Guía SOLAR FOTOVOLTAICA BIM Arquitectos y constructores

Transcripción

1 Guía SOLAR FOTOVOLTAICA BIM Arquitectos y constructores

2 Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores Proyecta Solar es una familia de herramientas que proporcionan la orientación necesaria a quienes deseen instalar un sistema de energía solar fotovoltaica para que tomen una decisión informada. Estás en Guía de edificación Fotovoltaica BIM

3 Proyecta Solar es un desarrollo de Ecoenergías, en conjunto con la Asociación Gremial de Energía Solar de Chile (ACESOL), TRITEC-Intervento y Fundación Chile como Co-Ejecutores. EDITORIAL Proyecta Solar busca reducir la incertidumbre y eliminar asimetrías de información existentes en el mercado solar fotovoltaico de autoabastecimiento en Chile, potenciando su maduración y su crecimiento. Proyecta Solar ha sido desarrollado en el marco del Programa de Energía Solar (PES) de la Corporación de Fomento a la Producción (CORFO), mediante un Bien Público Estratégico para la Competitividad, ejecutado durante los años 2015, 2016 y Este desarrollo es financiado con recursos del Fondo de Inversión estratégica (FIE). EcoenergÍas. Empresa de ingeniería en energía solar con 5 años de experiencia en Chile, es una Empresa B comprometida con la integración de la energía solar a la realidad chilena. ACESOL, Asociación Gremial que reúne a todos los públicos y empresas interesados en promover el desarrollo de la energía solar en nuestro país. COlaboradores y Apoyo GIZ, Matthias Grandel BSW, Jörg Mayer CINTAC, Andres Weinreich Enlace Solar, Federico Bernardelli Ministerio de Energía, Guillermo Soto CCHC / CDT, Alejandro Eliash FCh, Ana María Ruz, Kerstin Lukafka UAI, Pablo Pastene Solcor, Alexander Decock TRITEC-Intervento, Pablo Estévez, Sergio San Martinghz SEC, Unidad de Energías Renovables APOYADO POR CORFO / PROGRAMA ENERGíA SOLAR Financiado por Fondo de Inversión Estratégica Autores José Rehbein Director Proyecto Matías Dattwyler Coordinador Proyecto Gabriela Barrientos Diseño Francisca Hidalgo Especialista BIM Manuela Penas Especialista SIG Para consultas o mayor información con respecto a este material, contactar a ACESOL, info@acesol.cl o DICIEMBRE 2016

4 BIBLIOTECA BIM Proyecta Solar, con el apoyo del Programa de Construcción Sustentable de CORFO, ha desarrollado una biblioteca con los principales productos necesarios para una planta solar fotovoltaica. Estos productos se encuentran disponibles en planos Cad y en formatos BIM, además de fichas genéricas para cada uno. Los productos desarrollados están basados en el estándar BIM desarrollado por el Consejo de Desarrollo Tecnológico (CDT) y se encuentran disponibles en sus bases de datos. Estos podrán ser utilizados por arquitectos, constructores, ingenieros, diseñadores u otros especialistas para el diseño de infraestructura asociada a plantas de energía solar fotovoltaica. Estos productos han sido desarrollados en forma genérica y cuentan con información asociada. Tanto la información como los productos en sí están basados en un levantamiento de productos utilizados actualmente en la industria chilena, por lo que rangos, valores o características podrían variar según marca y modelo utilizado en el proyecto real. Los distintos proveedores de cada producto tienen a disposición estos archivos genéricos para construir archivos BIM de sus productos específicos (Ver Capítulo Construcción de Productos Específicos ), bajo el estándar desarrollado por el CDT, que luego podrán poner a disposición a través de la plataforma del CDT respectiva u otras que cada proveedor escoja. La biblioteca considera tres grandes familias de productos: Módulos fotovoltaicos Estructuras para módulos Inversores En esta guía se entregan además las principales consideraciones que debiese tener en cuenta el responsable del diseño de cualquier infraestructura para que ésta pueda incluir una instalación fotovoltaica a futuro y reducir los costos de su instalación.

