Sistema fotovoltaico integrado en edificios (BIPV)

TransparentBIPVDe las diferentes tecnologías de energía renovable, una de las más prometedoras es la energía fotovoltaica. La energía fotovoltaica es una forma realmente elegante de producir energía eléctrica en el sitio, directamente del sol, sin tener la preocupación del suministro de eléctrico o el medio ambiente. Estos sistemas simplemente crean electricidad a partir de la luz solar, en silencio, sin necesidad de mantenimiento, sin  generar contaminación, ni el consumo de  materiales.

Existe una tendencia creciente de sistemas fotovoltaicos distribuidos que producen electricidad en el punto de uso serán la primera tecnología de energía renovable en llegar a la comercialización de las masas. La principal aplicaciones de esta tecnología es en sistemas de energía fotovoltaica para edificios.

El interés en integrar los sistemas fotovoltaicos  en el aspecto arquitectónicamente de las edificaciones, donde los elementos fotovoltaicos se convierten en una parte integral del edificio, sirviendo como una piel exterior, esto se está volviendo una tendencia cada vez mayor en todo el mundo. Tanto como los especialistas fotovoltaicos, como los arquitectos innovadores de Europa, Japón y los EE.UU. están explorando nuevas maneras creativas de incorporar energía solar en su trabajo. Una nueva arquitectura vernácula de energía solar está comenzando a emerger.

Los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios BIPV” (por sus siglas en ingles Building Integrated Photovoltaics) consisten en la integración de módulos fotovoltaicos en la envolvente del edificio, como cubierta o fachada. Cumpliendo una doble función; como material envolvente de construcción sobre el edificio convencional y como un sistema generador de energía, los sistemas BIPV pueden generar un ahorro en materiales y costos de la energía eléctrica, reduciendo el uso de combustibles fósiles y emisiones de gases que atacan la capa de ozono, y a su vez añadiendo diseños arquitectónicos innovadores en el edificio. Es decir, los sistemas BIPV a menudo tienen menores costos que los sistemas fotovoltaicos que requieren sistemas separados de montaje.

Mientras que la mayoría de los sistemas de BIPV están en sistemas interconectados a la red de suministro eléctrico disponible, los BIPV también se pueden utilizar en un sistema aislado (sistemas fuera de la red eléctrica). Uno de los beneficios de la producción de energía en el punto de uso incluyen; reducción generadas por las pérdidas asociadas a la transmisión y distribución, y el ahorro para el propietario a través de las facturas de electricidad más bajas debido a corte de picos de consumo (coincidente con el pico de producción períodos de máxima demanda). Por otra parte, los edificios que producen energía a partir de energías renovables reducen las demandas sobre los generadores de servicios públicos tradicionales.

Tecnologías fotovoltaicas (PV)

Hay dos tecnologías de módulos fotovoltaicos disponibles en el mercado hoy en día:

  • Productos de cristal gruesos incluyen células solares hechas de silicio cristalino o bien células sencillas o policristalinas, capaces de emitir cerca de 1 watts por m² (a pleno sol).
  • Productos de película fina típicamente incorporan capas muy finas de material activo fotovoltaico colocado en un superestrato de vidrio o un sustrato de metal usando técnicas de fabricación de deposición al vacío similares a los empleados en el recubrimiento de vidrio arquitectónico. En la actualidad, los materiales de película delgada comerciales generan cerca de 0.5 watts por m ² (a pleno sol). La tecnología de película delgada mantiene la promesa de reducir los costos debido a los requisitos mucho más bajos de las materias activas y la energía en su producción en comparación con los productos de cristal grueso.

Un sistema fotovoltaico se construye mediante el ensamblaje de un número de colectores individuales llamados módulos eléctricos y mecánicamente en un arreglo.

Un sistema completo de BIPV incluye:

a) Los módulos fotovoltaicos (los cuales pueden ser de película fina o cristalina, transparente, semitransparente u opaco);

b) Un regulador de carga, para controlar la potencia de entrada y salida del sistema de almacenamiento de la batería (en sistema aislado);

c) Un sistema de almacenamiento de energía, compuesto por la red eléctrica en los sistemas interconectados o, una serie de baterías en sistemas aislados.

d) Equipos de conversión de potencia que incluye un inversor para convertir la salida de Corriente Continua de los módulos fotovoltaicos a Corriente Alterna para que sea compatible con la red de suministro eléctrico.

e) Plantas de emergencia tales como generadores diesel (normalmente empleado en sistemas autónomos)

f) El apoyo adecuado del sistema de montaje, cableado y un interruptor de desconexión de seguridad.

bipv.

Diseño de Sistema fotovoltaico integrado en edificios (BIPV)

Sistemas BIPV deben ser utilizados donde previamente se haya empleado técnicas de diseño de eficiencia energética,  equipos y sistemas que hayan sido cuidadosamente seleccionados. Ellos deben ser vistos en términos de costo-beneficio. Las consideraciones que se deben de tomar en cuenta para el diseño de un sistema de BIPV;  el uso del edificio, las cargas eléctricas, su ubicación, la orientación, los códigos de seguridad, la utilidad generada y sus costos

Pasos para diseñar un sistema fotovoltaico integrado en edificios  (BIPV) son:

1. Considerar la aplicación de prácticas de eficiencia energética en el diseño para reducir las necesidades de energía del edificio. Esto aumentará la comodidad y el ahorro monetario, al tiempo que permitirá un sistema de integración arquitectónica que generaré un mayor porcentaje de contribución a la carga eléctrica.

