construcción.

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En este segundo caso y en lo referente al diseño arquitectónico, la fachada adquiere una estética muy ordenada y pulcra gracias al perfecto ensamblaje que se logra entre los

paneles, un diseño poco común difícil de conseguir con otros materiales. Esta modalidad de integración se realiza en edificios que estén en proyecto, resultando más ventajosa desde el

punto de vista económico, porque no requiere un doble gasto en materiales fotovoltaicos y en convencionales de fachada (mármol, granito, etc.).

En el diseño de fachadas fotovoltaicas de edificios de nueva construcción, aspectos tales

como la distribución de las ventanas, su orientación y el sistema de ventilación han de ser estudiados detalladamente para conseguir un mayor grado de integración y maximizar la

eficiencia energética del edificio. La fachada principal deberá estar orientada hacia el Sur para que la superficie de exposición al Sol sea máxima.

Es conveniente aplicar una ventilación adecuada a los módulos para disipar el calor y

mejorar, de esta forma, la eficacia de conversión fotovoltaica, es por esto que en esta solución de fachadas concebidas desde fase de diseño y proyecto del edificio, la solución

mediante fachadas ventiladas se presenta como una solución propicia.

Ventilación adecuada en fachadas con integración de módulos fotovoltaicos.

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Muros cortina fotovoltaicos ventilados Se trata de un sistema de fachada acristalada, que elimina el elemento de sujeción

metálico de la cara externa de la fachada, evitando las líneas externas y consiguiendo un efecto de continuidad en la superficie del vidrio. Las células fotovoltaicas incorporadas al muro cortina de cámara ventilada contienen

células solares de silicio policristalino azul. La fachada obtiene la semitransparencia deseada por la disposición y dimensión de las células policristalinas cuadradas, las cuales dejan un

espacio de 1,4 cm entre líneas horizontales. Esta banda horizontal transparente se extiende a lo largo de toda la fachada produciendo un efecto de variado tamiz de la iluminación

natural en el interior.

Figura 39: Muro cortina visto desde el exterior.

Figura 40: Muro cortina visto desde el interior.

El muro cortina ventilado es un elemento híbrido térmico que da electricidad y aire caliente. Consiste en dos

paramentos, una pared interior y una exterior, separadas por una cámara de aire ventilada por convención

natural o forzada.

Gracias al flujo de aire, la piel de la fachada actúa como amortiguador térmico, reduciéndose la

temperatura de las células y mejorando su producción; al mismo tiempo que se elimina el efecto de "pared

radiante", fría en invierno y caliente en verano.

En comparación al muro de una sola piel, este tipo de soluciones mejora el aislamiento térmico, protección

solar, confort térmico y la eficiencia de las propias células fotovoltaicas integradas en el sistema.

Elementos del muro cortina.

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La biblioteca Pompeu Fabra de Mataró, (Cataluña, España, 1998) obra del arquitecto Miquel Brullet, es un claro ejemplo de la aplicación del muro cortina ventilado mediante

paneles fotovoltaicos.

Biblioteca Pompeu Fabra (Mataró)

De tal forma, se ha realizado una fachada constituida por un muro cortina de cámara ventilada con células fotovoltaicas en su interior. A su vez, en la cubierta, los módulos

fotovoltaicos revisten el faldón de los lucernarios abiertos al norte. Todo ello se integra a un volumen unitario de 31m x 37 m en planta, con tres alturas y comunicado internamente por

una rampa central.

En la fachada, las células fotovoltaicas incorporadas al muro cortina, no permitían ningún voladizo que hiciera sombra y tuvieron que levantarse 3 metros de tierra para garantizar su

seguridad.

Sin duda, se trata de un edificio privilegiado, pues la integración de módulos fotovoltaicos en los muros cortina aportan a la construcción un grado de iluminación natural en cantidad y

calidad, garantizando al habitáculo las máximas condiciones de confort , habitabilidad y funcionalidad para lo que fue diseñado.

Confort garantizado.

Iluminación natural en cantidad y calidad.

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Marquesinas o parasoles fotovoltaicos Es obvio que un elemento diseñado para protegernos del sol, como los parasoles y las lamas,

en general, tiene una gran oportunidad de convertirse en el soporte ideal para integrar módulos fotovoltaicos. De esta manera, los paneles combinan dos funciones en un solo

elemento, la de control solar y la producción energética.

Aún siendo prometedora, la integración de los módulos fotovoltaicos en persianas y venecianas retráctiles resulta difícil por la fragilidad de las células fotovoltaicas, y por la

dificultad de asegurar sus conexiones. En cambio, la incorporación de módulos fotovoltaicos en parasoles o lamas exteriores resulta la opción de integración más evidente, de hecho,

cuando hablamos de integración fotovoltaica en los edificios más allá de las cubiertas, ésta es la primera opción que se considera.

Las marquesinas y toldos para sombreamiento de ventanas y superficies acristaladas

construidos a base a materiales fotovoltaicos ofrecen soluciones muy creativas y a su vez, son una perfecta vía para realzar los diseños de la fachada. Se recomienda situarlos con

una inclinación de 30-35º, más concretamente, de 35º para instalaciones localizadas en el Norte de España y de 30º para el resto de la geografía española, logrando de esta manera

maximizar la radiación solar incidente. Además, sería recomendable incluir un sistema de ventilación para disminuir la temperatura de los paneles, sobre todo durante los meses de

verano. La adopción de estas medidas está encaminada a aumentar su eficiencia energética.

En las siguientes fotografías se puede observar el funcionamiento de la estructura y

colocación de los paneles fotovoltaicos en distintas soluciones.

Estructura y medios de anclaje

Colocado y acabado en el edificio

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Marquesina fotovoltaica Toldo fotovoltaico.

En todas estas soluciones la limpieza suele ser el punto crítico, no debiendo confiarse solo a

la acción del agua de la lluvia, siendo recomendable que se prevea el acceso para la limpieza desde las ventanas de la planta superior, o desde la cubierta para la última planta,

con ayuda de un brazo extensible conectado a una manguera.

Cubiertas fotovoltaicas

Básicamente existen dos tipos de soluciones cuando hablamos de cubiertas fotovoltaicas. La primera y con más recorrido, consiste en disponer una serie de paneles fotovoltaicos

interconectados en la cubierta del edificio, mirando al sur y con el ángulo óptimo para que las células solares reciban la máxima cantidad de luz del sol. La segunda consiste en

construir e integrar arquitectónicamente una cubierta mediante paneles fotovoltaicos, mirando al sur y con el ángulo óptimo para que las células solares reciban la máxima

cantidad de luz del sol. En las siguientes fotografías se observan estas dos soluciones comentadas.

Paneles fotovoltaicos dispuestos por superposición en una cubierta ya construida.

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Construcción de cubierta mediante paneles fotovoltaicos integrados.

Existe una amplia variedad de estructuras de soporte disponibles, desde aquéllas de muy fácil montaje hasta estructuras hechas a la medida, para sistemas solares más grandes.

Todas ellas dependen del lugar donde se instalará el sistema solar. Las estructuras de soporte pueden ser fabricadas a base de un marco metálico o de un material sintético. Señalaremos

que el montaje de estas estructuras en cubierta tiene que ser muy cuidadoso ya desde el proyecto, para que las fijaciones de la estructura de los módulos no perforen la lámina

impermeable de la cubierta.

Cuando hablamos de cubiertas discerniremos entre cubiertas planas o azoteas transitables o no, cubiertas inclinadas o tejados.

Cubiertas Planas

Instalar unos módulos fotovoltaicos sobre una cubierta plana ciega es la instalación más común, que desde los inicios de esta tecnología se ha venido llevando a cabo de forma

más generalizada, y todavía hoy la más habitual de la generación fotovoltaica en los edificios, pero debemos cuestionarnos su mínimo grado de integración, pues en la mayoría

de los casos los paneles simplemente se superponen a una cubierta ya existente, no se sustituyendo a ningún otro elemento constructivo.

Hoy en día todos los fabricantes de sistemas fotovoltaicos tienen soluciones para cubiertas

planas, que suelen ser las más económicas de su gama de productos, ya que se emplean dimensiones y sistemas de fijación normalizados.

No obstante y como novedad

señalaremos la reciente presentación de un pavimento solar fotovoltaico

para su integración en azoteas planas transitables. Como resultado

de la asociación e investigación de las empresas españolas Butech y

OnyxSolar, se ha lanzado al mercado este pavimento.

Pavimento transitable OnyxSolar

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Estas baldosas se fabrican en cerámica y vidrio. El pavimento que se encuentra en sus

primeras fases de desarrollo presenta elevados precios por lo novedoso del mismo, no existiendo todavía datos fiables acerca de la cantidad de energía que pueden

generar, la cual evidentemente, vendrá siempre muy condicionada por el mayor o menor tránsito que se lleve a cabo sobre la cubierta. Aunque el pavimento no es

recomendado para el tráfico de vehículos, está diseñado para resistir tráfico peatonal y mobiliario.

Cubiertas Inclinadas

Las cubiertas o tejados inclinados son una solución constructiva muy antigua para facilitar la evacuación del agua. La pendiente de las mismas, siempre y cuando esté

orientada con un ángulo razonable hacia el sur, se puede aprovechar para proyectar una instalación fotovoltaica. En los edificios residenciales, las cubiertas inclinadas

suelen revestirse con tejas cerámicas o de pizarra, dependiendo de las tradiciones constructivas de cada zona. Las primeras soluciones adoptadas en la aplicación de

módulos fotovoltaicos en las cubiertas inclinadas no pueden denominarse propiamente de integración, sino en todo caso de superposición, con resultados

dudosos desde el punto de vista de la imagen final.

