Desarrollo de nuevos modelos para la fotovoltaica integrada en edificios (bipv) en ciudades sostenibles

Resumen

La Integración Fotovoltaica en Edificios, más conocida como Building Integrated Photovoltaics (BIPV), consiste en reemplazar elementos constructivos como cubiertas, fachadas, ventanas, entre otros, por módulos solares fotovoltaicos. Su implementación a medio plazo es de vital importancia para garantizar la construcción de “Edificios de Energía Cero” (Zero Energy Buildings). Para permitir tal desarrollo, resulta vital promover la investigación en técnicas, modelos y estimación del recurso solar disponible. Por otra parte, a nivel mundial todavía es muy incipiente la regulación técnica que orientada hacia la optimización del rendimiento energético en BIPV. En este trabajo de investigación se crearon nuevos modelos, herramientas y propuestas de normas técnicas para ser implementadas en proyectos que involucren BIPV en ciudades sostenibles. En la primera parte, se aborda la predicción de la energía generada por un sistema de BIPV. Como resultado de la investigación se desarrolló y validó una nueva expresión matemática, que puede ser usada en países ubicados en latitudes menores a 20 grados. Esto se logró mediante un análisis exhaustivo en diversas ciudades, de las pérdidas angulares, pérdidas por polvo, las pérdidas por temperatura, y las pérdidas de conversión DC-AC. El modelo obtenido permite estimar el Performance Ratio (PR) contando únicamente con 4 valores de entrada: La temperatura ambiente promedio de la localidad, la latitud, la inclinación, y la orientación del plano del módulo fotovoltaico. La ecuación tiene un alto grado de precisión, confina más de 40 ecuaciones en una sola, y su resultado es equivalente a realizar una simulación compleja, mediante un procesamiento computacional que implica más de 20.000 cálculos. En la segunda parte se propuso una metodología para formular normas técnicas internacionales para la BIPV. El objetivo de esta normativa es establecer valores máximos permitidos para las pérdidas por sombreado y orientación en proyectos de BIPV, tomando como punto de partida a España. Así mismo, se realizó el caso de estudio para ciudades de Colombia, mediante un análisis comparativo. Finalmente, se propone una metodología para la pre-clasificación de fachadas en edificios potencialmente útiles para usarlas en BIPV. Esta metodología se basa en la cantidad de irradiación solar que incide anualmente sobre la superficie. Así mismo, se propone la asociación a un sistema de código de colores similar al usado en eficiencia energética de equipos, según el sistema de letras A-G. Mediante la integración de los modelos encontrados se propuso un procedimiento a usar como paso inicial en el proceso de diseño y dimensionado de proyectos BIPV, antes de calcular el potencial completo. Por lo tanto, facilitará el trabajo de arquitectos e ingenieros en ciudades sostenibles.