Solo 2%! ¿Por qué todavía no se aplica BIPV a gran escala?

22-04-2021

Solo 2%! ¿Por qué todavía no se aplica BIPV a gran escala?



En los últimos diez años, el rápido crecimiento de la energía fotovoltaica ha alcanzado un mercado global de aproximadamente 100 GWp instalados anualmente, lo que significa que se producen y venden aproximadamente de 35 a 400 millones de módulos solares anualmente. Sin embargo, integrarlos en edificios sigue siendo un nicho de mercado. Según el último informe del proyecto de investigación PVSITES de Horizonte 2020 de la UE, solo alrededor del 2% de la capacidad fotovoltaica instalada se integró en edificios en 2016. Esta cifra trivial es particularmente llamativa cuando se considera más del 70% del consumo de energía. El dióxido de carbono producido en todo el mundo se consume en las ciudades y entre el 40% y el 50% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero provienen de las zonas urbanas.


Para hacer frente a este desafío de los gases de efecto invernadero y promover la generación de energía in situ, el Parlamento Europeo y el Consejo introdujeron la Directiva 2010/31 / UE sobre el rendimiento energético de los edificios en 2010, cuyo concepto es "Edificios de energía casi nula (NZEB)". La directiva se aplica a todos los edificios nuevos construidos después de 2021. Para los nuevos edificios destinados a albergar instituciones públicas, la directiva entró en vigor a principios de este año.


No se especifican medidas específicas para alcanzar el estatus NZEB. Los propietarios de edificios pueden considerar varios aspectos de la eficiencia energética, como los conceptos de aislamiento, recuperación de calor y ahorro de energía. Sin embargo, dado que el balance energético general de un edificio es un objetivo reglamentario, para lograr el estándar NZEB, la producción de energía activa dentro o alrededor del edificio es esencial.


Potencial y desafío


No hay duda de que la implementación de la energía fotovoltaica jugará un papel importante en el diseño de futuros edificios o en la transformación de la infraestructura de edificios existente. El estándar NZEB será una fuerza impulsora para lograr este objetivo, pero no está solo. La energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) se puede utilizar para activar áreas o superficies existentes para producir electricidad. Por lo tanto, no se requiere espacio adicional para traer másPVen el casco urbano. El potencial de electricidad limpia generada por la generación de energía fotovoltaica integrada es enorme. Como descubrió el Instituto Becquerel en 2016, la participación potencial de la generación de energía BIPV de Alemania en la demanda total de electricidad supera el 30%, e incluso alrededor del 40% para los países más al sur (como Italia).


Pero, ¿por qué las soluciones BIPV siguen desempeñando un papel marginal en el negocio solar? Hasta ahora, ¿por qué rara vez se consideran en proyectos de construcción?


Para responder a estas preguntas, el Centro de Investigación Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Alemania organizó un seminario el año pasado y se comunicó con las partes interesadas en todas las áreas de BIPV para realizar un análisis de necesidades. Los resultados muestran que no es una falta de tecnología en sí.


En el seminario de HZB, muchas personas de la industria de la construcción están implementando proyectos nuevos o de remodelación, y reconocieron que existe una brecha de conciencia en el potencial y las tecnologías de apoyo de BIPV. La mayoría de los arquitectos, planificadores y propietarios de edificios simplemente no tienen suficiente información para integrar la tecnología fotovoltaica en sus proyectos. Como resultado, existen muchas reservas sobre BIPV, como diseño atractivo, alto costo y complejidad prohibitiva. Para superar estos malentendidos obvios, las necesidades de los arquitectos y constructores deben ponerse en primer lugar, y la comprensión de cómo estas partes interesadas ven a la BIPV debe ser el centro de atención.


Función y estilo


BIPV se caracteriza por el hecho de que los módulos solares son una parte integral de la piel del edificio y, por lo tanto, se convierten en un elemento de construcción multifuncional. Además de generar electricidad, el componente ahora también debe asumir otras funciones de la pared exterior del edificio.


La alternativa más conocida a las instalaciones de techo tradicionales son los módulos solares, que se integran funcional y estéticamente directamente en el techo. Por lo tanto, estos componentes no solo pueden generar electricidad, sino que también pueden actuar como techo para proteger contra el viento y la lluvia. Si es visible, en el caso de un techo inclinado, los módulos solares también afectarán la apariencia del edificio. La diversidad de elementos de techo convencionales también requiere elementos activos fotovoltaicos con un alto grado de variabilidad en forma, color y apariencia. Se requieren módulos vidrio-vidrio homogéneos de gran superficie, así como pequeños sistemas, como las tejas, cuya forma y color combinan perfectamente con las tejas convencionales.


Estándares similares también son válidos para los módulos solares utilizados como elementos de pared externos, pero aquí, la calidad estética es particularmente importante. Existen varios tipos de fachadas fotovoltaicas activas. Los módulos solares instalados como fachadas frías ventiladas pueden reemplazar fácilmente los elementos tradicionales de los muros cortina ventilados. Pero la solución también se puede utilizar como un elemento de fachada cálido, por ejemplo, pegándose directamente a la fachada. Además de la impermeabilización, el aislamiento térmico o el aislamiento acústico son otros atributos que pueden proporcionar los elementos fotovoltaicos de fachada activa.


En cuanto a la función estética de los elementos de fachada, ya existen diferentes conceptos en el mercado. Los componentes de color van desde antracita / negro hasta gris, azul, verde, amarillo e incluso"dorado". Por ejemplo, estos colores se pueden lograr utilizando un vidrio frontal especial que contiene una estructura de nano capas. Es importante que la potencia de salida de este tipo de módulo no se reduzca excesivamente. En comparación con el módulo tradicional con cristal frontal transparente, su potencia de salida inicial puede alcanzar más del 80%.