Provenientes en su mayoría de Europa Central y del Reino Unido, los fabricantes de módulos fotovoltaicos integrados se han esforzado en desarrollar soluciones de

pequeños módulos que simulan el acabado y las dimensiones de las tejas de pizarra propias de sus países, y que se conocen como ‘tejas solares’. Un buen ejemplo es el

módulo C21 e de Solar Century donde el grado de integración ya es apreciable.

Esto puede lograrse con bastante éxito si las tejas son de pizarra o de asfalto, pero sobre

cubiertas de teja cerámica la integración visual es más difícil. Algunas empresas que

fabrican este tipo de tejas con TechTile o el fabricante suizo Sart Unity que comercializa

las tejas Sunny Tile, de la que existen versiones con silicio amorfo y con células

cristalinas.

Cuando las cubiertas inclinadas se resuelven con paneles metálicos, la

integración es más sencilla. Las cubiertas en paneles metálicos suelen venir resueltas

mediante láminas delgadas de silicio amorfo o de seleniuro de cobre e indio

(CIS).

Tejas cerámicas fotovoltaicas TechTile.

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Claraboyas fotovoltaicas Las claraboyas o lucernarios es un lugar ideal del edificio para integrar los sistemas

fotovoltaicos, dada su ubicación en cubierta y disposición horizontal o ligeramente inclinada, lo que permite disponer de importantes superficie libres de obstáculos que

puedan arrojar sombras a los paneles, pudiendo maximizan la radiación solar incidente, a la vez que cumplen una doble función de iluminación y de los espacios interiores.

Los sistemas fotovoltaicos que preferentemente se emplean en este tipo de aplicaciones son los semitransparentes, ya que estos, aparte de proporcionar electricidad y protección contra

los agentes externos, deberán permitir el paso de la luz al edificio.

Estas soluciones emplean distintos tipos de vidrio, pudiendo bien reducir el número de celdas

o células del módulo o emplear células especiales para conseguir una mayor transparencia de los módulos. Igualmente su disposición puede alterarse con fines estéticos. No obstante,

hay que tener en cuenta que la supresión de células en un módulo reduce su potencia eléctrica en proporción directa a la reducción del número de células.

La disposición de lucernarios en azoteas planas transitables garantiza además un fácil mantenimiento de los módulos, por la fácil accesibilidad a los mismos.

Claraboya con panel semitransparente.

Entrada de luz al edificio por medio de la

claraboya.

En las claraboyas, a las múltiples

posibilidades de diseño propiamente estético de la estructura, se le añade

la de las luces y sombras que se proyectan en el interior del edificio, lo

cual resulta especialmente estimulante desde el punto de vista

arquitectónico.

Múltiples posibilidades de diseño en claraboyas.

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Celosías fotovoltaicas Tanto por su extensión como por su accesibilidad, una de las mejores opciones de

integración de módulos fotovoltaicos es la de su instalación en las lamas de las celosías que cubren parcialmente o totalmente las fachadas de los edificios, además en estos casos las

lamas pueden ser ajustables y orientarse al sol en busca de la máxima sombra y el máximo rendimiento simultáneamente. En este tipo de solución va un paso más allá, buscando un

posible deslumbramiento total del espacio interior a la vez que se genera energía.

Los sistemas más eficientes son los que emplean lamas practicables que se orientan automáticamente según un algoritmo que calcula las diferentes posiciones del sol durante el

año y que pueden también atender a las propias exigencias del edificio y de sus ocupantes. La automatización de las lamas puede conseguirse tanto mediante el uso de motores

eléctricos, solución más generalizada, como con un sistema más sostenible que utiliza unos tubos que contienen un gas que se expande según el ángulo de impacto de los rayos del

sol. La energía eléctrica necesaria para este ajuste fino a lo largo del día puede extraerse de las mismas células fotovoltaicas integradas en las celosías.

La propia estructura de las lamas y de los montantes verticales que soportan el conjunto,

deben incorporar registros para la inserción del cableado de conexión, tanto para conectar los módulos entre sí, como para guiar su entrada en el edificio. El diseño de los montantes

debe asegurar que los cables en la zona expuesta estén bien ventilados y drenados, sin que puedan producirse acumulaciones de agua.

Posición de las celosías móviles a primeras horas. Posición de las celosías móviles al mediodía.

Como aplicación novedosa señalaremos que la empresa catalana Gradhermetic, ha

presentado recientemente su nuevo producto 'Lighting Photovoltaic'.

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Este fabricante de persianas y de celosías de aluminio, ha incorporado a uno de sus sistemas de

celosías, caracterizados por sus grandes palas, placas fotovoltaicas que las convierten en paneles

de captación de energía solar, ofreciendo además la opción de incorporar Los difusores de luz, de este

modo la fachada del edificio queda transformada en una enorme e impresionante pantalla luminosa

que, controlada por un software, puede tener usos variados, ya sean informativos, decorativos o

artísticos.

Celosías fotovoltaicas de Gradhermetic con difusores led incorporados.

Acristalamientos fotovoltaicos

Existen hoy en día una amplia gama de productos basados en vidrio fotovoltaico, disponible en una amplia gama de tecnologías; silicio amorfo (a-Si), silicio monocristalino,

silicio policristalino y células de cobre, indio, galio y selenio (CIS/CIGS). Además los avances llevados a cabo en las células DSSC (dye sensitized solar cells) que con el empleo de

nanopartículas permite obtener vidrios de una amplia gama de colores, lo que favorece la integración de los mismos en los edificios.

La empresa OnyxSolar lleva ya varios años trabajando en soluciones inteligentes para la integración de los módulos fotovoltaicos en los edificios, estando ya comercializando

distintos vidrios laminares de seguridad y vidriados dobles o triples con cámaras estancas y vidrios fotovoltaicos, que dan también respuesta a las necesidades de aislamiento térmico y

acústico, habiendo desarrollado vidrios fotovoltaicos semitransparentes que permiten también iluminar los espacios interiores, con grados de transparencia que pueden alcanzar

entre un 10% a 30% dependiendo de los requerimientos de luminosidad .

Este tipo de vidrios permite pues por su especial diseño su integración en ventanas y muros cortina de los edificios, con una amplia gama de tamaños, espesores y colores donde las conexiones quedan ocultas en la perfilería de los marcos.

Esquema estructura de un vidriado doble fotovoltaico.

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Los vidrios semitransparentes comercializados por OnyxSolar emplean silicio amorfo, pudiendo bien reducir el número de células ó emplear células modificadas para conseguir

una mayor transparencia, si bien las eficiencias de los módulos en este tipo de vidriados se ven significativamente disminuidas.

Vidrios semitransparentes fotovoltaicos OnyxSolar, tipos I y II.

El vidrio tipo I de OnyxSolar alcanza una eficiencia del 5%, mientras que el vidrio tipo II no llega a alcanzar un 2% de eficiencia, ambos resueltos en silicio amorfo.

El campo de desarrollo de los vidrios fotovoltaicos para ventanas es todavía muy amplio,

dadas las muy reducidas eficiencias y transmitancias luminosas obtenidas, pero las investigaciones que se están llevando a cabo con nanomateriales como el Dióxido de

Titanio (TiO2) para su aplicación en células fotovoltaicas DSSC permiten albergar un futuro muy prometedor en su integración más generalizada a corto plazo.

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EJEMPLOS DE INTEGRACION ARQUITECTÓNICA:

1. Nave TAU CERAMICA Castellón

ATERSA y TAU Cerámica han terminado la instalación de una Fachada Ventilada con integración de módulos de energía solar fotovoltaicos conectada a la red eléctrica de

5kWn/6kWp en la sede de TAU Cerámica, situada en Castellón de la Plana. Este proyecto ha sido posible gracias a la experiencia de TAU CERÁMICA y ATERSA, que han desarrollado

conjuntamente este sistema, patentado recientemente.

La instalación consiste en un nuevo sistema de

integración en fachada ventilada con revestimiento cerámico, donde la cerámica se complementa

con módulos fotovoltaicos de idénticas dimensiones. El procedimiento de montaje es muy

sencillo, tanto en una construcción nueva como en una terminada, ya que los módulos fotovoltaicos se

colocan igual que las piezas cerámicas (basta reemplazar las baldosas por los módulos

fotovoltaicos). Una vez modificado el perfil perimetral de un módulo de las mismas dimensiones

que el elemento cerámico, se disponen para que queden perfectamente enrasados por su cara

activa con la baldosa cerámica.

Fachada integrada arquitectónicamente mediante

paneles fotovoltaicos.

Atractivo conjunto de módulos y placas.

La fachada indica la temperatura exterior en grados.

El resultado es un atractivo conjunto de módulos y placas cerámicas, donde diseño y

funcionalidad se unen en un solo concepto.

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Para este proyecto, se han empleado 84 módulos ATM-75 de 75 W, un inversor de conexión a red CICLO 6000 y un sistema de monitorización de ATERSA. El módulo A-75 ATM utiliza los mismos materiales y células que el modelo estándar y sigue el proceso de fabricación y garantías de calidad habituales, asegurando su larga vida y el mantenimiento de las características tradicionales de módulos fotovoltaicos de ATERSA.

Dichas características se muestran en la siguiente tabla:

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS A-75AM

Dimensiones (mm.) 1200x527x35

Peso (aprox.) 7,50 Kg.

Seguidamente se presentan unos gráficos del módulo utilizado: ATM-75 de 75 Wp.

