Jornada sobre energía solar fotovoltaica en el entorno industrial de la Comunidad de Madrid La energía fotovoltaica en las naves industriales Nuria Martín Chivelet. División Energías Renovables. CIEMAT (Madrid) 26 mayo 2008
Introducción Ventajas: Producción eléctrica descentralizada: ahorro costes de distribución y conducción. Ahorro de terreno y material constructivo. Contribución a la reducción de los picos de demanda de la red eléctrica. Preservación del espacio natural. Mejora la imagen de la empresa Fomenta el uso de la energía solar fotovoltaica.
Introducción Limitaciones: Orientación e inclinación no siempre óptimas para la producción eléctrica. Temperatura de operación de los módulos condicionada por la ventilación de la estructura. Mayor probabilidad de sombreado parcial: efectos eléctricos y térmicos. Diseño condicionado por su integración arquitectónica.
Criterios de diseño Generación FV Coste Seguridad Diseño arquitectónico
Criterios de diseño Directrices generales Buscar el compromiso entre el diseño y la producción FV. Los módulos: elementos multifuncionales en la construcción: Generación fotovoltaica, Iluminación de espacios interiores, Contribución al ahorro energético térmico. La FV es una herramienta más de diseño del edificio con una flexibilidad grande de acabados y dimensiones. El diseño arquitectónico fomenta el uso de la FV y la FV enriquece el diseño arquitectónico.
Criterios de diseño - Generación FV Criterios de generación fotovoltaica Factor de 1 er orden: Irradiancia (E) P = P0 (1 LE ) (1 LT ) (1 Lsomb ) (1 Ldisp ) (...) Factores de 2º orden: Temperatura Sombreado Dispersión Suciedad y reflexión Conexiones y cableado Aún siendo de 2º orden como en otras aplicaciones FV, cobran especial relevancia por estar integrados en edificios!
Criterios de diseño - Generación FV La irradiancia: Localización geográfica + posición de los módulos 90 Vertical 90% 80 80% 70 70% 60% 50% 40% 0 % 60 50 40 30 Inclinación( ) 30% 20% 15% 5% 20 10 10% 0 Horizontal -180 N -150-120 -90 E -60-30 0 30 S Azimut ( ) 60 90 W 120 150 180 N Evitar pérdidas el máximo posible de pérdidas por irradiancia. Tener en cuenta el CTE.
Criterios de diseño - Generación FV La irradiancia: Localización geográfica + posición de los módulos x 90 Vertical 90% 80% x x 80 70 70% 60% 50% 40% x 0 % 60 50 40 30 Inclinación( ) 30% 20% 15% x x x 5% 20 10 10% 0 Horizontal -180 N -150-120 -90 E -60-30 0 30 S Azimut ( ) 60 90 W 120 150 180 N Evitar pérdidas el máximo posible de pérdidas por irradiancia. Tener en cuenta el CTE (20%, 40%).
Criterios de diseño - Generación FV La temperatura: Factores determinantes: Temperatura ambiente, irradiancia y ventilación. P 2 1 ( 2 T1 20 P γ ) ( T ) γ 0,004 / C (Si-c) 18 Pérdidas de Potencia (%) 16 14 12 10 8 6 4 Silicio cristalino CdTe CIS Silicio amorfo 2 Permitir la ventilación. 0 0 10 20 30 40 50 Incremento de la temperatura ( C)
Criterios de diseño - Generación FV El sombreado: -Ocasionadas por objetos cercanos, marco o perfil de sujeción del módulo. -Efectos: Pérdidas en potencia (El CTE exige <20% para integración). Deterioro de los módulos: Resistencia al efecto de punto caliente 85.0 C 80 0.9 0.8 0.7 T = 40 C E = 900 W/m² 60 40 20 10.0 C I m I (A) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 V (V) Evitar sombreados parciales, organizar en hileras, diodos de paso.
Criterios de diseño - Generación FV La dispersión de parámetros: -Diferentes características, diferentes orientaciones, diferentes inclinaciones. Ejemplo de pérdidas por desacoplo por no dividir en hileras: 6% Realizar una clasificación previa. División en subsistemas (hileras).
Criterios de diseño - Generación FV La suciedad y la reflexión - Cimas secos y zonas contaminadas, mala accesibilidad, poca inclinación. - Inclinaciones que aumentan las pérdidas por reflexión. 14 Pérdidas angulares anuales (%) 12 10 8 6 4 2 superficie muy sucia superficie sucia superficie limpia Limpieza periódica si se requiere. Inclinaciones no horizontales. 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ángulo de inclinación ( ) Pérdidas anuales por reflexión para diferentes grados de suciedad del módulo
Criterios de diseño - Generación FV El cableado y las conexiones Resistencia del cableado: Pérdidas por calentamiento Cajas de conexiones: Corrosión y malos contactos. Secciones de cable suficientes, distancias cortas. Buenos contactos en las cajas de conexiones, cajas estancas. Utilización de conectores automáticos y herméticos.
Criterios de diseño integración arquitectónica Adaptación del diseño de los módulos a las exigencias arquitectónicas Tamaño y forma del módulo Estructura constructiva del módulo Forma y tamaño de las células Color de las células y de la cubierta posterior Transparencia del módulo Número de células y su disposición en el módulo
Adaptación del diseño a las exigencias arquitectónicas Tamaño y forma del módulo Tamaño habitual < 1 m² Tamaños máximos típicos <80 x 160 m² (laminadoras y manejabilidad) Tamaños mayores con otros encapsulantes (resinas, ) >2 m² Forma habitual: rectangular plano Posible cualquier forma plana e incluso curva.