5 Módulos Fotovoltaicos Los módulos fotovoltaicos son el generador de energía de una planta fotovoltaica. Existen distintas tecnologías que varían principalmente en precio por watt peak (Wp), es decir, por potencia nominal. Eficiencia A mayor eficiencia, podemos generar más energía en el mismo espacio, o visto al revés, utilizar menos espacio para generar la misma energía. Dimensiones Según el panel cambian las dimensiones, pero finalmente lo que importa para la dimensión de la planta fotovoltaica es la eficiencia de los módulos que depende de su tecnología. Por ejemplo, los paneles más eficientes son monocristalinos, los cuales utilizan la menor superficie. Lo contrario sucede con los módulos de capa fina, con la peor eficiencia del mercado, utilizando más superficie. Garantías y durabilidad Estos módulos tienen una vida útil mínima esperada de 25 años y logran funcionar, disminuyendo su producción, incluso hasta 45 años. TIPOS DE PANELES La mayoría de los módulos tienen marcos de aluminio, pero existen módulos de vidrio completos o sin marco. La mayor variación, sin embargo, depende de su tecnología de generación. Silicio Policristalino Existen módulos de silicio policristalino o monocristalino. Además, actualmente se producen paneles sin marco, envueltos sólo en vidrio. PANEL MONOCRISTALINO 60 CELDAS PANEL POLICRISTALINO 60 CELDAS Capa Fina Utilizan otras tecnologías distintas al Silicio, suelen ser menos eficientes por lo que requiere más superficie para la misma potencia. PANEL CAPA FINA 60 CELDAS PANEL POLICRISTALINO DUALGLASS 60 CELDAS Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores

6 Estructuras para Módulos Las estructuras para módulos fotovoltaicos varían muchísimo según el proveedor y el material utilizado. Los diseños en la biblioteca BIM son sólo referenciales. Las principales diferencias en estos productos están en las garantías del proveedor, sistemas de anclaje utilizados y el tipo de material del que están hechas. Las estructuras consideradas: A Suelo Estas estructuras son construidas en Metalcon o Acero y ancladas mediante hincado directo o sobre cimientos. Inclinadas sobre techo Estructuras con inclinación, están pensadas para techos planos o con muy poca inclinación, ayudando a buscar el angulo optimo para la generación solar. Paralelo a Cubierta o Coplanar Estructuras diseñadas para aprovechar la inclinación ofrecida por el techo o superficie existente, no agregan inclinación a los módulos sino que sólo una superficie de apoyo y ventilación debajo de ellos. Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores

7 Inversores Los inversores son el cerebro de una planta solar fotovoltaica.permiten optimizar la generación de los módulos, protegen la planta y entregan energía alterna lista para ser utilizada o transportada. Los diseños de inversores cambian según el fabricante pero en general son cajas que contienen toda la electrónica, que se colocan cerca de la planta pero siempre a resguardo del clima y la gente. Los inversores considerados en la biblioteca son los siguientes: Micro Inversores Pequeños inversores que se instalan detrás de los módulos, se utiliza uno por panel. Inversores Monofásicos Inversores para casas o instalaciones eléctricas pequeñas (monofásicas), llegan a potencias menores, aproximadamente hasta 6 kw y cuentan con menos funciones que uno Trifásico. Inversores Trifásicos Inversores que trabajan con corriente trifásica, para instalaciones eléctricas mayores o industriales. Van desde los 7 hasta los 60 kw en general. Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores Otros componentes: cableado, canalizaciones, protecciones, pasillos técnicos, líneas de vida, tableros eléctricos, medidores u otros, son equipos genéricos que no hacen referencia específica a un proyecto fotovoltaico y por lo tanto, no han sido considerados para el desarrollo de esta biblioteca. No fueron considerados inversores centralizados para generadores mayores o módulos de 72 celdas, al ser productos diseñados para plantas mayores a 500 kw que se escapan de la escala de autoabastecimiento.

8 Para la correcta utilización de esta biblioteca y facilitar el diseño preliminar de una planta fotovoltaica, es necesario tomar en consideración los criterios descritos a continuación. Consideraciones para la Edificación Fotovoltaica Estos criterios son básicos para una planta fotovoltaica, sin embargo, existen otros que deben ser evaluados por un especialista, al momento de evaluar el diseño de detalle de la planta, parte o la totalidad del diseño preliminar de la planta podría verse modificado. En este capítulo, se ofrece una breve introducción a las consideraciones básicas necesarias para el diseño de una superficie sobre la que se pretende instalar una planta fotovoltaica y entrega algunos conceptos necesarios para el diseño preliminar de la misma.