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS A-75AM

Potencia (W en prueba -+ 8 %) 21,00 V

Número de células en serie 4,80 A

Corriente Punto de Máxima Potencia (Imp) 17,00 V

Tensión Punto de Máxima Potencia (Vmp) 4,40 A

Corriente en Cortocircuito (Isc) 36

Tensión de Circuito Abierto (Voc) 75 W

Coeficiente de Temperatura de Isc (a) -97,20 mV/ºC

Coeficiente de Temperatura de Voc (ß) 2 mA/ºC

Máxima Tensión del Sistema 700 V

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Los marcos se han diseñado especialmente para la aplicación realizada, con el fin de

conseguir una mejor integración visual. Incorporan telar negro y cables de conexión rápida para facilitar el montaje dentro de la fachada, así como un cristal frontal piramidal especial,

que proporciona una mayor producción y aumenta la radiación captada por la célula más del 10%.

Cuando los paneles fotovoltaicos se montan en fachadas verticales, una parte importante

de la radiación solar incidente se pierde al llegar en ángulos muy grandes respecto a la perpendicular a la fachada. Para minimizar estas pérdidas, se ha desarrollado, un cristal

especial adecuado perfectamente para estos casos, que posee minúsculas pirámides que concentran los rayos.

El cristal de textura piramidal favorece el aumento de la captación solar.

Este sistema tiene la característica de permitir la ventilación y proteger al cerramiento interior. Es de fácil mantenimiento y se presenta como una solución excelente tanto en obra

nueva como para la rehabilitación de edificios.

De este modo el conjunto del sistema queda compuesto de los siguientes elementos:

• Cerramiento soporte: Sobre esta estructura se fija el soporte estructural de la hoja exterior.

• Soporte estructural y anclajes: Destinado a soportar el revestimiento de fachada. De

gran resistencia mecánica y a la corrosión. El diseño debe considerar una separación del revestimiento exterior respecto del cerramiento interior que permita alojar el

aislamiento y mantener una cámara de ventilación de al menos 2 cm.

• Cámara ventilada y aislamiento: La posición idónea del aislamiento es fijado al cerramiento soporte, de forma que la cámara ventilada quede entre el revestimiento

exterior y el aislamiento. De esta forma se evitan los puentes térmicos en frentes de forjado y pilares y el riesgo de condensaciones.

• La cámara ventilada tiene una doble función: Evacua el calor reduciendo la

amplitud de la oscilación de la temperatura en el cerramiento soporte y elimina el riesgo de condensaciones intersticiales. La cerámica al ser un material incombustible

(muy importante debido al efecto chimenea de la cámara ventilada), además de ser hidrófugo, aporta una elevada absorción acústica, resiste la tracción durante la

colocación y es ligero.

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2. GreenPix Media Wall, Pekín (China)

GreenPix Media Wall se presentó en el 2008 como un impresionante proyecto que

conjugaba la arquitectura sostenible con el arte multimedia mediante el diseño de un gigantesco muro cortina en el complejo recreativo Xicui de Pekín, que alberga un teatro,

cines y restaurantes, en las proximidades de las instalaciones en las que se llevaron a cabo los Juegos Olímpicos del 2008. Este muro cortina supone una original y novedosa integración

de la tecnología fotovoltaica en la arquitectura. A través de sus casi 2.200 m2 de superficie integra células fotovoltaicas policristalinas embebidas en vidrios de distinta opacidad,

combinando diferentes disposiciones y densidades a lo largo de toda la superficie de la fachada, al mismo tiempo que 2.292 Led’s de baja resolución, configuran todo el conjunto

como una de las más grandes pantallas de Led en todo el mundo.

Vista nocturna del GreenPix Media Wall.

Todo el conjunto se encuentra sustentado por una estructura metálica especialmente

diseñada con pasarelas a distinto nivel para facilitar el mantenimiento de toda la instalación, siendo también los paneles fotovoltaicos parcialmente practicables los que simplifica

también la sustitución y reposición de los mismos, como se observa en las siguientes fotografías. De esta manera el ancho de toda la estructura posterior sustentante del

conjunto supera los 2 m.

Estructura y paneles instalación.

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El muro fue diseñado por el arquitecto Simone Giostra, con la tecnología fotovoltaica

aportada por las empresas alemanas Shüco y SunWays y el grupo de ingeniería Arup. El

conjunto se comporta como un sistema autosuficiente que almacena la energía solar

captada durante el día y que posteriormente es usada para iluminar la pantalla al

anochecer.

El GreenPix Media Wall ofrece así un ejemplo radical de tecnología sostenible aplicado a la

envolvente de un edificio, viniendo desde Junio del 2008 ofreciendo al público

programaciones de video proyecciones y arte digital en las que artistas de China, Europa y el

resto del mundo pueden proyectar sus video creaciones. Vista nocturna del GreenPix Media Wall.

Vista diurna del GreenPix Media Wall.

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MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA INTEGRADA Una instalación fotovoltaica está compuesta básicamente por sistemas de paneles

fotovoltaicos instalados en estructuras adecuadas, equipos inversores que convierten la tensión continua generada por los paneles solares en tensión alterna, los sistemas de

orientación de los paneles en función del tipo de instalación, el cableado y los sistemas de protección. Todos estos elementos forman un sistema cuyo correcto funcionamiento va a

proporcionar el retorno de la inversión en el periodo calculado, por lo tanto es necesario un mantenimiento constante del mismo.

Al tratarse de un mantenimiento bastante sencillo, ya que no es más que la limpieza

adecuada de los equipos, especialmente de los paneles fotovoltaicos, o el reemplazo oportuno del agua de las baterías etc, los costos de mantenimiento son muy bajos y

representan entre el 3-5 % del costo total del sistema a lo largo de toda su vida útil.

Distribución de costos de un sistema fotovoltaico.

Elementos sobre los que hay aplicar mantenimiento:

Módulos fotovoltaicos

Los módulos fotovoltaicos requieren muy escaso mantenimiento por su propia configuración, carente de partes móviles y con el circuito interior de las células y las soldaduras de conexión

aisladas del ambiente exterior por capas de material protector.

Los procesos a llevar a cabo para un buen mantenimiento de los mismos son:

- Limpieza periódica del módulo.

La suciedad acumulada sobre la cubierta transparente del módulo reduce el rendimiento del mismo y puede producir efecto de inversión similares a los

producidos por sombras. El problema pude llegar a ser serio en el caso de los residuos industriales y los procedentes de las aves. La intensidad del efecto depende de la

opacidad del residuo. Las capas de polvo que reducen la intensidad del sol de forma uniforme no son peligrosas y la reducción de la potencia no suele ser

significativa. La periodicidad del proceso de limpieza depende, lógicamente, de la intensidad del proceso de ensuciamiento.

En el caso de los depósitos procedentes de las aves conviene evitarlos instalando pequeñas antenas elásticas en la parte alta del módulo, que impida a éstas ponerse.

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La acción de la lluvia puede en muchos casos reducir al mínimo o eliminar la necesidad de la limpieza de los módulos.

La operación de limpieza debe ser realizada en general por el propio usuario y

consiste simplemente en el lavado de los módulos con agua y algún detergente no abrasivo, procurando evitar que el agua se acumule sobre el módulo. No es

aceptable en ningún caso utilizar mangueras a presión.

- Inspección visual del módulo

La inspección visual del módulo tiene por objeto detectar posibles fallos,

concretamente: - Posible rotura del cristal

- Oxidación de los circuitos y soldaduras de las células fotovoltaicas: normalmente son debidas a entrada de humedad en el módulo por rotura de

las capas de encapsulado durante las instalación o transporte.

Inversores

El inversor no precisa de ningún mantenimiento especial. Tan sólo será necesaria una limpieza periódica de la caja mediante un paño seco, revisar que está bien ventilado y que

las conexiones están bien hechas.

Sistema de ventilación y/o climatización.

Se deberá revisar el sistema de ventilación para evitar que se alcancen altas temperaturas que pueden provocar disparos en los inversores y demás aparatos eléctricos, para ello se

deberá comprobar que las rejillas están limpias y sin obstáculos, además de deberá comprobar que los intercambiadores están lo más limpios posibles.

Estructura soporte o seguidor.

Las principales tareas a realizar en la estructura o seguidor será la revisión de daños en la

estructura, como los causados por oxidación y su deterioro por agentes ambientales.

Instalación eléctrica general y servicios auxiliares.

Se deberán revisar todas las canalizaciones de cables, para ver su estado y evitar roturas imprevistas que pudiesen ocasionar serias averías, así como las arquetas para ver que se

encuentran perfectamente y que los cables no están a la intemperie. También se deberá revisar la iluminación, enchufes y cuadros de control.

Comprobación de la estanqueidad de las cajas de terminales. En caso de observarse fallos de estanqueidad, se procederá a la sustitución de los elementos afectados y a la limpieza

de los terminales. Es importante cuidar el sellado de la caja de terminales, utilizando según el caso, juntas nuevas o un sellado de silicona.

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Principales herramientas del mantenimiento

Termografía.

Entre otras herramientas para la realización del mantenimiento de las plantas fotovoltaicas

cabe destacar las cámaras termográficas, que ayudarán en la búsqueda de puntos calientes, que pueden convertirse en averías, con estas cámaras se podrán buscar paneles

defectuosos o conexiones mal hechas.

Una cámara termográfica que funciona con tecnología IRFusion, va a capturar

simultáneamente una imagen térmica totalmente radiométrica junto con una imagen de luz visible superponiéndolas píxel a píxel con diferentes grados de fundido. La imagen así

obtenida va a mostrar, por un lado las temperaturas de la superficie de los objetos mostrados, en este caso los paneles fotovoltaicos, a través de una paleta de colores

seleccionable por el usuario que presentará con diferentes colores las diferentes temperaturas, y por otro lado, una imagen de luz visible que facilite la identificación de los

elementos. Gracias a la imagen térmica podremos ver el sobrecalentamiento de las celdas

defectuosas.

