Sistemas solares innovadores basados en membranas poliméricas combinadas con tecnologías fotovoltaicas orgánicas para integración arquitectónica

Resumen

El objetivo de la presente tesis es desarrollar un sistema fotovoltaico para ser integrado arquitectónicamente que, basado en membranas poliméricas y células orgánicas semitransparentes, promueva la consecución de edificios más eficientes mediante la generación de electricidad, el control lumínico y la mejora de la eficiencia energética de los cerramientos semitransparentes. Los sistemas solares integrados en edificios representan unos elementos que cumplen una doble función. Por un lado actúan como elemento constructivo y por el otro son elementos generadores. Esta ambivalencia les posición como imprescindibles para cumplir los requisitos establecidos por la comisión Europea en materia de eficiencia energética en edificios. El sistema objeto de la tesis pueden ser incluido en zonas que requieren un material translucido o transparente como son ventanas, tragaluces o cualquier cerramiento transparente. Normalmente, los elementos translucidos que encontramos en la construcción de edificios están basados en vidrio, aunque existen otros materiales que pueden ofrecer prestaciones similares como son los polímeros. Un polímero con unas propiedades muy adecuadas para esta aplicación es el etileno tetrafluoroetileno (ETFE). La integración de sistemas fotovoltaicos en elementos translucidos exige la necesidad de cierta semitrasnparencia, este hecho ha propiciado que en los últimos años sea una propiedad muy estudiada en este campo de la física. Para explorar estos avances se ha realizado una revisión de las tecnologías fotovoltaicas semitransparentes. Se seleccionó la tecnología fotovoltaica orgánica (OPV) para integrarla conjuntamente con el ETFE, ya que los avances logrados en investigaciones previas muestran que es la tecnología más avanzada y prometedora para este fin. Para llevar a cabo el análisis del nuevo sistema ETFE/OPV se ha realizado una caracterización de los diferentes materiales para determinar su comportamiento lumínico y eléctrico. La caracterización lumínica del ETFE y de las OPVs se ha realizado midiendo sus propiedades ópticas para un espectro ancho de hasta 50 μm, obteniéndose las principales características ópticas. Referente a las OPVs, se ha realizado una caracterización eléctrica en condiciones reales de operación, no solo para determinar su eficiencia sino también su estabilidad. A partir de aquí, se ha podido realizar un modelo y simulación dinámica de un sistema ETFE/OPV plano que permite ver el grado de aportación energética, la influencia en la demanda térmica y la afectación en el confort lumínico al ser integrado como cerramiento translucido. Finalmente, partiendo de las propiedades ópticas, se ha realizado un modelo numérico que permite determinar el comportamiento térmico y eléctrico de las OPVs incorporadas en sistemas cojín multicapa de ETFE.