INTEGRACION FOTOVOLTAICA EN EDIFICACION. FACHADAS

Buenas a todos.

Esta vez, el tema del artículo tiene que ver con ahorro de energía (y por ende de dinero) y de integración de fuentes generadoras en el entorno que nos rodea. Alguna que otra vez, quizás y sólo quizás, me haya “dispersado” en el proyecto y su fin último sin tener en cuenta el dineral que cuesta llegar a una solución verde. Pero esta vez, me gustaría hablar de la energía solar y su aplicación en las denominadas FACHADAS FOTOVOLTAICAS.

La energía solar no es nueva para nosotros, de hecho somos una auténtica potencia mundial en recurso y desarrollo de la tecnología, o lo éramos (más o menos como la selección de fútbol). Llevamos años viendo parques fotovoltaicos cuando vamos por la carretera, paneles instalados en cubiertas de edificios públicos, e incluso hubo un tiempo (ainsss) en que la gente instalaba paneles en sus casas como forma de reducir el consumo de electricidad de red. Pero con la moratoria a las ayudas a este tipo de energía como comenté en otro artículo, todo esto se fue al garete. Nos queda ser optimistas.

A lo que íbamos, todos nos imaginamos un panel solar, con su grosor, su vidrio azulado con “figuras” dentro, instalados en grupo según espacio disponible y la orientación óptima para su mayor aprovechamiento. Pero la tecnología avanza que es una barbaridad, y ha permitido que a la vez que se reducen grosores, se trabaje sobre nuevos componentes y técnicas capaces de generar energía en mejores condiciones. Hasta aquí vamos bien.

A modo de breve resumen,  una instalación solar consta de un panel/es generador/es de electricidad en corriente continua instalado en una superficie, con una inclinación ( generalmente la de la latitud del lugar ) y una orientación lo más al sur posible (disposición óptima para lugares al norte del ecuador ) , una conducción eléctrica hasta el inversor, elemento que transforma esa cc en alterna ( la que manejan las compañías en el suministro ) y mediante otra conducción hasta el punto de conexión de la compañía eléctrica....o no, porque como comenté , lo del autoconsumo, todavía no funciona, con lo que eso de conectar a red, como que no. Todo ello con unas protecciones y un dimensionamiento para caídas de tensión y sobre intensidades como cualquier instalación eléctrica.

Pues bien, pensemos, que elemento arquitectónico actual presenta mayor potencial de generación de electricidad? El que más superficie tenga y mejor orientación no? Y lo que mayor superficie tiene son las fachadas de los grandes edificios de oficinas y edificios públicos. Ya no se trata  de romperse la cabeza con optimizar el tejado de tu casa, viendo si el parapeto te da sombra o no, o si el edificio es el del año catapún y la cubierta no aguanta el peso. Ahora se trata de elaborar un estudio de sombras concienzudo y detallado y una valoración económica que viabilice la instalación.

Existen dos maneras de aprovechar esa superficie como fuente generadora de electricidad:

1) Incluir el panel fotovoltaico en el propio cerramiento del edificio, como si fuera una capa más del mismo, de igual manera que colocamos un tipo de piedra, siempre considerando el peso del mismo a efectos estructurales. Son las llamadas BAPV, o instalaciones APLICADAS.

2) Mediante la integración de ese panel, como elemento constituyente del cerramiento del edificio, es decir, sustituyendo elementos constructivos por módulos fotovoltaicos (BIPV), pudiéndose realizar a su vez hacer de cuatro maneras:

-        TEJADOS O CUBIERTAS OPACAS. Los tejados proporcionan siempre un lugar apropiado de integración por la mayor ausencia de sombras a su altura y por la superficie que ofrecen.

-        CUBIERTAS TRANSPARENTES O LUCERNARIOS. Combinan las ventajas de la difusión de la luz en el edificio y ofrecen una superficie sin obstáculos.

Las estructuras pueden ser espectaculares desde el exterior, produciendo efectos asombrosos en vestíbulos y pasillos, y permiten diseños arquitectónicos curiosos jugando con luces y sombras.

-        COMPONENTES DE PROTECCIÓN SOLAR.

Debido a la creciente tendencia por parte de los arquitectos del diseño de grandes ventanas y muros cortina, se hace necesaria la consideración de un elemento de sombra para determinados momentos, y es en este contexto donde se han desarrollado módulos fotovoltaicos de diversas formas que actúan como tales.

-        FACHADAS.

Es el punto donde nos vamos a concentrar, existiendo variadas alternativas como fachadas ventiladas, muros cortina....

FACHADAS VENTILADAS FOTOVOLTAICAS.