Punto caliente detectado a gran distancia Inspección de varios módulos fotovoltaicos Paneles solares que presentan múltiples puntos y zonas calientes

Para tratar de evitar los problemas asociados a la polarización inversa de las celdas, los

módulos fotovoltaicos pueden incluir diodos de protección (bloqueo, anti-retorno o by-pass), los cuales van a disipar más potencia cuanto mayor sea el número de células defectuosas.

Este calentamiento podrá ser detectado también con el uso de la cámara termográfica revisando el panel por el lado de las conexiones.

Caja de conexiones con un calentamiento anormal Célula defectuosa Problemas de calentamiento en celda y caja de conexiones.

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Otro área donde la termografía puede ser de gran ayuda para el mantenimiento tanto preventivo como predictivo es la revisión de todos los puntos de conexión, los cuales con el

tiempo pueden aflojarse dando lugar a problemas de funcionamiento y paradas innecesarias, sobre todo teniendo en cuenta que una planta fotovoltaica puede implicar un

gran número de conexiones y cuadros eléctricos tanto en CC como CA.

Diferentes ejemplos de termografías mostrando puntos con malas conexiones

Trazador de curvas I/V.

Permite evaluar todos los estados de funcionamiento de los módulos así como cuantificar las

pérdidas por conexionado debidas a trabajar los módulos en puntos de trabajo no adecuados.

Gráficas de cada módulo que configura un string.

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Gráfica resultante del string.

Posibles averías Debido a los exhaustivos controles de calidad a los que son sometidos los módulos

fotovoltaicos antes de su venta al público, los casos de averías son muy poco frecuentes. Ahora bien, se pueden detectar los siguientes casos, siempre por causa ajena al proceso de

fabricación:

Rotura del vidrio

La rotura del vidrio se produce usualmente por acciones desde el exterior, mala instalación, golpes, pedradas, etc. También se han detectado algunos casos de rotura en el transporte a

obra. La rotura del cristal, al ser templado, se produce siempre en forma de astillado total de la

superficie, notándose perfectamente el lugar del impacto. El astillado reduce el rendimiento aproximadamente en un 30 %, pero el módulo puede continuar en uso, aunque convendrá

cambiarlo lo antes posible para asegurar el funcionamiento de la instalación.

Penetración de humedad en el interior del módulo

Aunque ésta es una avería poco frecuente, puede producirse por golpes externos, ralladuras en el TEDLAR posterior por agresiones externas. Cuando penetra humedad hasta el circuito

de las células y sus conexiones, aparecen corrosiones que reducen e incluso rompen el contacto eléctrico de los electrodos con el material de las células, impidiendo la recogida

de electrones y haciendo inútil de esta forma el módulo. La tensión y la intensidad caen a cero y el módulo debe ser sustituido de inmediato.

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Fallos en las conexiones de los módulos

Debido a las diferencias térmicas entre, por ejemplo, el día y la noche puede producirse aflojamiento de los conectores del cableado de los módulos.

Durante la instalación se debe asegurar la estanqueidad propia de las cajas de conexiones a través de los pasacables. En caso de detectarse entrada de agua en la caja de

conexiones, la presencia de agua en los contactos produce caídas de tensión en el circuito y, consecuentemente, reducción de la potencia generada.

Efecto sombra

El efecto sombra o de punto caliente se provoca por una sombra puntual en una o varias

células del módulo mientras el resto recibe una radicación elevada. Esta situación debe remediarse eliminando la causa de las sombras.

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Ejemplo plan anual de mantenimiento de una instalación fotovoltaica EQUIPOS ACTIVIDAD FREC E F M A M J J A S O N D

1. MODULO FOTOVOLTAICO

1.1 Paneles Inspeccionar, limpiar manchas, sustituir 1M

1.2 Estructura Inspeccionar, revisar aprietes, comprobar que no existe corrosión

6M

1.3 Paneles con Termografía

Buscar puntos calientes 4M

1.4 Conectores con termografía

Buscar altas resistencias, reapretar 4M

2. CUADRO PROTECCIÓN CC

2.1 Interior del cuadro Inspeccionar, buscar anomalías 4M

2.2 termografía del cuadro Buscar puntos calientes y altas resistencias 4M

3. BANDEJA CABLE CC Y CA

3.1 Uniones Comprobar estanqueidad de bandejas, sellar. 6M

3.2 Sujeción Visualizar suportación, apriete 6M

4. CUADRO PROTECCIÓN CA

4.1 Visión general Inspeccionar el estado general 1S

4.2 Interior del cuadro Inspeccionar, buscar anomalías 4M

4.3 Termografía del cuadro Buscar puntos calientes y altas resistencias 4M

4.4 Estado protecciones Probar diferencial 3M

5. INVERSORES

5.1 Estado general Inspeccionar estado general, estado exterior, sujeción, bornas de cc y ac

1S

5.2 Interior termografía Buscar puntos calientes y altas resistencias 6M

5.3 Electrónica Soplar con aire seco 1A

5.4 Limpieza general Control de polvo, suciedad, humedad etc. en el interior del cuadro

6M

5.5 Interruptores de potencia

Comprobación de los interruptores internos de protección

1A

5.6 Fusibles Control visual de los fusibles 1A

5.7 Toma de tierra Comprobación funcional de la toma de tierra 1A

6. CUADRO GENERAL DE

PROTECCIÓN

6.1 Visión general Inspeccionar estado general, estado exterior, sujeción, bornas

4M

6.2 Estado protecciones Comprobar interruptor de corte 6M

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VENTAJAS E INCONVENIENTES

Generales

�� La integración de paneles fotovoltaicos permite reducir los espacios utilizados para otro

tipo de sistema constructivo. Esta reducción de espacios permite dotar al revestimiento del

edificio de una doble funcionalidad, ya que por una parte cumple con sus funciones habituales como revestimiento, aportando aislamiento térmico y acústico y por otra parte

genera energía eléctrica.

Integración en cubierta

�� A través de la generación de energía eléctrica bonificada por la red eléctrica se amortiza

el sistema. A diferencia de los elementos constructivos tradicionales los elementos FV tienen tiempo de amortización, generando así un beneficio económico a largo plazo. Esto supone

también un aumento del valor del inmueble, ya que pasa a ser un elemento “económicamente activo”.

�� Otra de las ventajas es la estética. Independientemente de los gustos de cada persona,

las soluciones de integración de paneles fotovoltaicos resultan ser de agrado para la mayoría de las personas y confieren una imagen muy moderna a los edificios.

�� Por último, y aplicado a empresa, la utilización de energías renovables crea nuevos

conceptos de imagen corporativa relacionados con innovación, sostenibilidad y ecología realizables mediante múltiples y extraordinarias posibilidades de diseño arquitectónico con

elementos FV modernos.

�� Los principales inconvenientes de la integración son básicamente económicos. Requiere

una gran inversión inicial para la instalación de paneles fotovoltaicos integrados y el período

de amortización no es corto. Por otra parte, el mantenimiento también supone un desembolso económico, ya que los paneles fotovoltaicos necesitan de revisiones periódicas,

plan de mantenimiento y reparación de averías. Por lo tanto, se aumentan los costes.

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�� Otro inconveniente actual son los rendimientos energéticos ofrecidos por los paneles

fotovoltaicos, y además al estar integrados en el edificio no se consiguen las orientaciones e inclinaciones óptimas.

Instalación de paneles fotovoltaicos

Fachadas fotovoltaicas

La integración en fachadas siempre se utiliza como complemento a la instalación de

paneles fotovoltaicos en otro lugar del inmueble. Las principales ventajas de la son las siguientes:

�� Nuevo concepto estético de fachada

�� Gran impacto visual

�� Muy adaptable a tecnologías

constructivas existentes

�� Mayor aislamiento térmico y acústico del

edificio

�� Integración perfecta con el resto de

elementos constructivos del edificio

�� Regulación de la luz según la distancia

entre células

� Por el contrario, tienen el inconveniente de los bajos rendimientos. Ya que prácticamente

la totalidad de las fachadas son verticales totalmente, limitan de forma clara la inclinación

de los paneles fotovoltaicos. Además solo pueden ser instaladas en las fachadas cuya orientación sea la correcta.

Integración en fachada

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Muros cortina fotovoltaicos ventilados

�� La principal ventaja de la integración en muros cortina, es que estos permiten filtrar la luz,

al ser un acristalamiento semitransparente. Al ser un sistema novedoso e innovador producen un gran impacto visual. Además es adaptable a las tecnologías constructivas ya existentes y

ofrece multitud de posibilidades para integrar de una forma eficiente y ecológica la energía solar fotovoltaica en los edificios.

Muro cortina con paneles fotovoltaicos

� Al ser un sistema constructivo similar a las fachadas, poseen los mismos inconvenientes que

estas, ya explicados anteriormente.

Marquesinas o parasoles fotovoltaicos

�� Poseen dos funciones que son ventajosas: primero

generan energía eléctrica y también sirven como

cubriciones y sombreado. Tienen un buen impacto estético, además garantiza la protección contra los

agentes atmosféricos, principalmente edificios de grandes dimensiones como almacenes, edificios

industriales, colegios e institutos, centros comerciales. Su instalación es sencilla.

� Su principal inconveniente es que necesita de

una limpieza cada cierto tiempo y por ello debe colocarse en lugares accesibles para que esta

limpieza sea lo más cómoda posible.

Parasol fotovoltaico en un almacén

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Cubiertas fotovoltaicas

�� Es el lugar idóneo para la instalación de paneles fotovoltaicos ya que ofrece un gran

rendimiento energético y además no interfiere en la actividad habitual del edificio.

Podemos diferenciar entre cubiertas planas o inclinadas. Las cubiertas planas son las que mejores rendimientos energéticos tienen, ya que según la época del año se puede cambiar

la inclinación y orientación de los paneles. Su instalación es sencilla, y el acceso de los operarios también. Además las estructuras soporte son convencionales.

