Los rascacielos de Dubái son la combinación perfecta para la energía fotovoltaica integrada en edificios

Un grupo de investigadores de Oriente Medio ha evaluado cómo la energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, por sus iniciales en inglés) puede ayudar a reducir el consumo de electricidad en edificios de gran altura en Dubái, en los Emiratos Árabes Unidos.

Los académicos explicaron que la ciudad cuenta con 25 edificios de más de 300 metros, mientras que actualmente se construyen 14 rascacielos adicionales de esta escala. “En Dubái, el 38,9 % del consumo total de energía está relacionado con los edificios, y el sector de los edificios de gran altura es clave para la eficiencia energética”, dijeron. “La BIPV puede ser una alternativa muy eficiente en Dubái debido a la reducción de la carga de los edificios y la generación de energía. Este trabajo tiene como objetivo investigar la eficiencia energética según el número de pisos con aplicación BIPV”.

El grupo llevó a cabo una serie de simulaciones utilizando el software EnergyPlus y TRNSYS y consideró un edificio donde todos los pisos tienen la misma dimensión: altura de 3,6 metros, superficie de piso de 400 m2 y relación ventana-pared del 80%.

“Se supuso que las principales condiciones para la simulación eran una densidad de ocupación de 0,2 personas/m2, un calor sensible de 65 W/persona y un calor latente de 54 W/persona”, agregaron. “Se supuso que la densidad de iluminación de 20,0 W/m2, la densidad de dispositivos de 22,0 W/m2 y los factores de ventilación a través de acondicionadores de aire por persona eran 35 m3/persona”.

Modelado
Los científicos supusieron que el edificio tenía una temperatura de 20 ºC para calefacción y 26 ºC para refrigeración en los días de trabajo bajo el clima de Duabi. Utilizando literatura académica previa, los científicos estimaron el consumo de energía anual del edificio en 360 kWh/m2. Se creó un modelo de referencia con una ventana fotovoltaica de doble capa (LDW) de baja emisividad (Low-E) y se consideraron cinco tipologías de sistemas BIPV.

Tres de ellos eran sistemas de sustitución de ventanas basados en módulos de película fina de silicio amorfo translúcido (a-Si). Añadieron tres configuraciones diferentes denominadas ventana fotovoltaica de doble capa (a-si DW), ventana fotovoltaica de doble capa de baja emisividad (a-si LDW) y ventana fotovoltaica triple de baja emisividad (a-si LTW).

Otra tipología de sistema BIPV fue un muro cortina fotovoltaico basado en módulos de silicio cristalino (c-si FMAT). La quinta y última opción era un sistema híbrido que combinaba el FMAT con el a-si LTW.

“Como resultado del análisis, el sistema BIPV de reemplazo de ventana es efectivo desde el piso 15, el sistema BIPV de reemplazo de pared exterior es efectivo desde el piso 12, y el tipo híbrido BIPV de reemplazo de ventana y de reemplazo de pared exterior es efectivo desde el noveno piso”, explicaron los académicos.

Comparación con fotovoltaica en tejados
También señalaron que los conjuntos BIPV no sólo añaden generación de energía al edificio sino que también reducen su carga de refrigeración y calefacción, debido a los materiales utilizados para su montaje. En el caso de la sustitución de ventanas, los científicos también descubrieron que la reducción de la carga de refrigeración y calefacción es más significativa que la generación fotovoltaica convencional en los tejados.

Las tres configuraciones de reemplazo de ventanas lograron producir 20,2 kWh/m2 anuales, mientras que la reducción de carga fue de 27,2 kWh/m2, 33,6 kWh/m2 y 34,1 kWh/m2 en los modelos a-si DW, a-si LDW y a- si LTW, respectivamente. Esto se compara con un consumo anual de 352,6 kWh/m2 en el caso del LDW básico.

En cuanto al sistema c-si FMAT, consiguió reducir la carga en 20,1 kWh/m2 y sustentar el edificio con una producción de 26,1 kWh/m2. La configuración híbrida redujo la carga en 24,9 kWh/m2 y aportó 34,9 kWh/m2 en generación.

A continuación, los científicos compararon el rendimiento de los diferentes sistemas BIPV con el de una instalación en tejado convencional, que en el edificio simulado podría ocupar una superficie de 400 m2. Descubrieron que este conjunto sólo puede ser competitivo con los conjuntos BIPV si el edificio no supera los siete pisos.

“La tasa de reducción de energía se mantiene continuamente en 17,0% cuando se aplica un tipo híbrido fotovoltaico, y este resultado es equivalente a la escala de 5 pisos (17,0%) del sistema montado en el tejado”, dijeron. “Además, en comparación con la tasa de reducción de energía del 15,5% del LTW a-si, se analizó que se mostraba la versión de la escala de 6 pisos (14,2%) del BAPV montado en el techo. C-si FMAT también mantiene una tasa de reducción de energía del 13,2% independientemente del aumento en el número de pisos, lo que se acerca al valor de la escala de 7 pisos (12,2%) del BAPV montado en el tejado”.

Sus conclusiones se presentan en el estudio “Analyzing the effectiveness of building integrated Photovoltaics (BIPV) to reduce the energy consumption in Dubai” (Analizando la eficacia de la construcción de energía fotovoltaica integrada [BIPV] para reducir el consumo de energía en Dubái), publicado en Ain Shams Engineering Journal. El grupo incluía académicos de la Universidad de Ajman de los Emiratos Árabes Unidos (EAU) y de la Universidad Príncipe Mohammad bin Fahd de Arabia Saudí.