Integración arquitectónica de energías renovables

Nuevos conceptos basados en la producción de energía eléctrica a partir de energías renovables en edificios permiten a los arquitectos desarrollar nuevas ideas para mejorar la eficiencia energética sin detrimento de la calidad de vida de los usuarios.

 Autor: [Aurelio González Pardo-IMDEA Energía]

 Según datos publicados por el IDAE (Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energía), “el consumo de energía final del sector Edificación y equipamiento ascendió, en el año 2010, a 24.391 ktep, sobre un consumo total nacional para usos energéticos de 93.423 ktep, lo que representa el 26,1% del consumo de energía final nacional para usos energéticos”.

 El peso de esta contribución podría disminuir con la adopción de una política de mejora en eficiencia energética y de implantación de sistemas de producción de energía (térmica y eléctrica) para un consumo local. Es, en este último punto, donde se lleva a cabo una reflexión sobre el papel de las energías renovables para el suministro a pequeña escala, es decir, en comunidades urbanas e islas energéticas. A modo de ejemplo, se pueden citar bloques de edificios residenciales, centros comerciales, áreas de recreo, hospitales, oficinas, parques ecológicos, pequeñas áreas rurales o asentamientos aislados como en islas o zonas montañosas. En cualquier caso, las energías renovables se adaptarían tanto al modo de vida de los usuarios como a la estética de los edificios.

 A la ya tradicional instalación de paneles fotovoltaicos y térmicos, instalados en tejados y más recientemente también en fachadas, se han sumado nuevos conceptos con el objeto de alcanzar esa modularidad e integración urbana en edificación, una conversión eléctrica más eficiente y una mejor utilización del espacio. Todo ello acompañado de una metodología dirigida a facilitar el reciclado de los materiales constituyentes y reducir el número y cantidad de productos tóxicos generados en su fabricación en comparación con los que llevan asociados los sistemas fotovoltaicos. La viabilidad de estos nuevos desarrollos dependerá de su capacidad para ofrecer ventajas económicas mediante la minimización de costes frente a las tecnologías fotovoltaicas, cuyos precios de mercado están decreciendo constantemente. De igual forma, resulta relevante la facilidad en la sustitución de los elementos estructurales de los sistemas fotovoltaicos, lo que obliga al resto de sistemas a la búsqueda de soluciones con estas mismas características (Chemisana, 2011).

 Entre las opciones analizadas se han propuesto células fotovoltaicas de concentración, las cuales permiten reducir la cantidad de material semiconductor empleado. Dichos sistemas abarcan un amplio rango de ratios de concentración entre 2 y 100 (o superior). Un ejemplo de baja concentración es el “Concentrating PV Wall” propuesto  por Brogen y coll. en 2003,  y que comprende un reflector parabólico de aluminio al que lleva asociado una célula PV (fig.1a). A más altas concentraciones Chemisana y Rossell presentaron el “Curtain wall” en 2011, basado en la tecnología Fresnel y consistente en una serie de lamas reflectantes que concentran la radiación solar sobre una célula PV a la vez que realizan una labor de sombreo sobre el edificio sobre el cual se instalan (fig. 1b).

 Otra propuesta se basa en la tecnología termosolar de receptor central. En este caso, un conjunto de reflectores con seguimiento en dos ejes concentran la radiación solar sobre un receptor por el que pasa un fluido que se calienta para el posterior aprovechamiento de dicha energía. Ejemplo de éstos son el “Multi tower solar array” (Schramek y Mills, 2003) en el que existen varios receptores sobre los que reflejar la radiación y que puede ser instalado en el tejado de un edificio (fig. 1c), o el “Campo Vertical de Helióstatos” (González et al., 2011) en el que los helióstatos se encuentran distribuidos verticalmente con lo que pueden ser integrados en la fachada de un edificio (fig.1d).

 La energía eólica también tiene cabida en la integración urbana como demuestran desarrollos como el Crossflex, propuesto por Sharpe y Proven en 2010,  con un sistema innovador de palas flexibles y cubierta ligera que permite un elevado aprovechamiento del flujo de aire así como una mejora en la integración visual en edificios (fig. 1e).

 Fig.1.- a) Concentrating PV wall, b) Curtain wall y Parasol, c) Multi tower solar array, d) Campo vertical de helióstatos, e) Crossflex.

 El desarrollo de estos y otros tipos de sistemas de aprovechamiento energético modulares y arquitectónicamente integrados abre una vía para la generación distribuida de energía más próxima al usuario final y a una reducción progresiva de la dependencia actual en los combustibles fósiles, tan necesaria en los tiempos presentes.

 Referencias

Brogren, M, Wennerberg, J, Kapper, R, Karlsson, B, 2003. Design of concentrating elements with CIS thin-film solar cells for façade integration. Solar Energy Materials & Solar Cells 75, 567-575

 Chemisana D, 2011. Building integrated concentrating photovoltaics: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15, 603-611

 González A, César-Chapa S, González-Aguilar J, Romero M, 2011. Vertical reflector field: feasibility of optical and geometrical arrangements for CSP integration in façades. Proceedings of ISES 2011 Solar World Congress, 28 August – 2 September 2011, Kassel, Germany.

 IDAE. Plan de Ahorro y Eficiencia Energética 2011-2020. 2º Plan de Acción Nacional de Eficiencia Energética de España (disponible en formato electrónico en www.idae.es)

 Schramek P, Mills D, 2003. Multi-tower solar array. Solar Energy, 75, 249-260

 Sharpe T, Proven G,2010. Crossflex: Concept and early development of a true building integrated wind turbine. Energy and Buildings, 42, 2365-2375