�� Las cubiertas inclinadas poseen una gran adaptabilidad y cumplen funciones de

estanqueidad. Se puede instalar la máxima potencia pico en módulos fotovoltaicos por m2.

Claraboyas fotovoltaicas

� No es un lugar habitual para la integración, ya que poseen un bajo rendimiento. Además,

los paneles necesitan una limpieza constante debido a la poca inclinación.

Acristalamientos fotovoltaicos

Las ventajas de los vidrios fotovoltaicos son las siguientes:

�� Proporciona una multi-funcionalidad

envolvente del edificio.

�� Distinción y visibilidad por su imagen singular.

�� Integrables en prácticamente cualquier tipo de edificación, adaptándolos al máximo a las

necesidades del cliente y cumpliendo con los requisitos especificados en el Código Técnico

de Edificación.

�� Diferentes tamaños y grados de transparencia.

� Por el contrario, el rendimiento de estas instalaciones en puros términos económicos es

menor que en las convencionales, por estar condicionadas por la misma estructura del edificio. Son de un gran coste económico, ya que no son tecnologías demasiado

desarrolladas hoy en día.

Superposición en cubierta plana Integración en cubierta inclinada

Acristalamiento fotovoltaico

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NORMATIVA RELACIONADA CON LA INTEGRACCIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

En la última década la legislación, tanto española como europea, están comenzando a plantear unas directrices sobre la importancia de la ordenación y gestión del territorio, con la

finalidad de conseguir un crecimiento y desarrollo sostenibles. Esta preocupación normativa está orientada hacia una reducción de la demanda energética de los espacios urbanos,

hacia una captación pasiva y hacia una generación de la energía necesaria mediante sistemas renovables.

Existen diferentes tipos de normativas para regular la eficiencia energética de los edificios y en concreto normativas que intentan promover una autosuficiencia energética de los

mismos. La energía fotovoltaica contribuye a satisfacer el requisito básico de “Ahorro de energía”.

En este esquema se plantea de forma general toda la normativa que hay que tener en cuenta a la hora de realizar proyectos arquitectónicos integrando tecnologías renovables.

En todas las normativas, se observa que, para ahorrar energía y utilizar las energías

renovables, es necesario construir los edificios teniendo siempre en cuenta las tecnologías solar pasiva, solar térmica, solar fotovoltaica, eólica y biomasa. Todas estas energías son

gratuitas, inagotables y respetuosas con el medio ambiente.

A continuación explicaremos los objetivos generales en los que se basan cada una de ellas y

como nos pueden influir y orientar a la hora de plantear nuestros proyectos.

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Directivas europeas

Con la apertura del mercado único europeo a mitad de los noventa, la Unión Europea desarrolló instrumentos para afianzar objetivos y unificar aspectos para todos los países

miembros. Así comenzaron a desarrollase una serie de Directivas que recogen requisitos esenciales para gestionar el territorio y las áreas urbanas de una forma sostenible y

energéticamente más eficientes.

Se plantea por un lado una reducción de la demanda energética y por otro un cambio

hacia una producción de energías más sostenibles.

1. DIRECTIVA 2002/91/CE: Relativa a la eficiencia energética de los edificios OBJETIVO:

“El objetivo de la presente Directiva es fomentar la eficiencia energética de los edificios de

la Comunidad, teniendo en cuenta las condiciones climáticas exteriores y las particularidades locales, así como los requisitos ambientales interiores y la relación coste-

eficacia.

La presente Directiva establece requisitos en relación con:

a) el marco general de una metodología de cálculo de la eficiencia energética integrada de los edificios;

b) la aplicación de requisitos mínimos de eficiencia energética de los edificios nuevos;

c) la aplicación de requisitos mínimos de eficiencia energética de grandes edificios existentes que sean objeto de reformas importantes;

d) la certificación energética de edificios, y

e) la inspección periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado de edificios y,

además, la evaluación del estado de la instalación de calefacción con calderas de más de 15 años”.

Con esta Directiva se plantea informar al usuario final del edificio, de los consumos

energéticos del mismo, para concienciar a todos de la importancia de realizar un consumo responsable, tanto dentro de nuestras viviendas como del resto de edificios públicos y

centros de trabajo. La Certificación Energética, informará de la eficiencia del edificio en cuanto al consumo de

la energía que necesitará para mantener unas condiciones mínimas exigibles de habitabilidad interior. Con ello se persigue dar un valor añadido a las edificaciones, que

consigan una calificación energética más elevada. La calificación energética se valuará numéricamente mediante los programas informáticos adecuados.

2. DIRECTIVA 2006/32/CE: Sobre la eficiencia del uso final de la energía y los servicios energéticos.

Viendo las dificultades de actuación que se planteaban en el desarrollo e implantación de nuevos sistemas de producción de energía , se redactó otra directiva con el fin de facilitar la

consecución de los mismos con una serie de mejoras, para incentivar que se promuevan las energías renovables.

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OBJETIVO:

“La finalidad de la presente Directiva es fomentar la mejora rentable de la eficiencia del uso final de la energía en los Estados miembros:

a) aportando los objetivos orientativos, así como los mecanismos, los incentivos y las normas

generales institucionales, financieras y jurídicas necesarios para eliminar los obstáculos

existentes en el mercado y los defectos que impidan el uso final eficiente de la energía;

b) creando las condiciones para el desarrollo y el fomento de un mercado de servicios energéticos y para la aportación de otras medidas de mejora de la eficiencia energética

destinadas a los consumidores finales”.

El Anexo III hace referencia directa a la utilización de fuentes de energía ligada a los propios

edificios en los que se va a consumir. Reduciendo con ello la demanda exterior de energía generada con fuentes con mayor impacto ambiental.

“ANEXO III:

Ejemplos de posibles medidas de mejora de la eficiencia energética: Sectores residencial y terciario:

g) Generación de fuentes de energía renovable de uso doméstico mediante las que se

reduce la energía adquirida (por ejemplo, instalaciones solares térmicas, agua caliente

sanitaria, calefacción y refrigeración mediante energía solar).”

Normativa Estatal

La normativa estatal para la consecución de las diferentes directivas europeas, está orientada desde dos puntos de vista. Por un lado, a la gestión territorial del suelo y por otro,

a las exigencias de unas condiciones mínimas en la edificación.

1. LEY 2/2008. Ley del Suelo.

En cuanto a la gestión territorial y urbanística, competencias que se encuentran transferidas a las diferentes Comunidades Autónomas, la legislación estatal se limita a marcar las reglas generales. Estas hacen referencia, sobre todo, a garantizar la igualdad de derechos y

deberes de los ciudadanos en las diferentes actuaciones orientadas al desarrollo de nuevas zonas urbanas.

OBJETIVO:

“Esta Ley regula las condiciones básicas que garantizan la igualdad en el ejercicio de los derechos y en el cumplimiento de los deberes constitucionales relacionados con el suelo en todo el territorio estatal. Asimismo, establece las bases económicas y medioambientales de

su régimen jurídico, su valoración y la responsabilidad patrimonial de las Administraciones Públicas en la materia”.

En el artículo 2 en el cual se establecen los principios que deberán guiar el desarrollo urbano

y territorial, se marcan unas pautas que pretenden conseguir un desarrollo energéticamente sostenible y respetuoso con la naturaleza y los recursos naturales.

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“Artículo 2. Principio de desarrollo territorial y urbano sostenible.

2. En virtud del principio de desarrollo sostenible, las políticas a que se refiere el apartado anterior deben propiciar el uso racional de los recursos naturales armonizando los

requerimientos de la economía, el empleo, la cohesión social, la igualdad de trato y de oportunidades entre mujeres y hombres, la salud y la seguridad de las personas y la

protección del medio ambiente, contribuyendo a la prevención y reducción de la contaminación, y procurando en particular:

a) La eficacia de las medidas de conservación y mejora de la naturaleza, la flora y la fauna y de la protección del patrimonio cultural y del paisaje.

b) La protección, adecuada a su carácter, del medio rural y la preservación de los valores

del suelo innecesario o inidóneo para atender las necesidades de transformación

urbanística.

c) Un medio urbano en el que la ocupación del suelo sea eficiente, que esté

suficientemente dotado por las infraestructuras y los servicios que le son propios y en el que los usos se combinen de forma funcional y se implanten efectivamente, cuando cumplan

una función social”.

2. LEY 38/1999. Ley de Ordenación de la Edificación. LOE.

El otro de los pilares sobre el que se asienta la legislación estatal es el control de las condiciones, tanto técnicas, energéticas y de habitabilidad de los edificios, para aquellos

que se realicen de nueva construcción o para las reformas sobre los existentes. Así pues, se marcan unos objetivos:

OBJETIVO:

“Esta Ley tiene por objeto regular en sus aspectos esenciales el proceso de la edificación, estableciendo las obligaciones y responsabilidades de los agentes que intervienen en dicho proceso, así como las garantías necesarias para el adecuado desarrollo del mismo, con el fin de asegurar la calidad mediante el cumplimiento de los requisitos básicos de los edificios y la adecuada protección de los intereses de los usuarios”.

En el artículo 3 se especifican los requisitos básicos que toda edificación deberá satisfacer,

dentro de las cuales se da especial importancia al ahorro de energía y al aislamiento térmico de los edificios.

“Artículo 3. Requisitos básicos de la edificación.

Con el fin de garantizar la seguridad de las personas, el bienestar de la sociedad y la protección del medio ambiente, los edificios deberán proyectarse, construirse, mantenerse y

conservarse de tal forma que se satisfagan los requisitos básicos siguientes: c.3) Ahorro de energía y aislamiento térmico, de tal forma que se consiga un uso racional de

la energía necesaria para la adecuada utilización del edificio”.