Las fachadas ventiladas tienen su origen en los países nórdicos como respuesta a la entrada de agua en el edificio con cerramientos ligeros. El concepto se basa en dividir la fachada en dos pieles independientes, y con usos distintos separados por una cámara de aire ventilada. La piel interior (bien de hormigón o de ladrillo) realiza funciones resistentes, estanqueidad y aislamiento, mientras que la exterior es la que se encarga de proteger el edificio contra los efectos de la lluvia.

El hueco existente entre ambas hojas garantiza la ventilación y la presencia de humedades y en el caso de FVF, este hueco se aprovecha para el cableado de los módulos, a la vez que permite la disipación del calor de éstos, ya que el aumento de la temperatura en los módulos reduce su rendimiento.

Las soluciones a nivel del sistema son sencillas, fijando sobre la hoja interior anclajes puntuales o perfiles que permiten la instalación de módulos de cualquier tipo: mono o poli cristalinos standards, de formas o colores específicos, o laminados de capa fina....  Ojo, es necesario pruebas de tracción in situ de los anclajes para una correcta transmisión de cargas.

En este caso, como en cualquier edificación con instalación fotovoltaica, la electricidad generada por la instalación puede ser directamente vertida a la red, y por tanto comercializada a los grandes distribuidores, o ser empleada para autoconsumo (sistema aislado).

Por otro lado, las medidas de envolvente térmica pueden derivar en un ahorro de entre el 25-40%  de la energía consumida en  un edificio. Dependiendo de la orientación de la fachada, la ubicación del edificio, y la tecnología fotovoltaica empleada, la energía eléctrica generada por un sólo metro cuadrado de nuestro sistema puede variar entre 40-200 kW/h anuales; energía suficiente para satisfacer hasta 10.000 horas de luz de bombillas de bajo consumo de 20W.

Entre las ventajas que podemos encontrar, destacaría las siguientes:

-          Producción eléctrica.

-          Ahorro de energía gracias al aislamiento (hasta el 40%).

-          Mayor capacidad de aislamiento.

-          Eliminación de puentes térmicos

-          Aumento del confort térmico en interiores.

-          Reducción de la contaminación acústica.

-          Protección de la fachada y de la cubierta del edificio

-          Mayor producción de energía en condiciones de baja luminosidad.

-          Mayor producción de energía en condiciones de alta temperatura

-          Diseño atractivo e innovador.

Un ejemplo a destacar, aunque se podría usar de manera independiente, es el de la “losa fotovoltaica” con un vidrio que utiliza un laminado de seguridad, aislante térmico y acústico y que se instala otro pavimento de exterior convencional. Las casas ONYX y Butech, desarrolladores del proyecto no han revelado detalles en cuanto a la generación de energía ya que está en fase de desarrollo. Se puede observar en la casa solar de la Universidad Cardenal Herrera de México.

MUROS CORTINA.

El concepto de Muro Cortina es una fachada ligera que deja de ser un elemento portante del edificio. Es un cerramiento colgado, no apoyado, siendo la solución más habitual la de montantes y travesaños, anclados al forjado del edificio, y donde se integra un doble acristalamiento. Al tratarse de un cerramiento no portante, los montantes sólo transmite las cargas horizontales, las debidas al viento y al peso propio del muro cortina.

En un MCF los módulos se pueden integrar tanto en los vidrios de visión como en los opacos. Tanto si el acristalamiento es simple como doble, se pueden, el vidrio convencional se reemplaza por otro que incorpore células fotovoltaicas.

Como comento en el párrafo anterior, la solución a las zonas de encuentro con los forjados, se suele resolver con un vidrio laminado opaco, disponible tanto en silicio como en tecnología cristalina. Desde vidrio laminado de 3mm+3mm hasta doble y triples acristalamiento, creándose zonas muy atractivas de contraste.

Como el perfil vertical es hueco, es en estos espacios donde se emplaza el cableado de los paneles.

Desde el punto de vista de los paneles fotovoltaicos hay que distinguir dos familias de muros cortina, en función del sistema de fabricación y puesta en obra, los de montantes y travesaños, y un segundo tipo modular. Los primeros encajan en alturas bajas medias, y los segundos para alturas superiores a 60m. Una ventaja de los segundos desde el punto de vista constructivo es que la instalación y conexión eléctrica se realiza en taller en condiciones de calidad mejor y más controlada.

Un ejemplo que conozco bien y  he visto de cerca a diario es la torre CIS en Manchester, cuya fachada está compuesta por placas solares fotovoltaicas, en total, 7.244 paneles que generan unos 183 MWh anuales, la energía suficiente para cubrir el consumo de una familia durante 300 años.

