La controversia sobre la clasificación de resistencia al fuego de los sistemas BIPV

La seguridad contra incendios, un tema clave para el BIPV

Pocos temas han transformado la construcción europea en la última década de manera tan profunda como el comportamiento frente al fuego de las fachadas de los edificios. Incendios de gran repercusión, como el de la Torre Grenfell en Londres y, más recientemente, el de la torre Campanar en Valencia, han situado el comportamiento frente al fuego de los materiales de las paredes exteriores (y las certificaciones que lo acreditan) en el centro del debate. Las consecuencias directas han sido claras, especialmente para los edificios de gran altura: una selección más cuidadosa de los materiales de envolvente y del diseño de los sistemas, clasificaciones más exigentes y una revisión permanente de las normas y métodos de ensayo en Europa.

La fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés) llega de lleno a este entorno regulatorio cada vez más estricto. Los fabricantes de BIPV buscan cada vez más alcanzar las clases más altas de reacción al fuego. Recientemente ha surgido una controversia porque ciertos productos —en varios casos procedentes de otras regiones y comercializados en Europa— se promocionan con una clasificación de reacción al fuego «Clase A», el grado de «no combustible» que muchos países exigen actualmente para las fachadas de edificios de gran altura. En el contexto europeo, hacer referencia a una «Clase A» sin indicar la norma utilizada para obtenerla genera confusión, porque alcanzar un comportamiento «no combustible» conforme a la clasificación europea EN 13501-1 resulta realmente difícil para un sistema BIPV, y existen dudas bien fundamentadas sobre su viabilidad debido al contenido de polímeros presente en cualquier módulo.

Qué mide realmente la «reacción al fuego»

En Europa, la reacción al fuego de los productos de construcción se clasifica conforme a la norma EN 13501-1, que los ordena en euroclases desde A1 (sin contribución al fuego), pasando por categorías intermedias, hasta F (sin comportamiento determinado o fácilmente inflamable). La clasificación se basa en una familia de ensayos y, para obtener la denominada «Clase A», es necesario superar el ensayo de no combustibilidad (EN ISO 1182), la determinación del poder calorífico bruto mediante calorímetro de bomba (EN ISO 1716) y el ensayo de objeto único en combustión (EN 13823, conocido universalmente como ensayo SBI). Las clases inferiores siguen una vía distinta, basada en el ensayo de inflamabilidad con pequeña llama (EN ISO 11925-2), que no forma parte del procedimiento para obtener la clasificación A2 y, por ello, no se aborda aquí. En esencia, cada ensayo mide un aspecto diferente de la respuesta de un producto al calor y a la llama.

La confusión suele comenzar cuando se mezclan clasificaciones procedentes de distintos marcos normativos. La clasificación china GB 8624 utiliza métodos estrechamente relacionados e incluso informa una categoría «A (A2)», mientras que en Norteamérica se emplean referencias completamente diferentes, como ASTM E84 o la serie UL, que también utilizan la denominación «Clase A» para los productos de mayor desempeño. Una calificación obtenida bajo un sistema no se traduce automáticamente a otro, y un certificado que cita varios marcos normativos de forma conjunta puede transmitir una impresión de equivalencia que los ensayos subyacentes no respaldan. De hecho, una clasificación Clase A conforme a ASTM E84 no equivale directamente a una clasificación A2-s1,d0 según EN 13501-1.

Conviene aclarar el alcance de esta discusión: se refiere a la reacción al fuego en fachadas. El comportamiento frente al fuego exterior de las cubiertas se rige por un marco normativo distinto (EN 13501-5), que no forma parte de la controversia sobre la Clase A y, por ello, no se aborda en este artículo.

En Europa, las especificaciones de reacción al fuego son establecidas por los códigos nacionales de construcción de cada país, que normalmente vinculan la clase mínima exigida con la altura y el uso del edificio. Para los edificios de baja altura, el requisito suele ser relativamente modesto, pero en las fachadas de edificios altos muchos códigos nacionales exigen una clasificación A2 o superior. Ese umbral es precisamente el que determina si un producto puede utilizarse o no y explica por qué la etiqueta «Clase A» tiene un peso comercial tan importante.