En la Disposición final Segunda y haciendo referencia de las exigencias antes citadas se prevé la redacción de un Código Técnico de la Edificación en el cual se desarrollen y

concreten los requisitos mínimos acordes con dichas exigencias:

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“Disposición final segunda. Autorización al Gobierno para la aprobación de un Código

Técnico de la Edificación.

Se autoriza al Gobierno para que, mediante Real Decreto y en el plazo de dos años a contar desde la entrada en vigor de esta Ley, apruebe un Código Técnico de la Edificación que establezca las exigencias que deben cumplir los edificios en relación con los requisitos

básicos establecidos en el artículo 3, apartado 1 b) y 1 c)”.

3. RD. 314/2006. Código Técnico de la Edificación. CTE.

Ya desde los objetivos de este Real Decreto podemos observar la especial importancia que se le da al ahorro de energía. Se establecen las normas en materia de aislamiento,

iluminación, instalaciones de energía solar, térmica y fotovoltaica, con el objetivo de reducir los consumos y para que una parte del consumo proceda de fuentes renovables.

OBJETIVO:

“1. El Código Técnico de la Edificación, en adelante CTE, es el marco normativo por el que se regulan las exigencias básicas de calidad que deben cumplir los edificios, incluidas sus instalaciones, para satisfacer los requisitos básicos de seguridad y habitabilidad, en desarrollo de lo previsto en la disposición final segunda de la Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de

Ordenación de la Edificación, en adelante LOE.

2. El CTE establece dichas exigencias básicas para cada uno de los requisitos básicos de

“seguridad estructural”, “seguridad en caso de incendio”, “seguridad de utilización y accesibilidad”, “higiene, salud y protección del medio ambiente”, “protección contra el ruido” y “ahorro de energía y aislamiento térmico”, establecidos en el artículo 3 de la LOE, y

proporciona procedimientos que permiten acreditar su cumplimiento con suficientes

garantías técnicas.

3. Los requisitos básicos relativos a la “funcionalidad” y los aspectos funcionales de los

elementos constructivos se regirán por su normativa específica, salvo los vinculados a la accesibilidad de personas con movilidad o comunicación reducida, que se desarrollarán en

el CTE.

4. Las exigencias básicas deben cumplirse en el proyecto, la construcción, el mantenimiento y la conservación de los edificios y sus instalaciones”.

A este objetivo se dedica uno de los documentos que componen el Código Técnico: DB HE Ahorro de Energía:

Está constituido por 5 exigencias básicas:

Exigencia básica HE 1: Limitación de la demanda energética.

Exigencia básica HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas.

Exigencia básica HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación.

Exigencia básica HE 4: Contribución Solar mínima de agua caliente sanitaria.

Exigencia básica HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

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Nosotros, por el tema a estudiar en este trabajo nos centraremos en la Exigencia básica HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica, la cual nos especifica una serie de

parámetros a cumplir en cuanto a la implantación de instalaciones generadoras de energía

eléctrica por medio de paneles fotovoltaicos.

Si nos damos cuenta en la siguiente tabla este tipo de instalaciones se exigen para unos determinados usos, todos ellos de carácter terciario, y a partir de un límite de metros

cuadrados construidos.

Exigencia básica HE 5:

Ámbito de aplicación:

Las características y potencia de la instalación a colocar vienen definidos por la siguiente

fórmula:

Determinación de la Potencia a instalar:

P = C * (A * S + B)

Siendo:

P: la potencia pico a instalar [kWp];

A y B: los coeficientes definidos en la tabla 2.1 en función del uso del edificio;

C: el coeficiente definido en la tabla 2.2 en función de la zona climática

establecida en el apartado 3.1;

S: la superficie construida del edificio [m2].

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En este documento se especifica para todos los usos antes mencionados una potencia mínima a instalar, si después de realizar el cálculo anterior nos sale inferior a lo exigido.

Potencia mínima a instalar: 6,25 kW (inversor 5 kW).

En el único punto del Código Técnico donde encontramos una referencia clara sobre la integración arquitectónica es en la siguiente tabla. Nos indica para las diferentes

posibilidades de instalación de los paneles fotovoltaicos los límites máximos permitidos de pérdidas de eficiencia de los mismos.

No es lo mismo situar un panel en la cubierta de un edificio, donde disponemos de una superficie mayor de actuación, y donde podemos sacar el mayor rendimiento a nuestros

paneles, que si los colocamos en las fachadas, donde la incidencia del sol es menor y por tanto su eficacia.

En definitiva lo que se deduce de la tabla anterior es una mayor permisividad en cuanto a

las pérdidas de eficiencia de la instalación en favor de su integración como sistema constructivo del edificio.

En esta tabla además de limitar las pérdidas por orientación también se limitan por sombras.

Limitación máxima de pérdidas

A continuación en el Código Técnico aparece la definición de Integración Arquitectónica:

“Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos

convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica”.

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Si estudiamos la colocación de paneles fotovoltaicos en fachadas, cumpliendo la definición

de integración arquitectónica, tenemos que calcular dependiendo de su inclinación y orientación las pérdidas de eficiencia permitidas para cumplir con el Código Técnico.

En este caso al integrar los paneles en el edificio podemos tener unas pérdidas por

orientación e inclinación de hasta un 40%

Calculo de las perdidas: Perdidas por orientación e inclinación.

En el siguiente gráfico

vemos como la

incidencia del Sol

dependerá del grado

de inclinación de los

paneles.

Como en nuestro caso

las pérdidas pueden

alcanzar el 40% nos

manejaremos en la

franja del 60%-70%, la

cual nos indica que el

ángulo de acimut

(ángulo de nuestros

paneles con la

orientación Sur) estará

comprendido entre:

+30ºC y -30ºC.

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En el siguiente gráfico se muestra un plano para el cálculo de las sombras que puedan

incidir sobre nuestro edificio para poder calcular las pérdidas por sombra.

Debemos de tener en cuenta que las perdidas por orientación, inclinación y sombras no

deben exceder de un 50%, en el caso de integración arquitectónica de nuestro sistema.

Pérdidas por sombras.

Normativa autonómica

Las normativas autonómicas establecen los parámetros específicos para la ordenación y gestión del territorio de las Comunidades Autonómicas donde vayamos a edificar. Así

disponemos de una estrategia para la Comunidad Autonómica y una Normativa para cada municipio.

1. DECRETO 1/2011. Estrategia Territorial de la Comunidad Valenciana.

En concreto para nuestra comunidad autónoma encontramos la Estrategia Territorial de la

Comunidad Valenciana, establece como prioritario una ordenación del territorio más respetuosa con el medio ambiente. Con ello se pretende conseguir con un consumo

sostenible de los recursos y una demanda racional y eficiente de la energía. OBJETIVO:

“La Estrategia Territorial de la Comunitat Valenciana es el instrumento que establece los objetivos, metas, principios y directrices para la ordenación del territorio de la Comunitat

Valenciana y cuya finalidad es la consecución de un territorio más competitivo en lo económico, más respetuoso en lo ambiental y más integrador en lo social”.

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2. LEY 16/2005. Ley Urbanística Valenciana. La Ley Urbanística Valenciana contempla, junto con otras leyes como la del Suelo No

Urbanizable, definir los aspectos que ya se intuían en la Ley del Suelo. Todo este sistema de leyes se ve especificado mediante Reglamento. En el mismo, se presta especial atención a

la distribución de las cargas y beneficios generados en el desarrollo de Suelos Rústicos en su proceso para transformarlos en Suelos Urbanos. Además se establecen una serie de

estándares y porcentajes mínimos a destinar a suelos de usos e interese públicos.

Dentro de toda esta legislación se diluye toda la preocupación ambiental, no apareciendo

ninguna preinscripción orientada al diseño de ciudades urbanísticamente más eficientes y con menor demanda de energía.

OBJETIVO:

“Esta Ley tiene por objeto la ordenación de la actividad urbanística y de la utilización del suelo para su aprovechamiento racional de acuerdo con su función social, en el ámbito de

la Comunidad Valenciana, de acuerdo con los principios establecidos en los artículos 45, 46 y 47 de la Constitución. Art 45: Todos tienen el derecho a disfrutar de un medio ambiente adecuado para el desarrollo de la persona, así como el deber de conservarlo”.

Normativa municipal Si bien ya hemos visto, en la legislación autonómica, que falta concreción en aspectos

reglamentarios que desarrollan los objetivos generales de eficiencia energética en los edificios, aún es más notorio en el Planeamiento General de los Municipios.

Como ejemplo hemos tomado el PGOU de Castellón de la Plana, observándose una completa ausencia de cualquier ordenanza que haga referencia o se preocupe de los

nuevos sistemas de la integración en la edificación como puede verse en dicho plan.

1. Plan General de Ordenación Urbana de Castellón de la Plana. PGOU.

“Ordenanzas Generales. Capítulo sexto: Condiciones Generales de Estética.

1.- Todas las construcciones se adaptarán, en lo básico, al ámbito estético del sector, procurando no desentonar del conjunto o medio en que estuvieren situadas.

4. Será libre la composición de las fachadas de los edificios salvo para aquellas calles, manzanas, sectores o plazas incluidas en la relación de edificios o entornos histórico-artísticos, o en los que convenga conservar o establecer un carácter arquitectónico o

urbanístico acusado, en cuyo caso será obligatorio ceñirse al mismo, empleando además los materiales y sistemas constructivos que se determinen. Deberán evitarse efectos discordantes entre las fachadas de un mismo frente de fachada,

en todo caso.

6. Se podrá denegar la licencia de edificación a los Proyectos que a juicio de la Comisión de Gobierno y vistos los informes técnicos constituyen un atentado estético o resulten impropios de su emplazamiento. Esta denegación será competencia del Alcalde”.

