Fotovoltaica integrada en el edificio

La energía fotovoltaica integrada en el edificio (BIPV) es un material fotovoltaico que se utiliza para reemplazar los materiales de construcción convencionales en partes del edificio, como el techo, los tragaluces o las fachadas. Se están incorporando cada vez más a la construcción de nuevos edificios como fuente principal o auxiliar de energía eléctrica, aunque los edificios existentes se pueden modernizar con una tecnología similar. La ventaja de la energía fotovoltaica integrada sobre los sistemas no integrados más comunes es que el costo inicial se puede compensar reduciendo la cantidad gastada en materiales de construcción y mano de obra que normalmente se utilizaría para construir la parte del edificio que reemplazan los módulos BIPV. Estas ventajas hacen que BIPV sea uno de los segmentos de más rápido crecimiento en la industria fotovoltaica.

El término fotovoltaica aplicada a la construcción (BAPV) a veces se usa para referirse a la energía fotovoltaica que es una modificación – integrada en el edificio después de que se completa la construcción. La mayoría de las instalaciones integradas en edificios son en realidad BAPV. Algunos fabricantes y constructores diferencian la nueva construcción BIPV de BAPV.

Historia
Las aplicaciones fotovoltaicas para edificios comenzaron a aparecer en la década de 1970. Los módulos fotovoltaicos con marco de aluminio se conectaban o montaban en edificios que, por lo general, se encontraban en áreas remotas sin acceso a una red eléctrica. En la década de 1980 comenzaron a demostrarse los complementos del módulo fotovoltaico en los techos. Estos sistemas fotovoltaicos solían instalarse en edificios conectados a la red pública en áreas con centrales eléctricas centralizadas. En la década de 1990, los productos de construcción BIPV especialmente diseñados para integrarse en un sobre del edificio se comercializaron. Una tesis doctoral de 1998 de Patrina Eiffert, titulada Una evaluación económica de BIPV, hipotetizó que algún día habría un valor económico para comercializar créditos de energía renovable (REC). Una evaluación económica de 2011 y una breve descripción de la historia de BIPV por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. Sugiere que puede haber desafíos técnicos importantes que superar antes de que el costo de instalación de BIPV sea competitivo con los paneles fotovoltaicos. Sin embargo, hay un consenso creciente de que a través de su comercialización generalizada, los sistemas BIPV se convertirán en la columna vertebral del objetivo europeo de construcción de energía cero (ZEB) para 2020. A pesar de la promesa técnica, también se han identificado barreras sociales para el uso generalizado, como el conservador cultura de la industria de la construcción e integración con el diseño urbano de alta densidad. Estos autores sugieren que posibilitar el uso a largo plazo probablemente dependa tanto de decisiones efectivas de política pública como del desarrollo tecnológico.

Formularios
Hay cuatro tipos principales de productos BIPV:

Paneles solares de silicio cristalino para la planta de energía en tierra y en la azotea
Módulos de pv solar de película fina de silicio cristalino amorfo que pueden ser huecos, de color amarillo azul claro, rojo, como muro cortina de vidrio y tragaluz transparente
Las células de película fina basadas en CIGS (Selenio de Galio Indio de Cobre) en módulos flexibles laminados al elemento envolvente del edificio o las células CIGS se montan directamente sobre el sustrato de la envolvente del edificio
Paneles solares de vidrio doble con celdas cuadradas adentro

Los módulos fotovoltaicos integrados en edificios están disponibles en varias formas:

Techos planos
La más ampliamente instalada hasta la fecha es una célula solar de película delgada amorfa integrada a un módulo de polímero flexible que se ha unido a la membrana del techo utilizando una lámina adhesiva entre la lámina posterior del módulo solar y la membrana del techo. [Se necesita aclaración] La tecnología CIGS ahora puede proporcionar una eficiencia de celda del 17% producida por una empresa con sede en los EE. UU. Y eficiencias comparables de módulos integrados en edificios en membranas de capa única de TPO mediante la fusión de estas células por parte de una empresa del Reino Unido.

