El impacto de la BIPV en edificios altos

Investigadores españoles han simulado el efecto que tendrá la fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) sobre el consumo energético y la economía de los edificios de oficinas de gran altura en el área mediterránea.

Presentaron tres escenarios diferentes de integración de la fotovoltaica integrada en edificios para el edificio GESA, un edificio de oficinas construido en la década de 1960 en Palma de Mallorca, en el archipiélago meridional español de las Islas Baleares.

“A pesar de su carácter icónico y protegido, el edificio GESA lleva varios años abandonado, por lo que requiere una rehabilitación que también actualice su piel a los estándares actuales de eficiencia energética”, explican los científicos. “La ineficiente envolvente, la ubicación (aislado y en un clima soleado) y la representatividad de una tipología de edificio de oficinas lo convierten en una buena referencia para estudiar el impacto de la rehabilitación con BIPV”.

Mediante el software de simulación TRNSYS, utilizado habitualmente para simular el comportamiento de sistemas renovables transitorios, el grupo simuló el impacto de la BIPV tomando como referencia una planta representativa. Al igual que en el edificio físico, entre los parámetros insertados se encuentra la estructura del muro cortina del edificio GESA, que está compuesto en un 77% por ventanas semitransparentes y en un 23% por zonas opacas sin ventanas. Como el edificio, aunque abandonado, está protegido por una comisión local de patrimonio, el diseño de la fachada tiene que mantener sus características originales.

El escenario de referencia se basó en la ventana de doble acristalamiento Parsol Bronze existente. Se comparó con otros cuatro escenarios, uno sólo con ventanas de control solar; el segundo con ventanas de control solar y módulos BIPV en la zona opaca; el tercero sólo con ventanas BIPV transparentes; y el cuarto con ventanas BIPV y módulos BIPV opacos en las zonas no transparentes.

“Los datos de la fotovoltaica transparente utilizados en este estudio se basan en un prototipo actualmente en desarrollo, por lo que hay margen para mejorar las propiedades térmicas, ópticas y eléctricas para adaptarlas mejor a las necesidades del edificio, así como para aumentar la eficiencia de conversión de la fotovoltaica”, subraya el grupo de investigación.

Según los resultados, el consumo final de energía en el caso de referencia existente se simuló en 51,3 kWh/m2. En el caso de sólo ventanas de control solar, este valor alcanzó los 45,8 kWh/m2, con resultados muy similares con la adición de BIPV opaco. Sin embargo, en este caso, el edificio podrá utilizar 5,8 kWh/m2 y exportar 2,6 kWh/m2 a la red.

En el caso de que sólo haya ventanas BIPV transparentes, el consumo de energía será mayor, ya que ese módulo bloqueará más la radiación solar y, por tanto, provocará una mayor demanda de calefacción e iluminación. En total, ese sistema requerirá 49,8 kWh/m2, consumiendo 5,1 kWh/m2 y exportando 2,2 kWh/m2. En el caso de utilizar BIPV de ventana y BIPV opaco, la demanda alcanzará los 47,6 kWh/m2, mientras que el autoconsumo se llevará 10,9 kWh/m2 y se exportarán 5 kWh/m2 a la red.

“Los resultados muestran el potencial de las soluciones BIPV para mejorar el balance energético del edificio. La fotovoltaica transparente redujo la demanda energética en un 6,9% y el balance energético total en un 21%”, añaden los científicos. “La fotovoltaica opaca mejoró aún más los resultados de las dos soluciones de sistemas de acristalamiento, mejorando el balance energético hasta el 28,1% y el 38,3% con las soluciones de control solar y fotovoltaica transparente, respectivamente”.

Los investigadores también realizaron un análisis económico que, según afirman, demuestra la “relevancia de los sistemas de tarificación de la electricidad en la promoción de la BIPV”. Los componentes y el coste de instalación de los mismos se obtuvieron en su mayoría de una base de datos de materiales de construcción, mientras que el coste del prototipo de ventana BIPV se asumió en 200 euros (210,65 dólares)/m2.

Se estudiaron dos niveles de tarifas. El primero se basa en las tarifas y la demanda españolas actuales, mientras que el segundo supone una alta penetración de la fotovoltaica en la red nacional. En este caso, la carga neta de la fotovoltaica de alta penetración presenta un precio muy bajo. Otra variable fue la compensación por la electricidad vendida a la red por el edificio, que estimaron en el 0%, el 30% o el 100% del precio de la electricidad.

Actualmente, el 30% del precio de la electricidad es el valor típico de exportación en España. Bajo este supuesto, con el perfil de precios actual, el tiempo de amortización descontado para control solar será de 24 años, para control solar y BIPV opaco será de 14 años, para BIPV de ventana únicamente será de más de 50 años, y la combinación de ambas tecnologías BIPV resultará en un tiempo de amortización de 24 años. En el supuesto de una alta penetración fotovoltaica y un precio de la electricidad del 30%, sin embargo, el tiempo de amortización en todos los sistemas puede superar los 50 años.

“El menor precio medio de la electricidad y, lo que es más importante, el momento de la generación en el escenario de ‘alta fotovoltaica’ explican los periodos de amortización significativamente peores”, concluyen.

Sus conclusiones están disponibles en el artículo “Impact of building integrated photovoltaics on high rise office building in the Mediterranean” (Impacto de la fotovoltaica integrada en edificios de oficinas de gran altura en el Mediterráneo), publicado en Energy Reports, que también incluía una evaluación económica. El grupo de investigación estaba formado por académicos de la Universidad Politécnica de Cataluña y del Instituto de Investigación en Energía de Cataluña.