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Como se ha podido observar a nivel general todas las administraciones quieren unificar sus

esfuerzos en conseguir una reducción de la demanda energética de la sociedad.

Uno de los elementos que más contribuye al consumo de energía es la construcción y edificación. Por ello se están comenzando a desarrollar directivas desde nivel europeo y

nacional, que se proponen contribuir a la concienciación de toda la sociedad de la importancia de realizar un consumo responsable de los recursos energéticos.

Así hemos visto, como disponemos de unas normativas encaminadas a la realización de un

sistema urbanístico más sostenibles. En cambio, decir que actualmente toda esta buena declaración de intenciones aún no se ha visto reflejada en la medida que sería lo deseable

en los reglamentos y ordenanzas que todo proyectista debe tener en cuenta a la hora de diseñar un edificio.

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CONCURSOS INTERNACIONALES DE INVESTOGACIÓN E INNOVACIÓN

U.S. Solar Decathlon

Solar Decathlon es un concurso internacional de arquitectura e ingeniería patrocinado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y el Laboratorio Nacional de Energías

Renovables (NREL). En él compiten universidades de todo el mundo construyendo una casa abastecida completamente por energía solar manteniéndola operativa durante 1 semana

en el National Mall de Washington DC a principios de otoño.

El nombre del concurso proviene de las 10 pruebas puntuables que deben superar las casas

para imponerse a las demás. Llevan disputadas cuatro ediciones, en 2002, 2005, 2007 y 2009. En la segunda edición participó por primera vez una universidad no americana,

la Universidad Politécnica de Madrid. Para la edición de 2007, además de la Universidad Politécnica de Madrid se sumó la universidad alemana de Darmstadt quedando ganadora

de la prueba.

Este equipo alemán, formado por 24 alumnos (principalmente de arquitectura) de la "Technische Universität Darmstadt" ha resultado ganador dos veces, ya que en 2009 también

vencieron en este decathlon que se celebra bienalmente. En cuanto a la casa que este talentoso grupo diseñó, cabe destacar su simple volumetría formada por dos cubos unidos

por una de sus aristas. La cubierta está completamente cubierta por 40 paneles fotovoltaicos de silicona que generan 11.1Kw, las fachadas están "empapeladas" de 250

delgadas láminas fotovoltaicas CIGS, que son paneles solares orgánicos basados en un material semiconductor compuesto de Cobre, Indio, Galio y Selenio.

En conjunto, esta vivienda es capaz de generar más de 200% de la energía que necesitaría, e incluso, es capaz de obtener energía de las fachadas orientadas al norte o que no reciben

luz directa del sol. Unos interiores con un diseño cuidado, el uso de elementos reciclados o reciclables, así como el uso de eficientes electrodomésticos han conseguido que el jurado

diera el visto bueno a esta tan singular como eficiente casa autosostenible.

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Vivienda ganadora de la Technische Universität Darmstadt

La Universidad Politécnica de Madrid participó en 2005 con la Magic Box obteniendo el 9º puesto y en 2007 con la Casa Solar obteniendo el 5º lugar en la clasificación general.

A la izquierda la Magic Box. A la derecha la Casa Solar.

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En 2009 la Universidad Politécnica de Madrid participó con la Black and White. Obtuvo el

puesto 14.

Vivienda Black and White.

Esta vivienda introdujo una cubierta fotovoltaica innovadora. Los paneles de los que estaba formada eran capaces de seguir el Sol gracias al sistema móvil sobre el que estaba

montada la cubierta. Esta característica les permitió obtener el cuarto puesto en la prueba de captación solar.

En la actualidad, la “Magic Box” original se encuentra en China; una casa idéntica sirve

como laboratorio de pruebas en la ETSI Telecomunicación, en el campus de Moncloa. El Ayuntamiento de Rivas Vaciamadrid ha inaugurado en 2010 una versión permanente, más

grande y con importantes modificaciones en la Plaza Ecópolis. De la “Casa Solar” existen dos unidades, que al igual que la “Black & White House” se emplean con fines científicos en

el campus de Montegancedo de la UPM.

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Solar Decathlon Europe En 2010, España se convierte en la organizadora de la primera edición del Solar Decathlon

Europe con la participación de 17 universidades de 3 continentes. Aunque plantea sus propias particularidades, la competición se basa en el Solar Decathlon americano. Está

organizada por la Secretaría de Estado de Vivienda y Actuaciones Urbanas, con la colaboración de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el apoyo del Departamento

de Energía de EEUU. Además cuenta con la colaboración del Ayuntamiento de Madrid y el IDAE, y los patrocinios de Saint-Gobain como patrocinador principal, Schneider Electric,

Rockwool, Kömmerling y FCC.

SDE plantea cuatro objetivos fundamentales:

1. Consumo: Transmitir a los ciudadanos la necesidad de disminuir nuestro consumo

energético, cambiando nuestros hábitos, y empleando tecnologías que reduzcan la

demanda energética de los edificios, todo ello sin afectar a nuestro estilo de vida y comodidad.

2. Eficiencia: Probar que las necesidades de iluminación, frío o calor se pueden cubrir

más eficientemente empleando determinadas tecnologías.

3. Energías Renovables: Demostrar que la energía necesaria para estos fines se

puede cubrir con fuentes renovables, como la radiación solar.

4. Aplicación práctica: Finalmente, implementar estas técnicas de modo que sean

asequibles y se integren en arquitectura de calidad. Dado que las ciudades

europeas son densas y tienen una larga historia a sus espaldas, intentamos que las ideas desarrolladas para las casas solares se puedan aplicar después en otros tipos

de edificación, como bloques de vivienda colectiva, así como para rehabilitar piezas existentes.

Las diez pruebas del Decathlon se dividen en cinco categorías principales: Arquitectura,

Energía, Confort, Socio-Económico y Estrategia.

Nº Nombre de la Prueba/subprueba Puntos Asignados por

1 Arquitectura 120 Jurado

2 Ingeniería y Construcción 80 Jurado

3 Eficiencia Energética 100 Jurado

4 Balance Energía Eléctrica 120 Medición

5 Condiciones de Bienestar 120 Medición

6 Funcionamiento de la casa 120 Medición

7 Comunicación y Sensibilización Social 80 Jurado

8 Industrialización y Viabilidad de Mercado 80 Jurado

9 Innovación 80 Jurado

10 Sostenibilidad 100 Jurado

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La casa Lumenhouse, del equipo americano Virginia Polytechnic Institute & State University

fue la ganadora de esta competición, seguida del equipo alemán de University of Applied Sciences Rosenheim, mientras que el tercer puesto fue para la también alemana Stuttgart

University of Applied Sciences.

Lumenhouse: Vista 3D

Lumenhouse: Estudio modular

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Lumenhouse: Diferentes combinaciones

Las 17 casas que participaron en la competición han demostrado que los beneficios de las

construcciones abastecidas completamente por energía solar son ya una realidad palpable.

Durante los diez días de concurso, la Villa Solar produjo casi el triple de la energía que consumió. Concretamente, se produjeron 6.177,5 kWh frente a los 2.579,2 kWh consumidos

durante toda la prueba. La energía sobrante se vertió en la red y fue utilizada por los vecinos de la zona en la que se levantaron las casas.

La Universidad Polítécnica de Madrid no participará en U.S. Department of Energy Solar Decathlon 2011 pues concentra sus esfuerzos en la preparación de la cita europea de 2012

con el prototipo SD10, que se presentó en la Villa Solar de Madrid en junio de 2010, empleándose por parte de la Organización durante la competición SDE2010.

Prototipo SD10

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Prototipo SD10

El Prototipo SD10 se diseña teniendo en cuenta criterios funcionales y bioclimáticos. Funcionales en cuanto a que se genere el espacio necesario para desarrollar las tareas

requeridas por la organización y en cuanto a que se busca que la construcción, el montaje y desmontaje sean ágiles e impliquen un avance en el ámbito de la construcción

industrializada.

Solar Decathlon Europe 2012, que se celebrará en Madrid, será la edición con una participación más internacional y diversa desde que naciera en Estados Unidos el concurso

que pone a prueba las capacidades de las universidades para imaginar, diseñar y construir una casa que satisfaga todas sus necesidades energéticas mediante la energía solar. En la

edición de 2012 participarán 20 equipos que representan a 15 países de 4 continentes.

El país con mayor número de representantes es España. Hay cuatro equipos, procedentes de Valencia, País Vasco, Cataluña y Andalucía. Se da la circunstancia de que el andaluz

está integrado por cuatro universidades: Sevilla, Granada, Málaga y Jaén. Las únicas naciones que, como España, presentan más de una universidad son Alemania y Francia,

con dos cada una. La gran mayoría de los proyectos son europeos, pero también hay participación de asiática con China y Japón, americana con Brasil y africana con Egipto.

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Análisis de la SML House. La universidad valenciana CEU Cardenal Herrera participó en el SDE2010 ganando el premio

de Industrialización y Viabilidad de mercado con su SML House.

Una casa que se caracteriza fundamentalmente por su modularidad, prefabricación y eficiencia energética. Rigurosa y a la vez flexible en su composición debido al trabajo de

reflexión invertido sobre módulos prefabricados que pueden ser configurados e incorporados a petición del usuario. De ahí las siglas de su nombre SML House que se

corresponden con las letras empleadas para el tallaje de la ropa (Small, Medium y Large).

Uno de los objetivos del prototipo ha sido el de pasar el máximo de cargas de consumo de

la vivienda al ambiente térmico. En este punto se hace valer la tecnología de captación de los colectores SRB de ultra alto vacío, indicados especialmente para estos propósitos. Sin

embargo, esto supone una competencia por la superficie entre la energía fotovoltaica y la energía fototérmica, ya que ambas tecnologías compiten por la radiación solar.