Techos inclinados
Las tejas solares son tejas (cerámicas) con módulos solares integrados. La teja solar de cerámica está desarrollada y patentada por una empresa holandesa en 2012.
Módulos en forma de múltiples tejas.
Las tejas solares son módulos diseñados para verse y actuar como tejas regulares, al tiempo que incorporan una celda de película delgada y flexible.
Extiende la vida normal del techo al proteger el aislamiento y las membranas de los rayos ultravioleta y la degradación del agua. Lo hace eliminando la condensación porque el punto de rocío se mantiene por encima de la membrana del techo.
Los techos inclinados de metal (tanto estructurales como arquitectónicos) ahora se están integrando con la funcionalidad PV, ya sea mediante la unión de un módulo flexible independiente o mediante el sellado térmico y al vacío de las células CIGS directamente sobre el sustrato.

Fachada
Las fachadas se pueden instalar en edificios existentes, dando a edificios antiguos una apariencia completamente nueva. Estos módulos están montados en la fachada del edificio, sobre la estructura existente, lo que puede aumentar el atractivo del edificio y su valor de reventa.

Acristalamiento
Las ventanas fotovoltaicas son módulos (semi) transparentes que se pueden utilizar para reemplazar una serie de elementos arquitectónicos hechos comúnmente con vidrio o materiales similares, como ventanas y tragaluces. Además de producir energía eléctrica, estos pueden generar un mayor ahorro de energía debido a las propiedades superiores de aislamiento térmico y al control de la radiación solar.

Fotovoltaica transparente y translúcida
Los paneles solares transparentes utilizan un revestimiento de óxido de estaño en la superficie interna de los paneles de vidrio para conducir la corriente fuera de la celda. La celda contiene óxido de titanio que está cubierto con un tinte fotoeléctrico.

La mayoría de las células solares convencionales usan luz visible e infrarroja para generar electricidad. Por el contrario, la nueva e innovadora célula solar también utiliza radiación ultravioleta. Utilizado para reemplazar vidrio de ventana convencional, o colocado sobre el vidrio, el área de superficie de instalación podría ser grande, lo que lleva a usos potenciales que aprovechan las funciones combinadas de generación de energía, iluminación y control de temperatura.

Otro nombre para la energía fotovoltaica transparente es «fotovoltaica translúcida» (transmiten la mitad de la luz que cae sobre ellos). Al igual que la fotovoltaica inorgánica, la energía fotovoltaica orgánica también puede ser translúcida.

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Módulos utilizados
Para cumplir con los requisitos arquitectónicos y la multifuncionalidad deseada, se desea la adaptabilidad de los módulos fotovoltaicos en términos de tamaño, forma y materiales utilizados. Los diferentes requisitos de integración mecánica y eléctrica también deben tenerse en cuenta.

Básicamente, hay dos variantes de tecnologías que pueden usarse para módulos para BiPV:

Módulos cristalinos
Los módulos cristalinos se basan en una pluralidad de obleas de silicio, principalmente en conexión en serie. El paso de la variación de tamaño está determinado por el tamaño de las obleas y las holguras necesarias para la interconexión y el aislamiento. Estos ascienden a 15-25 cm. En el caso del material celular, se hace una distinción entre el silicio policristalino y el monocristalino, que difieren en su eficacia. Esto indica qué porcentaje de la energía solar entrante se convierte en energía eléctrica. Los módulos (mono) cristalinos ofrecen hoy la más alta eficiencia (15-20%) con una alineación óptima. En el BiPV, sin embargo, tal orientación óptima (por ejemplo, fachada con orientación vertical) generalmente no se da. Además, las soluciones cristalinas son muy susceptibles a la sombra y a la reducción del rendimiento a altas temperaturas, que son comunes en las aplicaciones de construcción. Por lo tanto, es aconsejable utilizar un software de simulación para un verdadero rendimiento energético. Las soluciones cristalinas tienen una gran variabilidad en la elección del material de envasado, lo que es muy positivo para BiPV. Se pueden usar diferentes espesores de vidrio, pero también plásticos, pero las células cristalinas son muy frágiles y no se pueden doblar. Semitransparencia en patrones simples también se puede generar.

Módulos de capa delgada
Los módulos de capa fina se aplican a un sustrato (generalmente vidrio). Con la variante de sustrato de vidrio, una variación de tamaño es posible solo de forma muy limitada. Además, la selección del material en esta variante del sustrato es muy limitada, ya que durante el proceso de ensamblaje de células PV se usan temperaturas muy altas, lo que hace que ciertas variaciones en el vidrio (por ejemplo, vidrio de seguridad) no sean posibles.

