Resumen de Contribución a la mejora de la integración de la energía solar fotovoltaica en edificios
Francisco José Moralejo Vázquez
La aplicación de los sistemas fotovoltaicos a la edificación como sistemas constructivos multifuncionales es una de las formas de aprovechamiento de la energía solar más óptima desde el punto de vista arquitectónico y urbanístico.
Para garantizar la calidad de estos sistemas, se requiere información técnica que permita determinar su adecuación a las funcionalidades a las que pretende responder, comparar los distintos productos, y ensayar distintas soluciones constructivas y evaluar sus rendimientos de forma detallada y realista a priori, mediante simulación informática, permitiendo la selección de la más óptima desde el punto de vista de la eficiencia energética, por ejemplo.
En esta tesis se analizan estos productos y las técnicas de caracterización habituales en los ámbitos de la energía solar fotovoltaica y de la edificación, y se lleva a cabo la caracterización eléctrica, óptica y térmica de un conjunto representativo de muestras con diferentes tecnologías de célula fotovoltaica. Los agentes externos y el recurso solar disponible son los que dictan, en mayor medida, dichos comportamientos por lo que se les ha tenido en cuenta. Finalmente, se utilizan los resultados de esta caracterización en sendos programas de simulación energética de edificios (EnergyPlus) y de sistemas (SAM) para comprobar su utilidad y aplicabilidad.
Los métodos de caracterización eléctrica no están, actualmente, adaptados a las peculiaridades de la integración de éstos en los edificios, aunque sí proveen de un conocimiento del comportamiento eléctrico de dichos módulos en sus distintas condiciones de trabajo no desdeñable. Las mayores diferencias se dan en el rendimiento eléctrico y en la temperatura de operación que alcanzan en estas condiciones, la cual afecta a su comportamiento general.
La caracterización óptica de un módulo fotovoltaico apto para integración arquitectónica es equivalente a la de un vidrio laminado convencional, con la salvedad de la presencia del patrón de células solares fotovoltaicas en su interior y, en consecuencia, de elementos absorbentes de energía solar. Se ha podido corroborar que la normativa vigente para los vidrios destinados a la edificación es adecuada, si bien se muestra insuficiente en algunos factores que afectan a los parámetros ópticos y algunos aspectos energéticos que no quedan completamente caracterizados debido a la operación de los módulos.
La caracterización térmica se inició desde una aproximación experimental, desarrollando un calorímetro que permitiera las medidas necesarias para la obtención del coeficiente de transferencia de calor global, y se ha completado, por un lado, obteniendo dicho coeficiente global y, por otro, tratando de corregir las carencias que presentaba el factor solar, mediante un modelo de cálculo para los coeficientes de transferencia de calor superficiales de los vidrios laminados fotovoltaicos operando en fachadas de edificios.
Con todo el conjunto de parámetros anterior, se ha llevado a cabo una simulación del comportamiento energético de una sección de oficinas del edificio tipo del Programa Solar Heating and Cooling de la Agencia Internacional de la Energía (SHC-IEA), que incorpora este tipo de vidrios laminados en sus huecos de ventana, así como de la previsión de generación de electricidad en dicha situación. Se ha observado que una simulación más precisa de este tipo de sistemas requiere de la disponibilidad de una parametrización horaria de las características térmicas, dada su sensibilidad a las condiciones de irradiancia y viento. Por su parte, la simulación de la operación del sistema ha permitido estimar la producción anual del mismo.
