Integración de tecnología solar fotovoltaica en elementos constructivos de la edificación, BIPV

El pasado mes de noviembre de 2019, Tecnalia organizó una jornada sobre integración de energía fotovoltaica en edificación orientada a fabricantes, diseñadores, arquitectos e instaladores de elementos BIPV. Los desarrollos presentados en esta jornada se han realizado en el marco del proyecto PVSITES; ´Building-integrated photovoltaic technologies and systems for large-scale market deployment´.

BIPV.

La integración fotovoltaica en edificios aporta un valor añadido a estos ya que no solamente ofrece la electricidad que genera, sino que además dota al edificio de otro tipo de prestaciones como son por ejemplo el aislamiento térmico, aislamiento acústico, control solar y un acabado estético entre otros. La integración de instalaciones fotovoltaicas en edificios (BIPV) consiste en la colocación de los módulos fotovoltaicos como si se tratara de un material de construcción convencional.

Para alcanzar los nuevos objetivos EU en materia de emisiones, eficiencia energética y energías renovables, existe la necesidad urgente de, al menos, duplicar las tasas actuales de renovación de edificios (que siendo del 0,4-1,2% son demasiado bajas), de realizar renovaciones más profundas, basándose en avances en la legislación, normativas, tecnologías innovadoras, nuevos modelos de negocio, y el desarrollo de nuevas habilidades y competencias. Para crear un impacto significativo, las soluciones innovadoras deben ir más allá de los diseños de edificios de energía casi cero actuales; así mismo debe demostrarse la viabilidad de los denominados distritos ´energy+´ en diferentes regiones climáticas y contextos económicos, abarcando la gestión integrada de temas ambientales relacionados (como el agua y los residuos).

Participación de las energías renovables en el consumo final de energía. 2017.

Para el fortalecimiento del liderazgo de la UE en materia de energías renovables se piensa en acelerar el desarrollo de soluciones que utilicen energías renovables para edificios, como la fotovoltaica integrada para la generación de energía y el uso de tecnologías renovables para la calefacción y refrigeración, permitiendo la construcción masiva de edificios con balance energético casi nulo, junto con una mayor Investigación sobre la optimización y la reducción de costes de la generación de energía renovable.

Estos productos se definen en la norma EN 50583: “Fotovoltaica en edificios - Parte 1: módulos BIPV. Construcción de energía fotovoltaica integrada - BIPV forma un componente de construcción que proporciona una función tal como se define en la Directiva Europea de Productos de Construcción (CPD 89/106 / EEC). (El desmontaje de los módulos fotovoltaicos lleva a su sustitución por un componente de construcción apropiado) ”.

Modelización.

En el sistema BIPV, los sistemas fotovoltaicos se consideran integrados en el edificio si los módulos fotovoltaicos que utilizan cumplen los criterios para los módulos BIPV definidos en la norma EN 50583-1 y, por lo tanto, forman un producto de construcción que proporciona una función tal como se define en el CPR del Reglamento Europeo de Productos de Construcción 305/2011).

Es decir. los productos BIPV permiten la posibilidad de combinar la producción de energía eléctrica con la funcionalidad propia de los elementos constructivos tradicionales de la envolvente del edificio.

Entre las tecnologías/ productos clave de módulos BIPV presentados en la jornada, encontramos los de:

• Vidrio - soluciones de vidrio c-Si (Onyx) y CIGS curvo (colaboración con Flisom)
• CIGS flexibles sobre sustratos metálicos (Flisom)
• Soluciones semitransparentes de baja concentración - control solar pasivo BIPV (Tecnalia – Onyx)

Para el inicio del proceso de su diseño es importante el informe del cliente. El arquitecto realizará su diseño en base al resumen del cliente, la ubicación y la regulación. Para el informe inicial el arquitecto debe hacer un balance de energía y calcular desde el principio cuánta fotovoltaica se requiere y se necesitan más detalles sobre el uso del sistema fotovoltaico.

El diseño conceptual es la fase más crítica del proceso de diseño para aplicar BIPV. El arquitecto tiene que hacer propuestas de diseño sobre cómo integrar el sistema fotovoltaico. ¿Será un sistema sobre tejado o un sistema de fachada? Si el sistema fotovoltaico no se decide en el diseño conceptual, será más complicado hacerlo en la siguiente etapa del diseño. Integrar la fotovoltaica en el edificio (BIPV) a posteriori, puede implicar grandes cambios de diseño o quedar mal diseñado. El costo de BIPV puede ser mayor si hay muchos cambios en el diseño inicial o si se necesitan módulos fotovoltaicos hechos a medida.