Una alternativa al uso de este vidrio frontal especial es la impresión cerámica. Esta tecnología logra colores uniformes y otra característica que gusta a los arquitectos: la posibilidad de imprimir casi cualquier estructura o imagen en la parte superior del módulo. De hecho, esta función hace que las células solares que componen el módulo sean casi invisibles para el observador. Sin embargo, esta impresión afecta más fuertemente la salida de potencia final. Pero debido a que las células solares son casi completamente invisibles, esta tecnología también se puede aplicar a módulos de cristal de alta potencia, por lo que se puede utilizar como un elemento arquitectónico de alto valor estético y alta potencia.


La tercera técnica para crear elementos BIPV de colores es utilizar láminas de colores. El costo de esta tecnología es menor y, lo que es más importante, permite casi cualquier color. Gracias a esta función, los investigadores del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) pueden desarrollar módulos de células solares blancas. En principio, este tipo de desarrollo puede"activar" una gran cantidad de fachadas blancas convencionales en el mundo.


La integración de células o módulos solares en elementos de sombreado es una forma atractiva de combinar la protección solar y la producción de energía. Por ejemplo, esto se puede lograr utilizando vidrio con una cobertura uniforme y muy fina de material fotovoltaico activo. Las tecnologías de película fina como los semiconductores orgánicos (OPV), CIGS (seleniuro / sulfito de cobre, indio, galio) o silicio de película fina son muy adecuadas para tales aplicaciones.


Alternativamente, si las celdas de silicio cristalino están dispuestas en un patrón en un módulo de vidrio-vidrio o tienen un gran espacio entre las celdas, la translucidez también se puede lograr utilizando celdas de silicio cristalino. Este concepto se utiliza en sistemas de instalación aérea junto con muros cortina de vidrio verticales. También se puede instalar en un dispositivo de sombreado móvil para reducir la luz solar en ciertos momentos del día.


Todos estos métodos demuestran la forma en que los módulos solares BIPV pueden proporcionar funciones adicionales y resolver problemas estéticos, haciéndolos más atractivos para los arquitectos. Sin embargo, en comparación con los módulos de optimización de salida convencionales, también van acompañados de un cierto grado de reducción de la potencia de salida. A pesar de la pérdida de energía, sus ventajas estéticas y funcionales aún los hacen atractivos para la industria de la construcción, y el énfasis de la industria de la construcción en la optimización de la generación de energía se ha reducido en gran medida. En vista de esto, los elementos BIPV deben compararse con los elementos de construcción no eléctricos convencionales.


Cambiar la mentalidad


BIPV se diferencia de los sistemas solares tradicionales para tejados en muchos aspectos. Tradicionalsistemas solares en la azoteano requieren multifunciones, ni consideran la estética. Si se desarrollan productos para su integración en elementos arquitectónicos, los fabricantes deben reconsiderarlo. Los arquitectos, constructores y usuarios de edificios inicialmente esperaban implementar funciones convencionales en la piel del edificio. Desde su punto de vista, la generación de energía es una propiedad adicional. Además, los desarrolladores de elementos BIPV multifuncionales también deben considerar lo siguiente:


Desarrollar soluciones personalizadas rentables para elementos de construcción con energía solar con tamaño, forma, color y transparencia variables;


Establecer estándares y precios atractivos (idealmente se puede utilizar para herramientas de planificación establecidas, como el modelado de información de construcción (BIM);


Integrar elementos fotovoltaicos en elementos novedosos de fachada mediante la combinación de materiales de construcción y elementos generadores de energía;


Alta elasticidad frente a sombras temporales (parciales);


Estabilidad a largo plazo y estabilidad a largo plazo y degradación de la potencia de salida, y estabilidad a largo plazo y degradación de la apariencia (como la estabilidad del color);


Desarrollar conceptos de monitoreo y mantenimiento para adaptarse a las condiciones específicas del sitio (considerar la altura de instalación, reemplazar módulos o elementos de fachada defectuosos);


Y cumpla con los requisitos legales de seguridad (incluida la protección contra incendios), la ley de construcción, la ley de energía y otros requisitos legales.


El tema del cumplimiento normativo es un desafío para todas las partes interesadas. Los códigos y regulaciones de construcción en la industria de la energía generalmente dependen en gran medida de las regulaciones locales. No solo son diferentes de un país a otro, sino que a menudo se desvían significativamente entre sí en diferentes estados, ciudades e incluso comunidades locales. Sin embargo, no solo es necesario adaptarse a la industria de la energía solar.


La industria de la construcción debe ser consciente de su responsabilidad con la sociedad en su conjunto. Tanto los proyectos de nueva construcción como los de renovación deben considerar explícitamente el consumo de energía y la generación de energía en el sitio. Los arquitectos y el personal de construcción deben estar dispuestos a utilizar nuevos materiales y elementos que proporcionen funciones adicionales de generación de energía. También deben aceptar los cambios en su proceso de planificación regular, porque los aspectos eléctricos deben considerarse en la etapa de concepto.


Estrechando la brecha


La integración de la generación de energía fotovoltaica en los edificios es un desafío para todas las partes interesadas. No solo existen conocimientos sobre tecnología y posibilidades, sino que también existen brechas entre culturas. Para salvar estas brechas, se debe construir un puente entre el mundo de la construcción y el mundo de la energía. El desafío debe ser gestionado por todos: arquitectos y planificadores; fabricantes de materiales y componentes; y departamentos de investigación y desarrollo. Estos desafíos suelen ser nuevos desafíos para todos los participantes y se ven afectados por los prejuicios existentes. Estos son desafíos multifacéticos y, en esencia, solo se pueden abordar juntos después de aceptar un cambio de pensamiento.






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