2.  Elegir entre un sistema Fotovoltaico interconectado a red y un sistema fotovoltaico autónomo:

  • La gran mayoría de los sistemas de BIPV están interconectados a una red de suministro eléctrico. Los sistemas deben ser de tal tamaño que cumplan con los objetivos deseados por el propietario, normalmente se define el tamaño del sistema de BIPV por el aspecto económico y/o por las limitaciones de espacio a instalar. El inversor debe ser elegido de acuerdo a los análisis de los requerimientos deseados.
  • Para los sistemas aislados propulsados únicamente por módulos fotovoltaicos, tanto el sistema, como el almacenamiento, debe ser diseñado de tal tamaño que sea capaz de satisfacer la demanda pico proyectada de producción de los meses más bajos. Para así evitar sobredimensionar el sistema fotovoltaico y las baterías, para así evitar producir más del consumo promedio desperdiciando energía producida.

3. Modificar el pico de demanda: Si los picos de demanda del edificio no coinciden con el pico de potencia del generador fotovoltaico, puede ser económicamente adecuado incorporar baterías en determinados sistemas de conexión a red para compensar las horas más costosas del período de demanda de energía. Este sistema también puede actuar como un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS).

4. Asegurar una ventilación eficiente: la eficiencia de módulos fotovoltaicos se ve reducida debido a las elevadas temperaturas de funcionamiento. Para mejorar la eficiencia de los módulos, hay que permitir la adecuada ventilación detrás de los módulos fotovoltaicos para disipar el calor.

5. Evaluar el uso de los sistemas térmicos solares PV- híbridos: Como una opción para optimizar la eficiencia del sistema, se puede elegir capturar y utilizar los recursos de energía solar térmica desarrollada por el calentamiento de los colectores. Esto puede ser atractivo en climas fríos para el pre-calentamiento de  la entrada del aire de ventilación.

7. Incorporar módulos fotovoltaicos en las protecciones solares: generadores fotovoltaicos concebidos como  toldos sobre las áreas de acristaladas de la fachada del edificio puede proporcionar protección solar pasiva adecuada. Cuando los sistemas de sombreados se consideran como parte de un enfoque de diseño integrado, capaces de reducir o eliminar la necesidad de la utilización de sistemas de refrigeración.

8. Diseñar para la región: Los diseñadores deben comprender los impactos del clima y el medio ambiente en la producción del sistema PV. Los días frescos y claros se incrementará la producción de energía, los días calientes y nublados se reduzca la producción de la misma;

9. La planear la ubicación y la orientación del sitio: En la fase temprana de diseño, asegúrese de que el panel solar recibe la máxima exposición al sol y no exista sombreado que obstruyan en el lugar, tales como edificios o árboles aledaños. Es particularmente importante que el sistema no se encuentre sombreada durante el período de generación de energía solar pico que consta de tres horas antes y tres horas después del mediodía solar. El impacto de la sombra en un campo fotovoltaico tiene una influencia mucho mayor en la generación eléctrica, que la huella de la sombra.

10. Considerar la orientación de los módulos: La orientación puede tener un impacto significativo en la producción anual de energía de un sistema, con módulos fotovoltaicos inclinados pueden generar un 50% a 70% más de electricidad que una fachada vertical.

11. Reducir la envolvente del edificio y otras cargas en el sitio: Minimizar las cargas generadas por el sistema BIPV. Emplear iluminación natural, motores de bajo consumo, y otras estrategias de reducción de pico de energía siempre que sea posible.

12. Profesionales: El uso de BIPV es relativamente nuevo. Asegúrese de que sean ingenieros profesionales en el diseño, instalación y mantenimiento los que participen en el proyecto y que estén debidamente capacitados, con licencia, certificado y con experiencia en trabajos de sistemas fotovoltaicos.

Además, los sistemas BIPV pueden ser diseñados para combinarse con los materiales de construcción tradicionales, o pueden ser utilizados para crear una apariencia moderna, orientada hacia el futuro. Los colectores semi – transparentes de células cristalinas separadas pueden proporcionar iluminación natural interior difusa. Los sistemas BIPV también pueden proporcionar un ambiente de trabajo con conciencia ambiental.

Aplicación

  • La energía fotovoltaica se pueden integrar en muchos conjuntos diferentes dentro de una envolvente del edificio
  • Las células solares se pueden incorporar en la fachada de un edificio, como complemento o sustitución de la fachada tradicional o vidrio opacificado.
  • La energía fotovoltaica se pueden incorporar en toldos y diseños de parasoles sobre una fachada de edificio. Estos aumentan el acceso a la luz directa del sol al tiempo que proporciona beneficios adicionales, tales como la arquitectura pasiva en el control solar.
  • El uso de la energía fotovoltaica en sistemas de cubiertas puede proporcionar un reemplazo directo para las cubiertas metálicas y tejas de asfalto de 3 lengüetas tradicionales.
  • El uso de sistemas tragaluz fotovoltaico puede un uso económico de energía fotovoltaica y una característica interesante de diseño.
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