La vía hacia la clasificación A2 y por qué los módulos fotovoltaicos laminados vidrio-vidrio tienen dificultades para alcanzarla

Un módulo BIPV es un producto compuesto por varias capas, formado normalmente por un vidrio templado frontal, al menos dos capas de encapsulante polimérico que envuelven las células solares y un vidrio posterior (que en algunos casos se sustituye por una lámina posterior de polímero), además de una caja de conexiones y el cableado que permite integrar el sistema en cadenas (strings). La norma EN 13501-1 trata este tipo de productos considerando cada uno de sus componentes. La vía para obtener una clasificación A2, simplificada en el diagrama de flujo correspondiente, combina dos requisitos que deben cumplirse simultáneamente.

En primer lugar, el módulo debe superar el ensayo SBI (EN 13823), que expone el producto a la llama de un quemador y limita la velocidad de crecimiento del fuego (FIGRA), la cantidad de calor liberado durante los primeros diez minutos (THR) y la propagación de las llamas. En segundo lugar, dado que un módulo es un producto no homogéneo, cada uno de sus componentes sustanciales debe superar un requisito de no combustibilidad, demostrado mediante el ensayo de no combustibilidad (EN ISO 1182) o mediante el ensayo de poder calorífico (EN ISO 1716), dependiendo de si se considera un material sustancial o no sustancial dentro de la configuración del módulo BIPV ensayado. Cualquiera de las dos vías es válida, pero el umbral debe cumplirse para cada componente sustancial, y es precisamente este segundo requisito el que los módulos BIPV tienen dificultades para satisfacer.

Por qué es difícil creer en una clasificación A2 para los sistemas BIPV de vidrio laminado

La razón es el encapsulante. Independientemente de cómo se clasifique según la norma EN 13501-1, los polímeros que unen las partes de un módulo (EVA, PVB o alternativas de poliolefina) no superan la prueba que se les aplica. Al tratarse de una capa sustancial, el encapsulante debe pasar la prueba de incombustibilidad, EN ISO 1182, en la que una muestra de polímero se enciende y mantiene la llama, por lo que no cumple con los criterios de aprobación. Al tratarse de una capa delgada y no sustancial (< 1 mm y < 1 kg/m²), se evalúa en cambio según el valor calorífico conforme a la norma EN ISO 1716, comparando con un límite de PCS de 4,0 MJ/m² para la capa de encapsulante y de 3,0 MJ/kg para el sándwich de vidrio-vidrio. Los encapsulantes fotovoltaicos liberan del orden de 40 MJ/kg, e incluso una sola película estándar contiene mucha más energía por metro cuadrado de la que permite ese límite: las dos capas de EVA de un módulo típico, de alrededor de 0,9 mm en total, suman aproximadamente 34 MJ/m², unas ocho veces el límite. No se trata de un exceso marginal, sino de una diferencia de un orden de magnitud intrínseca al material. La gran masa de vidrio inerte diluye la cifra cuando se promedia el calor por kilogramo de todo el producto, razón por la cual un valor para el producto completo puede parecer engañosamente bajo; pero la contribución calorífica de la capa de polímero en sí, medida por unidad de superficie, se mantiene muy por encima del umbral, sea cual sea la configuración del vidrio. En otras palabras, cualquiera de las dos vías conduce al mismo resultado.

En principio, se podría intentar cumplir con el límite de superficie utilizando menos encapsulante. Pero las cifras indican que esto es un callejón sin salida: cumplir con los 4,0 MJ/m² requeriría reducir el espesor total del polímero a aproximadamente una décima de milímetro, cerca de una décima parte de lo que tiene un módulo BIPV en funcionamiento en el mejor de los casos. Con ese espesor, el encapsulante ya no puede cumplir su función: no puede fijar las celdas, absorber el estrés térmico, sellar contra la humedad ni aislar eléctricamente el circuito. La única forma de cumplir con el criterio calórico sería eliminar tanto encapsulante que el laminado dejaría de funcionar como un módulo fotovoltaico seguro y confiable. En la práctica, un módulo convencional de vidrio laminado no puede alcanzar una clasificación A2 sin sacrificar su función como dispositivo fotovoltaico.