Adaptación del diseño a las exigencias arquitectónicas Estructura constructiva del módulo
Adaptación del diseño a las exigencias arquitectónicas Forma y tamaño de las células
Adaptación del diseño a las exigencias arquitectónicas Color de las células Rendimiento de un módulo de Si-mc en función del color de sus células 12 Rendimiento del módulo (%) 10 8 6 4 2 0 azul estándar verde dorado marrón rojomagenta gris Las pérdidas de rendimiento oscilan entre 7% (verde) y 24% (gris), respecto del color óptimo.
Adaptación del diseño a las exigencias arquitectónicas Transparencia del módulo Silicio cristalino: Número de células y su disposición en el módulo P = 56 W P = 36 W
Transparencia del módulo Silicio cristalino. Ejemplos Sunways Isofotón Sunpower Atlantis
Transparencia del módulo Tecnologías de lámina delgada ASI-Thru CIS (Würth Solar) Silicio amorfo (Schott)
Criterios de diseño integración arquitectónica Aplicaciones arquitectónicas Lamas y parasoles Cubiertas y lucernarios Fachadas ventiladas Muros cortina tradicionales Muros cortina modulares
Aplicaciones arquitectónicas Integración en lamas y parasoles Torre Garena, Alcalá de Henares. BP Solar.
Integración en lamas y parasoles Elementos de fijación y montantes verticales de soporte con registros para el cableado de conexión. Cables en la zona expuesta bien ventilados y drenados. Conexión de los cables en un número limitado de puntos, de fácil registro. Centro Alzheimer de la Fundación Reina Sofía, Madrid. Abasol, Schuco.
Integración en lamas y parasoles Centro Comercial La Vaguada, Madrid.
Aplicaciones arquitectónicas Integración en cubiertas y lucernarios Cubiertas ciegas Planas Inclinadas
Integración en cubiertas y lucernarios Integración de módulos en cubiertas planas. Gran pérgola. Nueva sede central de Telefónica. Marquesina revestida con paneles de silicio monocristalino. Cortesía Iberinco.
Integración en cubiertas y lucernarios Cubiertas planas y lucernarios Sede central de BP en Ciudad del Cabo (Suráfrica). Lucernarios pirámides con lamas FV y módulos FV sobre cubierta plana.
Integración en cubiertas y lucernarios Cubiertas ciegas inclinadas
Integración en cubiertas y lucernarios Cubiertas acristaladas Atrios Lucernarios Visual Center. TFM. Esquema de principio de una cubierta acristalada fotovoltaica: 1. Montantes de aluminio 2. Travesaños de aluminio 3. Separadores para rotura de puente térmico 4. Módulo fotovoltaico 5. Salida de conexión del cableado del módulo 6. Fijación del vidrio mediante silicona estructural 7. Juntas enrasadas, selladas con silicona neutra sobre cordón celular 8. Cableado de conexión entre módulos dentro de los montantes.
Integración en cubiertas y lucernarios Sede Academia Mont Cenis en Herne, Alemania. Vista general del gran contenedor desde el interior y el exterior.
Integración en cubiertas y lucernarios Interior sede de ISOFOTON en Málaga.
Aplicaciones arquitectónicas Integración en fachadas ventiladas Esquema de una fachada ventilada con módulos fotovoltaicos. Manchester College of Arts and Technology.
Aplicaciones arquitectónicas Integración en fachadas ventiladas Sede de Isofotón, Málaga. Fachadas ventiladas, muros cortina y parasoles. Sede de la fundación Metrópoli, Alcobendas, Madrid.
Aplicaciones arquitectónicas Integración en muros cortina tradicionales Sede de Schott Ibérica (Barcelona). Cortesía Torsten Masseck.
Aplicaciones arquitectónicas Integración en muros cortina modulares Biblioteca de Mataró. Cortesía TFM.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en naves nuevas Los paneles fotovoltaicos, elementos del cerramiento de cubierta Módulos fotovoltaicos de silicio multicristalino integrados en la cubierta de una nave municipal de tratamiento de residuos sólidos urbanos. Alcobendas, Madrid.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en naves nuevas Los paneles fotovoltaicos, elementos del cerramiento de cubierta Montaje de paneles fotovoltaicos de cubierta tipo Solartec-L de Thyssen Solartec. Módulos especiales de 17 metros de largo. Con un solo movimiento de grúa la cubierta queda completamente instalada
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas bien orientadas Instalación fotovoltaica de 78 kwp en cubiertas de naves industriales en Madrid. Cortesía de PRYMO y Acciona Solar.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas bien orientadas Paneles ligeros de silicio amorfo Instalación de módulos de silicio amorfo sobre la cubierta inclinada de una nave industrial en Sallent, Barcelona. Cortesía de Ibersolar.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas bien orientadas Paneles ligeros de silicio amorfo Instalación de módulos de silicio amorfo sobre la cubierta inclinada de una nave industrial en Sallent, Barcelona. Cortesía de Ibersolar.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas no óptimamente orientadas Madrid. Cortesía de Abasol
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas no óptimamente orientadas Subestructuras de baja altura. Instalación fotovoltaica de 100 kwp sobre cubierta de nave industrial en Burgos. Cortesía de Abasol.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas inclinadas no óptimamente orientadas Burgos. Cortesía de Abasol
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas planas Instalación fotovoltaica de 15 kwp sobre la cubierta de una nave industrial en Villaverde Alto. Cortesía de Abasol.
Integración de fotovoltaica en naves industriales Integración en cubiertas de naves ya existentes Los paneles fotovoltaicos, sobre los elementos de cubierta. Cubiertas planas Madrid. Cortesía de Abasol.
Gracias por su atención.