Los resultados indican que la adopción integral de la tecnología fotovoltaica existente en los tejados por sí sola en toda la ciudad podría transformar radicalmente la huella de carbono de una gran ciudad como Melbourne. Esto se conseguiría reduciendo significativamente su dependencia de la red eléctrica generada por la quema de combustibles fósiles.
Se podrían obtener más ganancias mediante el despliegue generalizado de ventanas solares. Una tecnología emergente y altamente eficaz, que además tiene una integración arquitectónica y paisajística envidiable.
Las conclusiones obtenidas a parir de la modelización de los datos fue que la energía fotovoltaica podría proporcionar el 74% de las necesidades de consumo de edificios de Melbourne. La energía solar en la azotea constituiría el 88% de este suministro, mientras que la energía solar integrada en la fachada (pared y ventanas) proporcionaría el 12% restante.
Los investigadores compararon el consumo de electricidad de la ciudad de Melbourne durante el año 2018 con la producción de electricidad que podría lograrse a través de la energía solar con la tecnología fotovoltaica actual. Los datos de consumo del CBD de Melbourne se obtuvieron de las empresas de distribución Jemena, CitiPower y Powercor y se accede a ellos a través del organismo de investigación independiente de Victoria, el Centro de Nuevas Tecnologías Energéticas (C4NET).
🏢 La tecnología de energía solar en fachadas
Se demostró que la tecnología solar integrada en paredes y ventanas sufre una reducción menor en la eficiencia durante los meses de invierno en comparación con la energía solar en los techos, lo que brinda beneficios y valor más consistentes durante todo el año.
La contribución potencial de la energía solar integrada en ventanas se elevó al 18% a escala de vecindario, lo que refleja las altas alturas de los edificios y las relaciones entre ventanas y paredes.
Los investigadores determinaron la radiación solar anual en las fachadas y tejados de la ciudad para identificar áreas adecuadas para la instalación fotovoltaica, teniendo en cuenta las limitaciones técnicas y los factores de costo.
El modelado detallado permitió simular la radiación solar incidente y el potencial fotovoltaico de las zonas urbanas. Se tuvo que tener en cuenta una amplia gama de factores, incluido el impacto de las sombras proyectadas por los sistemas de sombreado y los balcones, así como las características de rendimiento de las diversas tecnologías solares.
Entre otras técnicas, se realizaron análisis de correlación y regresión lineal para identificar la interdependencia entre los indicadores de forma urbana y el potencial fotovoltaico anual.
El resultado del estudio
El área total presentada en el estudio es el área de 37,4 km 2 del centro de Melbourne, de los cuales 35,1 km 2 se construyeron en 2019, y consisten principalmente en edificios residenciales y comerciales.
Los resultados mostraron que el potencial fotovoltaico de esta área está impulsado principalmente por la posibilidad de agregar más energía solar en la azotea.
Si bien los bloques con alto potencial solar en techos y paredes se encuentran en toda la ciudad, el mayor potencial de ganancias solares integradas en ventanas se encuentra en los centros urbanos de alta densidad de la ciudad, como el distrito comercial central.
Al utilizar la tecnología fotovoltaica disponible comercialmente en la actualidad e incorporar los avances esperados en la tecnología solar integrada en paredes y ventanas durante los próximos diez años, estaríamos en camino a cero emisiones en las próximas décadas.
🏢 El estudio sobre la energía solar en fachadas en España
Un estudio similar fue realizado el año pasado por el Grupo de Investigación SWIFT (siglas de Solar and Wind Feasibility Technologies). Este grupo de investigación de la Universidad de Burgos (UBU) ha medido la radiación solar sobre las fachadas de los edificios en un estudio experimental llevado a cabo en la ciudad de Burgos.
En los últimos años se han desarrollado paneles fotovoltaicos que pueden ser adaptados o integrados en edificios. Por ejemplo, ventanas solares fabricadas con vidrios fotovoltaicos. Estos sustituyen a los cristales tradicionales de las ventanas o se pueden integrar en las fachadas acristaladas de los grandes edificios. Existen desarrollos para incorporar a toldos, marquesinas, a las lamas de las persianas. Estos se integran directamente sustituyendo parte del muro, como si fuera un material decorativo de la fachada.
