La envolvente fotovoltaica en la arquitectura. Análisis de la reformaenergética de la fachada Schott Ibérica. Análisis comparativodiferentes soluciones de integración fotovoltaica en una obra deampliación

Tras este título tan largo se esconde mi Trabajo Fin de Carrera.
El objeto del trabajo es el estudio de la energía fotovoltaica y las diferentes formas de integración en la envolvente del edificio, para ello se divide el trabajo en tres grandes bloques, el primero explica desde un punto de vista teórico que es la energía fotovoltaica y los fundamentos en los que se asienta, así como las distintas opciones de integración de los paneles en la envolvente del edificio, en el segundo se analiza un ejemplo de rehabilitación en donde se integran los paneles fotovoltaicos en la fachada del edificio sede de la empresa Schott Ibérica en Sant Adrià de Besos (Barcelona) y por último se realiza un análisis de diferentes soluciones constructivas de integración fotovoltaica para una vivienda de construcción tradicional.
La primera de ellas, consiste en una amplia introducción teórica, va desde la explicación del efecto fotoeléctrico hasta la explicación de las diferentes soluciones constructivas que incluyen la integración de paneles fotovoltaicos.

1.1 FUNDAMENTOS DE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA: El efecto fotoeléctrico, la célula solar, tipos y características, el módulo fotovoltaico, tipos y características y sus tipos, interconexión de paneles.

1.2 CRITERIOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICA: Características energéticas de la radiación solar, factores de pérdidas.

1.3 COMPONENTES DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA: Módulo fotovoltaico, baterías, tipos y características, regulador de carga, tipos y características, inversor, tipos y características, equipo de medida, elementos optimizadores de acoplamiento, elementos de protección, tipos y características.

1.4 INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA: Posibilidades de diseño, características de módulos de silicio cristalino en edificios, características de módulos de silicio amorfo en edificios, características de módulos de lámina delgada en edificios. Diferentes sistemas de integración: sistemas de fachada ventilada, muros cortina tradicionales,    muros cortina modulares, lamas y parasoles, cubiertas y lucernarios, otras soluciones, barandillas, pérgolas, solado, toldos solares,     pintura solar, panel solar hibrido.

1.5 LEGISLACIÓN: Proceso administrativo para la conexión a la red, Código técnico de la edificación.

La segunda, el análisis constructivo de la reforma realizada sobre la fachada de la sede Schott Ibérica.

El proyecto de reforma consistió en la mejora energética del cerramiento de la caja de escaleras. Se sustituyo el cerramiento existente en U-glass por un muro cortina de trama horizontal, con vidrio de doble acristalamiento y módulos fotovoltaicos integrados, junto con la ampliación del vestíbulo, consiguiendo la optimización y mejora de las condiciones climáticas y energéticas en el edificio.

Para el análisis se estudió y describió la edificación existente, climatología del lugar, características del U-glass y se definió una metodología de actuación (análisis de temperaturas, análisis de asoleamiento y una propuesta de actuación con los datos obtenidos).  Por último se realiza una análisis del sistema constructivo de muro cortina con la integración de paneles fotovoltaicos, sus características, estudios de producción, procesos de ejecución, etc.

La tercera parte, última y más importante, consiste en un análisis comparativo diferentes soluciones de integración
fotovoltaica en una obra de ampliación.

Para ello se ha definido una clara metodología de trabajo consistente en la definición el objeto de estudio, en nuestro caso una vivienda unifamiliar que se desarrolla en dos plantas, y que nos proporciona los datos iniciales de ubicación, volumetría, características constructivas, datos urbanísticos, etc.

Se ha realizado un levantamiento gráfico de la vivienda, presentando plantas, alzados, secciones y detalles que definen la estructura y estado arquitectónico en el que se encuentra el edificio en la actualidad.

Sobre este objeto, se trabajará con la idea de levantar una nueva planta, ampliando la superficie construida, y consiguiendo una mayor y más optima superficie para colocar los módulos fotovoltaicos. La superficie de fachada se ampliara al máximo permitido por la normativa y se jugará con diferentes inclinaciones de cubierta para obtener la mejor solución en cada caso particular.

Para ello, se también se define la meteorología del lugar, la orientación e inclinación de las superficies captadoras, y se explicará cada una de las propuestas de intervención.

3.1 DEFINICIÓN DE LAS SOLUCIONES A ESTUDIAR

Se estudiará la implantación de paneles fotovoltaicos integrados en cubierta inclinada y en la fachada.