Esto no es exclusivo de la energía fotovoltaica. El vidrio laminado arquitectónico estándar, unido con PVB o EVA, suele clasificarse como B-s1,d0, y la razón es la misma: el valor calorífico de la capa intermedia siempre excede el límite A2. La literatura publicada sobre vidrio laminado llega a esta misma conclusión. Unos pocos productos de vidrio laminado sí cuentan con la clasificación A2, pero solo al reemplazar la capa intermedia común por una diseñada para resistir el fuego, como las capas rellenas de gel diseñadas para suprimir la contribución orgánica. La aplicación de dichos materiales en módulos BIPV dista mucho de ser sencilla. Las especificaciones del encapsulante de los módulos BIPV son más exigentes que las del vidrio laminado arquitectónico pasivo: debe mantener la transparencia óptica, bloquear los rayos UV, resistir el calor y la humedad, y aislar eléctricamente las celdas solares, todo al mismo tiempo. La industria del BIPV aún no ha demostrado la existencia de un encapsulante que cumpla con todos esos requisitos y que además supere las pruebas de la clase A2. Un producto BIPV fabricado como vidrio laminado debería, en el mejor de los casos, clasificarse como su equivalente arquitectónico convencional, ya que agrega material combustible que el vidrio simple no tiene: las celdas, el cableado y la caja de conexiones. Afirmar que el módulo BIPV supera eso y alcanza la categoría de no combustible va en contra tanto de su propia lista de materiales como de lo que la industria del vidrio ya sabe.

Como parte de nuestro trabajo de diligencia debida técnica para fabricantes y prescriptores, el Instituto Becquerel ha revisado varios certificados A2-s1,d0 para módulos BIPV y ha encontrado razones prácticas para actuar con cautela. En uno de ellos, el objeto de prueba se describe en un lugar como el módulo completo y en otro como una sola capa, lo que deja sin aclarar cómo se llevó a cabo la prueba. En otros casos, la clasificación se obtuvo bajo un marco no europeo, pero se presentó de tal manera que parece un resultado de la norma EN 13501-1. Y, en general, los informes no muestran el componente combustible (es decir, el encapsulante), lo que sugiere que nunca se evaluó por sí solo; la evidencia de incombustibilidad que contienen es consistente con que solo el vidrio haya pasado la prueba. Tal como se presentan, no es posible verificar a partir de ellos una declaración de A2 o «Clase A» según la norma EN 13501-1 para el módulo terminado, por muy reconocido que sea el laboratorio que figura en el membrete.

En el caso de una fachada, la verdadera cuestión es una cuestión de sistema

La clasificación de reacción al fuego caracteriza cómo responde un producto al calor y a las llamas, pero no refleja cómo se comporta una fachada completa e instalada en caso de incendio. En pruebas a escala intermedia, como la SBI, quedan sin respuesta preguntas tales como cómo se propaga el fuego a través de la pared, y a qué velocidad o de qué manera se propaga a través del sistema. Esto es especialmente importante en el caso del vidrio fotovoltaico, que tiende a fracturarse y fragmentarse en caso de incendio: una clasificación SBI no puede revelar la rotura del vidrio ni la caída de escombros que ocurren en condiciones reales, lo cual puede comprometer la evacuación y abrir nuevas vías para que el fuego se propague.

Los ensayos de sistemas a gran escala son el mejor enfoque para demostrar el desempeño de un sistema de fachada en caso de incendio. Métodos como la norma BS 8414, la NFPA 285, la norma nórdica SP FIRE 105 y la norma francesa LEPIR2 someten un conjunto completo e instalado (módulos BIPV, marcos, cavidades, fijaciones, barreras y juntas) a una carga de fuego severa, y caracterizan el sistema en una configuración más representativa y realista. Algunos sistemas de fachadas de vidrio BIPV ya han superado dichos ensayos, demostrando que una envolvente fotovoltaica puede cumplir con los mismos criterios de referencia de incendio a escala real que se utilizan para los revestimientos convencionales líderes. Las investigaciones independientes apuntan en la misma dirección: evaluaciones recientes a gran escala identifican la propagación del fuego en las cavidades, la rotura del vidrio, la combustión del encapsulante y la caída de escombros como los verdaderos riesgos. Todos ellos son fenómenos a nivel del sistema que no se detectan en un ensayo de materiales.