Estos productos ya se pueden ver en muchos edificios, nuevos o rehabilitados, de uso público o residencial pero ¿se sabe cuánta energía solar reciben? Cuando se diseña una instalación fotovoltaica, uno de los aspectos clave para que su eficiencia sea la máxima es que los paneles estén adecuadamente colocados. También que reciban la máxima cantidad de radiación solar posible.
La radiación de la energía solar en fachadas
La radiación máxima se consigue cuando los rayos solares inciden perpendicularmente sobre el panel. Pero esto depende de la latitud en la que se encuentra la instalación y del día del año.
Así, es fundamental conocer los datos de radiación solar del lugar donde se instalan los paneles para saber cuánta energía podrían producir y analizar su viabilidad económica. Pero los datos que se utilizan actualmente para dimensionar las instalaciones fotovoltaicas son los obtenidos para el plano horizontal, aquellos que se miden de forma habitual en las estaciones meteorológicas.
La medición de la energía solar en las fachadas
Con el objetivo de determinar la cantidad exacta de energía solar que se obtiene en las fachadas, el equipo midió experimentalmente la energía total recibida en superficies verticales orientadas en las cuatro direcciones cardinales (norte, sur, este y oeste). En total, realizaron medidas durante 45 meses de manera continua, siguiendo unos estándares de calidad muy restrictivos para asegurar que los datos eran fiables.
Los resultados apuntan que las instalaciones fotovoltaicas verticales son completamente viables. Aunque los edificios consumen de manera continua, las fachadas reciben la energía a horas distintas dependiendo de su orientación. El resultado fue que la fachada sur recibe más energía que la superficie horizontal en la misma localización. En otras palabras, esa fachada produciría más energía que la generada mediante paneles colocados en el tejado.
Por otro lado, las fachadas este y oeste producen aproximadamente la mitad que la superficie horizontal. El motivo es que una recibe el sol de mañana y la otra fachada de tarde. Aun así, se podría distribuir la producción a lo largo de todo el día. Incluso la fachada norte, agrega, produce aproximadamente un 25 por ciento de la superficie horizontal en la misma localización.
El procedimiento para obtener datos de radicación solar de la pared
Por otro lado, los investigadores han tratado de determinar, en lugares en los que estos datos no existen. Se han preguntado: ¿cuál es el mejor procedimiento para obtener los datos de radiación en superficie vertical a partir de otras magnitudes?. Para ello, utilizaron dos componentes de la radiación solar: los datos de radiación directa y difusa. Ambos fueron medidos en la misma instalación a la vez que los datos de superficie vertical. Se aplicaron diferentes modelos que distinguen, entre otras cosas, las características del cielo.
El equipo comparó los datos de radiación vertical que calculan los modelos con los medidos experimentalmente y seleccionó el modelo que obtiene menor error. De esta forma, “se podrá dimensionar adecuadamente las instalaciones fotovoltaicas en fachadas, aunque no tengamos datos reales de la energía recibida en esas fachadas”, subraya Alonso Tristán.
Se trata, en definitiva, de combinar adecuadamente las superficies disponibles y aprovechar también otras ventajas de las instalaciones, como la mejora de la envolvente del edificio o incluso de su estética.
Sabemos que la orientación sur es siempre la más soleada, es decir, la que recibe más horas de sol a lo largo del año. Sin embargo, no se debe menospreciar la energía que se recibe en otras orientaciones. La superficie disponible en las ciudades es limitada. Sin embargo, es donde más nos interesa disponer de energía puesto que es donde se consume.
Fuente: DiCYT
Referencia: Díez-Mediavilla, M., Rodríguez-Amigo, M. C., Dieste-Velasco, M. I., García-Calderón, T., & Alonso-Tristán, C. (2019). The PV potential of vertical façades: A classic approach using experimental data from Burgos, Spain. Solar Energy, 177, 192-199.