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A la hora de diseñar una vivienda con el objetivo de que sea autosuficiente, la estrategia a

seguir consiste en ampliar al máximo el campo de captación fotovoltaica y reducir, incluso eliminar, el campo de captación térmica, de forma que mediante una gestión correcta de

la energía eléctrica, normalmente a base de baterías, se pueda responder a todas las necesidades energéticas de la vivienda.

Sin embargo, un estudio más detallado de los consumos de la vivienda nos muestra que en

general, casi un 80% del consumo energético de una vivienda está relacionado con el control de la temperatura, ya sea para climatización, tanto calefacción como refrigeración,

como para el equipamiento de la vivienda: lavadora, lavavajillas, horno, etc, o el consumo de ACS.

Esta propiedad tan característica en el tipo de consumo energético de una vivienda,

situación que por ejemplo no ocurre necesariamente en la industria, permite aprovechar el mayor rendimiento que proporcionan los sistemas de captación térmica, ya que para la

producción de energía térmica tienen un mayor rendimiento que la generación a partir de la transformación de energía eléctrica obtenida de sistemas fotovoltaicos. De forma que

aunque no se utilicen para exportar energía fuera de la vivienda sí que permiten un mejor aprovechamiento de la superficie de captación para el autoconsumo.

Para resolver esta competencia por la superficie entre las dos tecnologías de captación

solar se ha implementado un sistema híbrido en la cubierta: los EnergyBlock.

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Sobre cubierta se presentan tres tipos diferentes de estos sistemas:

- EnergyBlock-SHS: bloques híbridos fotovoltaicos y fototérmicos que flexibilizan la

captación de la cubierta.

- EnergyBlock-T: bloques puramente térmicos con espejos concentradores.

- EnergyBlock-PV: bloques puramente fotovoltaicos. Como elemento dinámico importante a nivel energético, aparecen en la cubierta unas bandejas con placas fotovoltaicas, que se podrán desplegar o replegar, dependiendo de

las condiciones climáticas de cada día para optimizar la generación de energía.

La instalación de fotovoltaica en fachada, maximizando la superficie de ésta, permite mantener un colchón de generación a lo largo del año ya que la integración

arquitectónica, de un modo u otro impide colocar el sistema en la orientación más adecuada. Por lo que en un cómputo global, el utilizar superficies verticales permite

aumentar la captación en los meses en los que el sol está más bajo, así como captar más horas de sol por la mañana y por la tarde.

Se hace por tanto necesario desarrollar las técnicas y los materiales adaptados a la

arquitectura, es decir, integrados en ésta.

Para las fachadas se utilizarán paneles fotovoltaicos de silicio amorfo porque permiten adaptar mejor las medidas del panel a la arquitectura. El silicio se hace crecer sobre un

sustrato de vidrio y se protege por ambos lados mediante dos paneles de vidrio templado como solución tradicional.

Análisis del sistema fotovoltaico

El planteamiento en diseño del sistema fotovoltaico ha seguido las siguientes premisas:

- Poner de acuerdo criterios de maximizar superficie de captación con la coexistencia

de superficie fototérmica.

- Minimizar las cargas que el edificio ofrece al consumo eléctrico.

- Mantener la integridad arquitectónica de la propuesta.

La conjunción de estas premisas permitirá asumir incluso sobrepasar, los criterios del “zero energy building”. De esta forma se han planteado tres subsistemas de captación

fotovoltaica:

- Captura fotovoltaica en fachada: Con módulos de capa delgada, ya que desde el punto de vista energético son más eficientes para la radiación difusa.

- Cubierta fija: Su situación en cubierta los exponen a una mejor incidencia directa, por este motivo se escogen módulos de silicio monocristalino.

- Cubierta híbrida: El elemento flexibilizador de la captura solar, constituido por los EnergyBlock-SHS. Captan energía solar térmica o eléctrica según las necesidades.

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Características placas de cubierta Los módulos fotovoltaicos que utiliza el sistema serán los que en el mercado cumplen de la

mejor forma posible con las características y especificaciones requeridas para el proyecto.

Estas características son en esencia:

- Máxima potencia pico por superficie, lo que nos permite maximizar la superficie de captación.

- Dimensiones adecuadas para acoplar en el espacio disponible. Las dimensiones en requerimientos son un máximo y un mínimo establecidos más adelante, en el capítulo

de soporte. - Máxima eficiencia de panel.

Los módulos que mejor cumplen con estos requisitos son:

Sunpower 225

P pico 225 Wp Ef módulo 18%

Voc 48,5 V Isc 5,87 A

V MPP 41 V I MPP 5,49 A

1559 x 798 x 40 mm 15 kg

Los módulos SunPower 225 reúnen las siguientes características:

1. Máxima captación de energía, hasta un 10% más de energía en la cara frontal

2. Menores pérdidas resistivas. Los contactos posteriores permiten conectores

más anchos y gruesos que ofrecen menor resistencia

3. Mínima pérdida por recombinación. El dióxido de silicio pasivizante en las caras frontal y trasera de la célula minimizan la pérdida por recombinación

4. Máxima retención de luz. El entramado trasero ofrece a los fotones una

segunda oportunidad de producir electricidad

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Características placas de fachadas Los módulos instalados en la fachada serán unos módulos personalizados a partir de

módulos estándar de ONYX Solar. Corian de 12.5 mm de la casa Dupont, en color blanco, que incluye panel fotovoltaico.

En las fachadas, la captación fotovoltaica se adapta no solo a la modulación constructiva,

sino que además se adapta a una modulación que viene dada por las propias placas fotovoltaicas, generando unos ritmos en los alzados que minimizan el impacto que puede

producir la visión de una placa fotovoltaica en fachada.

Fachada SUR

P pico 10,5 Wp

Voc 20,4 V Isc 0,827 A


890 x 200 mm

Fachada Oeste P pico 10 Wp

Voc 20,4 V Isc 0,79 A


860 x 200 mm

Fachada Este P pico 9 Wp

Voc 20,4 V Isc 0,71 A


870 x 200 mm

Otras características

Características Inversor para cubierta fija y móvil:

Xantrex GT2,8SP

Pcc máx 3070 W Vcc máx 600 V

V mpp 195-550 V I max 14,5 A

Pn AC 2500 W P máx AC 2800 W

V AC 230 V f 50 Hz

Conexión AC Monofásica Separación galvánica Sí

Consumo / Nocturno <1 W Rendimiento EUR 94%

Características del cargador de baterías solar:

Xantrex XW Solar Charge Controller

Tensión de batería 48 Vdc Máxima tensión de array

MPP 140 Vdc Máxima tensión admisible

150 Vdc Corriente CC máxima 60

Adc

Para extraer la energía de las baterías e inyectarla a la red:

Xantrex XW Series Hybrid

Inverter

Potencia nominal 4500 W DC input voltaje 44-64

Vdc Peso 54 kg

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Análisis de costes y factores energéticos

Costes

PARTIDA COSTE (por módulo) Estructura 3.000€ Instalaciones 1.000€ Cerramientos 2.000€ Acabados exteriores 3.000€ Acabados interiores 1.500€ Pavimentos 1.500€ Techo 1.000€ Carpinterías+Vidrio 1.000€ Sanitarios 3.000€ Cocina 3.000€ Inst. Fotovoltaicas 7.500€ Inst. Térmicas 1.500€ Fotovoltaica en fachada 3.000€ Transporte y descarga 300€

32.300€ TOTAL

COSTE CASA (6 MÓDULOS):

193.800€

Ahorro de emisiones

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Cálculo del tiempo de recuperación y energía de fabricación de las placas.

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BIBLIOGRAFÍA

www.suntechnics.com/es/leistungen_4sa.htm

www.energetica21.com/articulos/cb/2006/bc_abr06_1.pdf

www.rbi.es/ImagenesConstruarea/informe216.feb.pdf

Proyecto Biblioteca Pompeu Fabra (Programa Joule II Dirección General de Ciencia).

Proyecto Final de Carrera Sergio Arce González. Universidad Carlos III de Madrid. Integración solar fotovoltaica en un edificio conectado a red.

Integration of TIO2 nanotube arrays into solid-state dye-sensitized solar cells (J.Bandara, K.Shankar, J.Basham and H.Wietarch).

“Mantenimiento de instalaciones fotovoltaicas”. http://www.opexenergy.com/fotovoltaica/mantenimiento_fotovoltaico.html

Manual de instalación, uso y mantenimiento de los módulos fotovoltaicos ISOFOTON Gama Estándar.

“Utilización de la termografía en el mantenimiento de plantas fotovoltaicas”. FLUKE http://es.rs-online.com/es/pdf/RSFLUKEELECTRICIDAD04.pdf

Solener. Soluciones Energéticas www.solener.com

Manuales sobre energía renovable. Solar Fotovoltaica. FOCER (Fortalecimiento de la

capacidad en Energía Renovable para América Central).

Directiva europea 2002/91/CE relativa a la Eficiencia Energética de los Edificios.

Directiva europea 2006/32/CE sobre la eficiencia del uso final de la energía y los servicios energéticos.

Ley 38/1999. Ley de Ordenación de la Edificación. LOE.

Ley 2/2008. Ley del Suelo.

Real Decreto 314/2006. Código Técnico de la Edificación. CTE. Exigencia básica HE5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

Decreto 1/2011. Estrategia Territorial de la Comunidad Valenciana.

Plan General de Ordenación Urbana de Castellón.

www.onyxsolar.com

www.gradhermetic.com

www.solarcentury.co.uk

www.greenpix.org

www.sdeurope.org

arquitectónica de paneles fotovoltaicos master sih007/temes/treballs/2... · 2011-06-21 · muros...

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