           La torre consta de 25 pisos y 120 metros de altura, y sus paneles solares fotovoltaicos,  son capaces de generar 183 MWh de electricidad. Con la acción de las placas fotovoltaicas, además de los 24 aerogeneradores situados en el edificio, se espera cubrir un 10% del consumo que se genere.

A nivel medioambiental, el rascacielos evita 104 Tn de CO2 anuales, una cantidad 1ue 141 árboles tardan más de 100 años en absorber.

Este edificio es el edificio más alto del Reino Unido situado fuera de Londres y pertenece a la compañía de seguros CIS. El edificio, que ha tenido un coste de 5,5 millones de libras, se empezó a construir en noviembre de 2004 y ya está en funcionamiento. 

Bueno, hasta aquí lo referente a la estructura soporte, pero claro, si montamos una instalación de este tipo es para utilizar un tipo de panel que permita pasar la luz. No se trata de vivir encerrados en una caja tirando de bombillas todo el día.

Se presentan las siguientes opciones:

-          APLICACIONES TRASLÚCIDAS

Este tipo de aplicaciones están equipadas de una gruesa pantalla y permita que fluya más luz entre las costuras de las células. El flujo de luz solo puede lograrse con la suficiente distancia entre ellas.

-          APLICACIONES TRANSPARENTES

Esta tipología requiere una fina pantalla y una apropiada distancia entre el espectador y el módulo por el que pasa la luz.

El siguiente gráfico demuestra el diferente grado de transparencia ofrecido por las diversas tecnologías en proporción del rendimiento conseguido por m2.

·         CRYSTALLINE CELLS: La versión más simple es aumentar la distancia entre las células para dirigir más luz al interior del edificio.

·         SEMITRABSPARENT CRYSTALLINE CELLS. Debido a la perforación de las células cristalinas con un proceso laser, partes del material se eliminan para crear un colador como estructura, creando un sombreado homogéneo en el interior del edificio.

·         THIN FILM: En el que varios fabricantes de película delgada (aSi, CIS, CdTe) han intentado tratar esos módulos opacos con láser. Debido a la estructura fina, estos módulos son bastante transparentes, pero la apariencia del ver a  través, sólo se garantiza con diversas condiciones del marco. Esto va a depender de la distancia de visión, de la textura de la rejilla y la diferencia de brillo entre el interior y el exterior.

Sin embargo, estas tecnologías están todavía en fase de desarrollo, por lo que las células “normales” se seguirán empleando durante un laaaaaarrrgo tiempo. Hay empresas como Sunways que pretenden desarrollar unos pocos cientos de KW de este tipo al año.

El desarrollo en la tecnología de thin film, y especialmente con silicio amorfo es bastante incierto, al surgir el problema de las diferentes escalas entre el standard PV y el BIPV.

Un desarrollo que puede ser muy interesante a BIPV es la de energía Sphelar en Japón. Esta compañía trató de soldar células en una bola-base de área 1-2 mm, y combinarla en una red semitransparente.

Otra tecnología que debe aparecer en el mercado en los próximos años es el de Crystasol en Austria, similar a Sphelar, pero con “semillas” o polvo más fino de aproximadamente 40mmicras de diámetro

Otras tecnologías que parece que se pueden desarrollar son:

-          Pitágoras solar: prismas de cristal en la espacio de cristal que dirigen la luz hacia células dispuestas horizontalmente.

-          Heliatec: fotovoltaica orgánica (OPV) basado en oligómeros (moléculas pequeñas)  con la deposición al vacío en diferentes  cámaras.

-           Belectric / Solarte: fotovoltaica orgánica  (OPV) con un enfoque en la "integración en los productos de construcción existentes.

Por último, vamos al meollo de la cuestión, lo que os estaréis preguntando. Y esto merece la pena? Es rentable? Cuánto cuesta? La mejor forma de verlo, es con un ejemplo visual extraído de la casa Schuco, siempre, y repito siempre, que la generación eléctrica esté bonificada (por tanto no es nuestro caso, como todos sabemos ya ).

Si consideráramos un caso de dicha casa, en una localidad genérica de Alemania, con inclinación 90 grados (lógico) y tarifa de 33,03 céntimos de euros (Octubre 2012) y un periodo de vida útil de 20 años, obtendríamos:

En él se observa que incrementándose el presupuesto por el precio del nuevo vidrio, inversores y demás accesorios eléctricos, junto con el mantenimiento, obtendríamos casi un 30% neto del valor de la estructura sin utilizar esta tecnología. Evidente y claro, no?. Sobran las palabras y faltan ayudas.

Bueno, por esta vez, lo dejamos aquí, aun sabiendo que este capítulo podía dar muchísimo de sí, tanto como combinaciones y posibilidades ofrece la integración arquitectónica fotovoltaica.