Otras soluciones de película delgada son aplicado a bandas de plástico o metal (acero, cobre). Estas soluciones ofrecen actualmente el mayor grado de variación en tamaño y embalaje, y también permiten ofrecer soluciones flexibles y muy ligeras (plástico / plástico). Las soluciones de película delgada actualmente tienen una eficiencia de 6-14% dependiendo de la tecnología utilizada, tienen un mejor rendimiento con una alineación subóptima (luz dispersa, poca luz) y son menos dependientes de la temperatura en su rendimiento.

Promoción especial
Diversas políticas fomentan el uso de BiPV: impulsadas por los objetivos 20-20-20 y el deseo de promover edificios con autosuficiencia energética, en algunos países (por ejemplo, Italia y Francia), además de las tarifas de alimentación (ver EEG de Alemania). aumento de los aranceles para BiPV ofrecido.

Directrices de construcción
Un fuerte impulso para el uso de BiPV es el ajuste sucesivo de las directrices sobre el comportamiento energético de los edificios (energía cero, huella de CO 2). En Alemania, el EnEV es una referencia basada en la Directiva de la UE sobre el rendimiento energético de los edificios. Además, existen evaluaciones de edificios relacionadas con la sostenibilidad que dependen del país y con diferentes niveles de calidad, que también promueven una alta calidad de la energía y un bajo impacto ambiental. Algunos ejemplos son el Liderazgo desarrollado en los Estados Unidos en Energía y Diseño Ambiental (LEED), BREEAM del Reino Unido o el edificio sostenible de sello de calidad de Alemania.

Subsidios del gobierno
En algunos países, se ofrecen incentivos adicionales o subsidios para la energía fotovoltaica integrada en la construcción, además de las tarifas de alimentación existentes para sistemas solares independientes. Desde julio de 2006, Francia ofreció el mayor incentivo para BIPV, equivalente a una prima adicional de 0,25 EUR / kWh pagada, además de los 30 céntimos de euro para sistemas fotovoltaicos. Estos incentivos se ofrecen en forma de una tarifa pagada por la electricidad alimentada a la red.

Unión Europea
Francia 0,25 € / kWh
La bonificación de fachada de € 0.05 / kWh de Alemania expiró en 2009
Italia € 0.04- € 0.09 / kWh
Reino Unido 4.18 p / kWh
España, en comparación con una instalación sin edificio que recibe € 0,28 / kWh (RD 1578/2008):
≤20 kW: 0,34 € / kWh
> 20 kW: 0,31 € / kWh

Estados Unidos
EE.UU. – Varía según el estado. Consulte la base de datos de incentivos estatales para fuentes renovables y eficiencia para obtener más detalles.

China
Además del anuncio de un programa de subsidio para proyectos BIPV en marzo de 2009 que ofrece RMB20 por vatio para sistemas BIPV y RMB15 / vatio para sistemas de techo, el gobierno chino recientemente dio a conocer un programa de subsidio de energía fotovoltaica «el Golden Sun Demonstration Project». El programa de subsidio tiene como objetivo apoyar el desarrollo de empresas de generación de electricidad fotovoltaica y la comercialización de la tecnología fotovoltaica. El Ministerio de Finanzas, el Ministerio de Ciencia y Tecnología y la Oficina Nacional de Energía anunciaron conjuntamente los detalles del programa en julio de 2009. Los proyectos calificados de generación de electricidad fotovoltaica en red, incluidos los sistemas en la azotea, BIPV y en tierra, tienen derecho a recibir un subsidio equivalente al 50% de la inversión total de cada proyecto, incluida la infraestructura de transmisión asociada. Los proyectos independientes calificados fuera de la red en áreas remotas serán elegibles para recibir subsidios de hasta el 70% de la inversión total. A mediados de noviembre, el Ministerio de Finanzas de China seleccionó 294 proyectos por un total de 642 megavatios que suman aproximadamente 20.000 millones de yuanes (3.000 millones de dólares) en costos para su plan de subsidios para impulsar drásticamente la producción de energía solar del país.

Otra fotovoltaica integrada
La energía fotovoltaica integrada en el vehículo (ViPV) es similar para los vehículos. Las células solares podrían integrarse en paneles expuestos a la luz del sol, como la campana, el techo y posiblemente el maletero, dependiendo del diseño del automóvil.

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