9 INCLINACIÓN / ORIENTACIÓN Como la energía fotovoltaica funciona mejor mientras más directo reciba la radiación en el período peak solar y el sol va variando el ángulo con el que apunta a la tierra (el sol pasa más alto en el verano y más bajo en el invierno), existe una inclinación óptima anual para los módulos fotovoltaicos según la latitud. Esta puede ser conseguida con las estructuras o aprovechando la inclinación del terreno. La inclinación óptima varía según sombras en el horizonte como cerros u otros. Además, no es una condicionante estricta: por ejemplo, si variamos el óptimo en grados, en Santiago, perdemos muy poca energía, cerca de 0,025 de la energía generada. Por esta misma razón, no se recomienda realizar grandes inversiones para lograr la inclinación óptima exacta. Para techos con inclinaciones mayores a 15 grados aproximadamente, comienza a ser recomendable utilizar estructuras coplanares y aprovechar el mismo ángulo de la superficie, aunque estas estructuras siempre se pueden usar, incluso en techo planos. La orientación de los módulos en el hemisferio sur siempre debe ser de cara al norte. En caso de estar diseñando una superficie o techo inclinado, se recomienda que este esté orientado al norte. Los techos orientados al este / oeste también pueden generar, aunque tienen pérdidas respecto al norte. Los techos con orientación sur no sirven. En caso de utilizar estructuras con inclinación, éstas mismas pueden dar la orientación. Inclinación óptima promedio por región CIUDAD Arica 16 Iquique 17 Antofagasta 22 Copiapo 26 La serena 26 Valparaiso 28 Santiago 28 Rancagua 28 Talca 28 Concepción 29 Temuco 30 Valdivia 29 Puerto Montt 30 Coyhaique 30 Punta Arenas 30 INCLINACIÓN Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores

10 SOMBREADO Las sombras son un factor muy relevante para una instalación solar fotovoltaica. En algunos casos pequeñas sombras pueden significar grandes pérdidas de energía. Es importante considerarlo en el diseño, las sombras pequeñas o complejas pueden ser evaluadas en detalle por un especialista. En general es recomendable evitar todas las sombras que se encuentren al norte de la planta, ya que estas bloquean la radiación solar en el momento del día en que esta trae más energía. Considera que no existan edificios, cerros o grandes arboles al norte. El diseño de infraestructura y vegetación alrededor de una planta solar fotovoltaica es muy relevante y debe ser considerado desde la etapa de diseño. Es recomendable eliminar o disminuir sombras desde el norte, así como también del este u oeste, que afectan en menor medida. Las sombras afectan más según más superficie cubran, por lo tanto, mientras más grande sea la obstrucción y mientras más cerca ésta se encuentre de la planta fotovoltaica. Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores

11 Disponibilidad de Superficie La superficie disponible es el principal limitante para la potencia que se puede instalar. Es importante considerar además que, con tecnología más eficiente aprovechamos mejor el espacio, por lo tanto podemos instalar más potencia en menos espacio. En la tabla siguiente se puede evaluar la relación de potencia que se puede instalar según superficie y tecnología. Una planta instalada con tecnología policristalino utilizará menos superficie que una planta instalada tecnología de capa fina que genere la misma potencia. 10 kw de una tecnología son equivalentes a 10 kw de otra tecnología, ya que son evaluados en las mismas condiciones*, sin embargo, 10 kw instalados en Arica no producen lo mismo que los mismos 10 kw instalados en Ancud. Para mayor información revisa guía solar FV para el hogar. Para mayor información revisa guía solar FV para el hogar. Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores Resumiendo A mayor superficie, mayor potencia se puede instalar. Con módulos más eficientes, puedes instalar mayor potencia en la misma superficie.

