Un grupo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) ha analizado el potencial de autosuficiencia fotovoltaica de los edificios residenciales en ocho barrios de la ciudad de Madrid.
Los barrios se eligieron con la intención de determinar el impacto de las características urbanas y de los edificios a la hora de satisfacer el consumo de electricidad a través de sistemas fotovoltaicos en los tejados.
El resultado de la investigación se recoge en “Photovoltaic self-sufficiency potential at a district scale in Madrid. A scalable methodology”, que se publicará próximamente en Energy and Buildings.
Para calcular el potencial de autosuficiencia, definido como la relación entre la electricidad fotovoltaica generada y la electricidad total consumida, se evaluaron la generación y el consumo de electricidad anual para cada edificio residencial. La evaluación de la generación de electricidad se realizó utilizando catastros solares generados a través del modelo de Energía Solar en envolventes de edificios en QGIS (Sistema de Información Geográfica Quantum), datos LiDAR (detección y localización de la luz), y TMY (año meteorológico típico) para cada barrio. Además, se hicieron suposiciones sobre las principales características de los sistemas fotovoltaicos para garantizar su representatividad dentro del sector fotovoltaico.
El consumo eléctrico se estimó analizando los valores de consumo definidos por el IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la energía), los de Eurostat en el informe «Consumos del Sector Residencial en España», además de algunas de las fórmulas empleadas en el artículo de investigación “How to Achieve Positive Energy Districts for Sustainable Cities: A Proposed Calculation Methodology”, publicado en 2021 en la revista Sustainability.
Los valores de consumo se obtienen calculando el consumo de energía eléctrica debido a la iluminación y a los electrodomésticos en una vivienda tipo de 100 m2, excluyendo el consumo para calefacción, refrigeración y agua caliente.
Las necesidades específicas de iluminación de una vivienda tipo se definen en 5 kWh/m2, mientras que el equipamiento medio de una vivienda de los metros cuadrados definidos es un frigorífico, dos televisores, una lavadora, un lavavajillas y un ordenador. En conjunto, estos aparatos suman un consumo de 2137 kWh por cada 100 m2 de vivienda, lo que equivale a 21,40 kWh/m2. La suma de estas dos cifras al consumo medio por metro cuadrado arroja un valor de 26,40 kWh/m2.
No obstante, el estudio no considera el consumo eléctrico de refrigeración, calefacción o movilidad. La creciente utilización de bombas de calor y aire acondicionado eléctrico, junto con la electrificación del transporte, dará como resultado un mayor consumo de electricidad en los hogares, lo que reducirá el potencial de autosuficiencia.
Diferencias del 40% en función de la zona
Los resultados indican que, en zonas compuestas por viviendas unifamiliares o edificios de poca altura, el potencial de autosuficiencia supera el 70%. Por el contrario, las zonas urbanas con edificios de gran altura presentan un valor de autosuficiencia de aproximadamente el 30%. Este valor más bajo se puede atribuir a la considerable altura de los edificios, lo que se traduce en un mayor consumo de energía dentro de las viviendas y una superficie disponible para la instalación fotovoltaica que la hace insuficiente para cubrir las necesidades energéticas de todos los habitantes.
En los centros históricos se observa una mayor dispersión del potencial de autosuficiencia, con valores que oscilan entre el 10% y el 90%. Esta variabilidad se atribuye a la menor uniformidad del tejido urbano, lo que requiere análisis más detallados a escala de edificación.
Asimismo, de acuerdo con la investigación, sigue existiendo un potencial interesante para la generación fotovoltaica que merece una mayor investigación. “En los centros urbanos, que a menudo están protegidos por legislación protectora debido a su importancia histórica, los sistemas BIPV son una herramienta crucial para armonizar la generación fotovoltaica distribuida con la conservación de la esencia arquitectónica e histórica del entorno construido”, explican los autores.
Los autores recalcan que los análisis se han realizado comparando la generación y el consumo anuales. Aunque este enfoque es valioso para estimar el potencial global de generación de energía fotovoltaica, no puede reproducir el comportamiento en tiempo real de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, donde el equilibrio entre generación y consumo es instantáneo. De hecho, los perfiles de consumo energético típicos de los edificios residenciales dan lugar a índices de autoconsumo del 20-40% en sistemas fotovoltaicos sin almacenamiento. Para realizar un análisis más exhaustivo, sería necesario tener acceso a las curvas diarias de generación y consumo de cada edificio con una resolución horaria, o incluso mejor, con una resolución de unos pocos segundos, lo que optimizaría el dimensionamiento de las instalaciones para potenciar el autoconsumo.
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