El reciente y previsible crecimiento de la fotovoltaica sobre cubierta es una buena noticia desde el punto de vista de la generación de energía renovable: el autoconsumo se duplicó en España en 2021 con 1.151 MW, según APPA, y la Hoja de Ruta del Autoconsumo del Miteco tiene el objetivo de alcanzar los 9 GW en 2030, cifra ampliable a 14 GW en el escenario más optimista.
No obstante, el crecimiento de la fotovoltaica en entornos urbanos también introduce cuestiones apremiantes: los paneles fotovoltaicos alteran y se ven afectados por su entorno local, en términos de temperatura ambiente, flujo radiante dependiente de la longitud de onda, sombra de los paneles por las estructuras cercanas y sombra proporcionada por los paneles a los habitantes que se encuentran debajo, según un reciente estudio.
El artículo “Photovoltaics in the built environment: A critical review”, publicado en Energy and Buildings, revisa la investigación sobre los mecanismos de retroalimentación entre la producción de energía fotovoltaica y el entorno urbano, al tiempo que señala las limitaciones, e incluso los errores, de la literatura sobre este tema.
La revisión por parte de los autores de cómo el entorno urbano afecta al rendimiento de los sistemas fotovoltaicos o cómo los sistemas fotovoltaicos afectan a su entorno urbano da arrojado 116 artículos únicos. El autor principal de la revisión, David Sailor, de la Universidad Estatal de Arizona (EE UU), afirma que, aunque el entorno urbano puede afectar negativamente a la producción de energía de las instalaciones fotovoltaicas, la presencia de sistemas fotovoltaicos también puede afectar a varios aspectos clave del entorno urbano. En concreto, los sistemas fotovoltaicos afectan a la temperatura del aire urbano, al consumo energético de los edificios y a la provisión de sombra.
Calentamiento diurno
Respecto al primer punto, el artículo señala que “múltiples estudios han demostrado que las instalaciones fotovoltaicas a gran escala pueden calentar el aire durante el día en varios grados C, mientras que pueden enfriar el aire por la noche. Esto se debe en gran medida al hecho de que los paneles fotovoltaicos tienen muy poca masa térmica, por lo que convierten gran parte del exceso de energía solar absorbida en un calentamiento convectivo del aire circundante”, explica.
Los investigadores ya habían realizado mediciones dentro y alrededor de una instalación fotovoltaica en el desierto, y luego en una zona no muy lejana. A 1,5 m de distancia de la instalación fotovoltaica, la temperatura era aproximadamente 1,3 °C más cálida que en el lugar no fotovoltaico. “Por la noche no encontramos casi ningún efecto. Por tanto, nuestros estudios de observación nos llevaron a concluir que las instalaciones fotovoltaicas tienen, de hecho, este efecto de calentamiento durante el día, mientras que por la noche el efecto puede ser muy pequeño o insignificante y difícil de medir”, explican.
Los científicos apuntan que la fotovoltaica montada en el tejado inhibirá el enfriamiento por onda larga de la superficie del tejado por la noche en épocas cálidas, lo que supone un mecanismo para aumentar las cargas de aire acondicionado, especialmente en los climas urbanos. “Del mismo modo, podría haber una penalización por la calefacción en invierno cuando se desea que la radiación solar llegue a la superficie del edificio, pero los paneles fotovoltaicos están dando sombra al edificio”, dicen.
Un 20% de diferencia de producción entre campo y ciudad
Otro aspecto interesante es que el despliegue de sistemas fotovoltaicos instalados en un entorno urbano puede afectar negativamente a la eficiencia de la energía fotovoltaica, reduciendo la producción total de energía hasta un 20% en comparación con las aplicaciones fotovoltaicas en entornos rurales. “Se recomienda que los futuros desarrollos de las tecnologías fotovoltaicas se centren tanto en el aumento de la eficiencia como en la necesidad de aumentar la reflexión de las longitudes de onda de la energía no convertida en electricidad por las células fotovoltaicas”, recalca el artículo.
La contaminación atmosférica puede reducir aún más la producción de energía de las instalaciones fotovoltaicas entre un 5 y un 15%. Los estudios muestran que la deposición de partículas finas, notable en entornos urbanos muy contaminados, puede reducir la producción de energía fotovoltaica más que las partículas gruesas.
“Me imagino combinando algunas de estas innovaciones en la ciencia de los materiales con nuestros desarrollos convencionales de fotovoltaicos y creando una nueva generación de lo que podríamos llamar ‘fotovoltaica fría’. Es decir, paneles fotovoltaicos que quizás sean tan eficientes como nuestra actual generación de fotovoltaicos, pero que sean mucho más eficientes térmicamente, de modo que funcionen mucho más fríos”, dice Sailor.
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