La superficie para BIPV (techo o fachada) debe coincidir con las dimensiones del sistema FV. En esta etapa, el diseño se puede ajustar fácilmente. Primero, el arquitecto utilizará algunas reglas generales para conocer aproximadamente la superficie de BIPV que se necesita. Después de que el diseño del concepto se dibuja en 2D o 3D, se pueden hacer cálculos de energía (software PVSITES); estos tienen que coincidir con el balance de energía y los requisitos del informe inicial. Por último, se debe reservar un espacio lógico para inversores en el edificio.

Algunos consultores se convierten en parte del equipo en el diseño conceptual, otros se unirán en el diseño preliminar. En esta etapa, el diseño se hará definitivo, se elegirán los materiales, se realizarán detalles técnicos y una descripción, se realizarán cálculos de costos y el cliente solicitará el permiso de construcción.

En el proceso, primero se seleccionan los módulos e inversores por el consultor eléctrico. Este puede ser el contratista principal, instalador, proveedor o también el fabricante. Es preferible contar con el contratista principal en el proceso de diseño y hacer que el sistema BIPV sea parte del diseño total del edificio dado que la responsabilidad del sistema recae en el contratista principal. Si el sistema BIPV se realiza con una oferta separada (no siendo lo más idóneo), la responsabilidad será del cliente, el proveedor o el instalador. En esta situación, se necesita una discusión muy clara sobre las responsabilidades entre las partes para evitar problemas futuros en caso de daño o disfunción del sistema. En esta etapa, toda la información debe estar disponible y clara. Se necesitan más detalles y se necesitan dibujos de producción para cada subcontratista. No se permiten cambios en esta etapa y, si ocurren, puede ser costoso.

Los proveedores serán preseleccionados en base a referencias. Los documentos de licitación se enviarán a proveedores seleccionados. Después de la licitación, las cotizaciones serán revisadas y comparadas. Se seleccionará un proveedor final y se realizará un contrato. El arquitecto representará al cliente y controlará al contratista principal.

Durante la construcción, el arquitecto controlará el trabajo en el sitio. El arquitecto también verificará si los materiales utilizados son conformes a los contratos. Después de que el contratista principal o el subcontratista terminen el trabajo, se probará el sistema BIPV.

A medida que el proceso de diseño avance paso a paso hacia la construcción, la influencia en el diseño será menor, mientras que cada cambio será más costoso

Fachada ventilada BIPV en edificio de oficinas de Tecnalia en San Sebastián.

La fachada fotovoltaica en un edificio de oficinas de Tecnalia en San Sebastián es un ejemplo real de una fachada ventilada semitransparente con integración de elementos fotovoltaicos: deja pasar parcialmente la luz y mejora las condiciones de temperatura del interior del edificio. Esta se ha integrado en un edificio cuya singular geometría ha requerido un especial esfuerzo tanto de diseño (integración arquitectónica), como de instalación. Se optó por una fachada ventilada con tecnología mono cristalina back contact (células de contacto trasero).

Este proyecto europeo coordinado por Tecnalia y en el que participan 15 instituciones de diferentes países busca impulsar la tecnología BIPV para un despliegue a nivel mercado liderado por la industria de la UE. Esto se logrará mediante la identificación y abordando los requisitos comerciales / de mercado de BIPV, a través de ejemplos demostrativos en edificios reales (TRL5 a TRL6-7) una ambiciosa cartera de soluciones BIPV en términos de diseño y simulación, integración arquitectónica, rendimiento, rentabilidad, integración de red, gestión de energía, LCA, capacitación y sensibilización.

Proyecto PVSITES.

Así mismo busca una mayor flexibilidad de diseño, valor estético excepcional, multifuncionalidad y rentabilidad, asistencia para la fase de diseño a través de la simulación conjunta de productos BIPV y la eficiencia energética del edificio. Se busca una generación BIPV rentable más predecible, manejable y amigable que dé más confianza en las soluciones BIPV a través de la incorporación efectiva en edificios reales.