12 Resistencia de Superficie Las plantas solares fotovoltaicas tienen una vida útil estimada de 25 a 30 años, existiendo casos en que funcionan por hasta 40 o 45 años, período en el cual se verán expuestas a condiciones climáticas como viento, nieve, humedad o lluvia, así como también a terremotos u otros factores externos.. Es por esta razón que es necesario diseñar las superficies en las que se instalará una planta solar fotovoltaica pensando en la carga estructural que la planta fotovoltaica significa. La carga de una instalación fotovoltaica puede variar generalmente entre 18 y 40 kg/m2, dependiendo principalmente de la estructura utilizada y en segundo lugar de la tecnología de los mismos módulos. Hay que considerar además que durante la instalación de estos, existirán cargas extra asociadas al personal, herramientas y otros materiales que pudiesen ser requeridos. Además influyen otros factores en algunos casos, como el distanciamiento de vigas y costaneras, que serían los puntos de apoyo. En general se recomienda contar con superficies capaces de soportar cargas de un mínimo de 100 kg/m2. Materialidad de Superficie Las estructuras de una planta solar fotovoltaica irán ancladas a la superficie, ya sea en costaneras, vigas o en la superficie completa si es necesario. La planta fotovoltaica es además un peso extra y hay que considerar que personal instalador tendrá que trabajar sobre la superficie. El Ministerio de Energía ha determinado, por ejemplo, infactible la instalación sobre pizarreño y adobe. Para más información, puedes revisar Evaluación Edificación Sistema FV Es recomendable, para facilitar la instalación, disminuir costos y no generar problemas futuros, utilizar materiales que puedan resistir peso sin romperse. Casos de techos que puedan requerir posteriores refuerzos son comunes, estos hacen infactibles los proyectos en algunos casos por los altos costos. Esto sucede por ejemplo con el uso de planchas de zinc de poco espesor o de determinar grandes distanciamientos de costaneras. Los materiales de construcción compatibles con la instalación de un sistema FV se pueden desprender de la NCh433 Of Mod. 2009, i.e. hormigón armado, acero estructural, madera estructural. Cualquier otra materialidad se deberá evaluar por un profesional competente. Proyecta Solar Guía solar fotovoltaica BIM Arquitectos y constructores

13 RECOMENDACIONES para el diseño de detalle Para un correcto diseño de detalle es necesario contar con profesionales o empresas especializadas. En Chile existe una gran variedad de empresas y profesionales que pueden ser identificadas a través de la Asosiación Chilena de Energía Solar (ACESOL) o de la plataforma Enlace Solar. Los especialistas tendrán que considerar otros factores para el diseño de la planta fotovoltaica. Hay que considerar que las plantas fotovoltaicas conectadas a la red están normadas por la Ley y deben ser certificadas ante la SEC mediante un TE4, por parte de un instalador eléctrico autorizado. Siempre es recomendable realizar el diseño de detalle antes de construir, eso permitirá ahorrar costos y facilitar la fijación de la estructura al techo, por ejemplo. Para el diseño de detalle, se recomienda siempre contar con una visita técnica del especialista o una reunión con el responsable del diseño (en caso de que la infraestructura no esté construida). FACTORES A OBSERVAR Métodos de anclaje y soporte de las estructuras Sistemas de Seguridad (Líneas de Vida, Pasillos Técnicos, Escaleras Gateras) Canalizaciones y anclaje de las mismas Superficies de instalación de Tableros e Inversores según sea requerido Se recomienda entregar a la empresa o especialista que se hará cargo del diseño de detalle, como mínimo: Planos Estructurales, Planos Eléctricos, Boleta / Factura de consumo o estimación de consumo. Además, se recomienda exigir una visita técnica previa al presupuesto del proyecto.

14 Construcción de Productos Específicos Proveedores La Biblioteca construida por Proyecta Solar se basa en el estándar creado por el CDT y todos los productos que se encuentran disponibles en un principio son productos tipo, con rangos de trabajo y formas o dimensiones referenciales. Existe completa libertad para todos los proveedores, fabricantes o comercializadores de productos para que, con base en el estándar del CDT y en los productos tipo existentes creados por Proyecta Solar, creen sus propios productos específicos, acorde a sus marcas y modelos. Para este proceso, pueden descargar los productos que correspondan, editarlos, agregar nuevos parámetros o características (no eliminar) y enviarlos a: CDT y ACESOL. Además, pueden hacerlos públicos en sus propias plataformas indicando que han sido construidos para formar parte de la Biblioteca BIM de Proyecta Solar. Se invita a los proveedores a que hagan disponibles sus productos en formato BIM para que diseñadores, constructrores y arquitectos puedan utilizarlos y asociarlos a sus proyectos. Recuerda revisar la biblioteca BIM en el sitio del CDT.

15 DESARROLLADO POR EN CONJUNTO CON COLABORADORES CON EL APOYO DE EN EL MARCO DE FINANCIADO POR