Para las diferentes soluciones de cubierta se ha tratado de mantener una base común a todas ellas y modificar los mínimos elementos (Superposición de modulos fotovoltaicos, cubierta con teja fotovoltaica, cubierta inclinada con modulo fotovoltaico integrado, cubierta panel sándwich, lucernario, cubierta plana con lamina impermeabilizante y cubierta plana con losa filtrón), los más representativos para cada solución particular, para obtener de este modo parámetros de análisis más afines y fiables. Se compara de cada solución dos inclinaciones, una la óptima para la producción de energía solar, según su latitud, de 31º, y otra, más común para el lugar de estudio, de 20º. Además de las soluciones de cubierta plana.

Para las fachadas, se proponen las soluciones de fachada ventilada y muro cortina. En el caso de la fachada ventilada, ésta se puede implementar a toda la superficie de fachada existente, tanto a la nueva superficie como a la anteriormente existente. En cambio, para el muro cortina, solo podemos implementarlo al nuevo volumen generado, pues la anterior superficie se mantiene en el estado original.

De todas las soluciones propuestas se han realizado los detalles constructivos, especificando las características constructivas típicas y el modo de integración de los paneles en cada solución, comparativa de los módulos existentes en el mercado, proceso de ejecución, estudio energía producida para las diferentes inclinaciones, resumen presupuesto de cada soluciones e inclinación, resumen análisis económico de cada solución.

3.2 ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

Una vez definida la solución a estudiar, se ha estimado la producción de energía del sistema fotovoltaico, con simulaciones realizas con el programa PVSyst 5.14, desarrollado por la Universidad de Ginebra, y que nos indica la producción anual de energía que sería capaz de generar el sistema implementado, basándose en los principios teóricos explicados en la primera parte de este trabajo.

Este programa es completamente configurable por el usuario y nos proporciona datos estimativos sobre la producción de energía eléctrica que es capaz de generar la instalación fotovoltaica que le definamos. Para ello, el programa permite delimitar multitud de variables que afectan, en mayor o menor medida, a la producción fotovoltaica del sistema.

Para nuestro interés, utilizaremos los parámetros estándar del programa modificando los más importantes para nuestro objeto de estudio, como son: los datos meteorológicos de nuestra ubicación; orientación e inclinación del campo fotovoltaico integrado; definir el sistema fotovoltaico y todos sus elementos singulares, número y tipo de módulos fotovoltaicos, baterías, inversores, reguladores de carga, etc.; sombreamientos; perdidas; etc..

Con todos los parámetros que definimos en el programa, este nos devolverá un informe con la producción anual de energía que sería capaz de generar nuestra instalación, indicando kWh/año generados, tanto por ciento de pérdidas desglosadas, rendimiento de la instalación, etc.

3.3 PRESUPUESTO DE EJECUCIÓN

Una vez definidas las características constructivas y eléctricas de cada solución, podemos realizar un presupuesto desglosado, desarrollando la obra de albañilería, con materiales, medios auxiliares, mano de obra, etc.; la instalación eléctrica, con todos sus elementos; y los gastos de tramitación administrativa de la instalación fotovoltaica. Los datos referido a precios de materiales, rendimientos, mano de obra, etc., han sido obtenidos de la base de precios centro, PREOC 2009, y de los fabricantes y distribuidores de módulos fotovoltaicos.

3.4 ANÁLISIS ECONÓMICO

Con estos dos últimos datos generados, producción eléctrica y coste total de la obra, se ha realizado un estudio de viabilidad económico de cada solución, calculando los datos esperados de la inversión, los gastos de explotación, los ingresos previstos de la instalación, todo ello expuesto en una cuenta de resultados y en flujos de caja, con ingresos y gastos estimados durante la vida útil de la instalación, 25 años. Con todo ello podemos calcular los conceptos económicos denominados T.I.R. (Tasa Interna de Retorno de la inversión) y V.A.N. (Valor Actual Neto) de cada solución, con lo que obtenemos otros datos comparativos como son el periodo de amortización de la inversión, los beneficios obtenidos en la vida útil de la instalación y la rentabilidad de la inversión. Datos estos que nos sirven de comparación entre soluciones para poder elegir la solución más rentable.

3.5 CONCLUSIONES

Para finalizar el análisis, se presentan una serie de conclusiones en base al análisis constructivo, instalación eléctrica, estudio de producción eléctrica, rendimiento de la instalación y estudio económico (periodo de amortización de la inversión, los beneficios y la rentabilidad de la inversión) de cada una de las soluciones.

Existe una copia del trabajo para su consulta en la biblioteca de Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica de la Universidad de Alcalá de Henares, en el Campus de Guadalajara, edificio Multidepartamental.