La clasificación de reacción al fuego de la norma EN 13501-1 y una calificación de sistemas a gran escala, como las de la norma BS 8414 o la NFPA 285, no son puntos en una misma escala. Responden a preguntas diferentes: una sobre la reacción de un producto ante el fuego y la otra sobre la resistencia de un conjunto completo a la propagación del fuego.

Hacia normas armonizadas

En los últimos años, el tema de la seguridad contra incendios de los sistemas BIPV ha cobrado importancia dentro de la comunidad de investigación. Proyectos europeos como BIPVBOOST, SEAMLESS-PV, MASS-IPV o INCREASE, entre otros, han liderado actividades de investigación centradas en la seguridad contra incendios. Estos proyectos de investigación y desarrollo han contribuido a una mejor comprensión de los riesgos, al desarrollo de nuevos procedimientos de prueba adaptados a las particularidades de estos productos de construcción multifuncionales, y también han llevado el debate a los foros de normalización en curso a nivel de la IEC y la ISO.

La Tarea 15 del PVPS de la AIE cuenta con una actividad dedicada a la seguridad contra incendios de los sistemas BIPV. Un grupo internacional de expertos ha revisado recientemente las disposiciones de seguridad contra incendios para fachadas BIPV en diversos países. Las conclusiones preliminares sugieren que, en la actualidad, el BIPV se evalúa en gran medida dentro de los marcos de fachadas diseñados para materiales convencionales. Ningún país ofrece aún métodos de prueba completos y repetibles específicos para el BIPV.

En cuanto a las metodologías de ensayo, el análisis sugiere que el ensayo SBI no está bien adaptado al revestimiento BIPV, ya que el tamaño de su muestra es menor que el de un módulo BIPV típico y carece de protocolos para definir la ubicación de las cajas de conexión y los cables, que son los componentes combustibles ubicados en la cavidad detrás de una fachada. A la fecha, algunos países restringen los sistemas fotovoltaicos de fachada a módulos de vidrio-vidrio y descartan los diseños con lámina posterior de vidrio, mientras que otros están recurriendo a pruebas de propagación a escala intermedia o a gran escala como una vía alternativa para cumplir con los requisitos.

El grupo internacional de expertos identifica la armonización como un elemento clave para aportar claridad a este tema complejo: alinear los métodos de prueba, los sistemas de clasificación y los criterios de desempeño a nivel europeo y entre los países miembros de la AIE. A mediano plazo, eso también significa enfrentar una particularidad más profunda: un módulo fotovoltaico es un elemento eléctricamente activo que permanece energizado siempre que brilla el sol, una realidad que las pruebas actuales de revestimientos pasivos no reflejan y que la investigación y el desarrollo apenas están comenzando a abordar.

El costo oculto para la industria del BIPV

El BIPV tiene un papel fundamental que desempeñar en la arquitectura y los sistemas energéticos de las próximas décadas, y puede implementarse de manera segura. Sin embargo, a medida que su adopción crece en muchos mercados, ese crecimiento debe basarse en una comunicación clara y justa sobre la seguridad. Mencionar una clase de reacción al fuego sin indicar la norma de referencia que se aplica en el lugar donde realmente se instalará el producto, o extrapolar los resultados de una muestra favorable al módulo terminado, no es un atajo de mercadotecnia inofensivo. Puede llevar a que se instale un producto en un edificio que, de otra manera, habría sido excluido por el código aplicable.

La confusión actual en torno a la «Clase A» conlleva varios costos. Pone en juego la reputación de toda la industria del BIPV: un solo sistema mal clasificado en un edificio donde no debería estar, descubierto por una inspección o un incidente, puede dañar la confianza que la tecnología apenas ha comenzado a ganarse en el sector de la construcción. Genera un riesgo real para la seguridad, al colocar un producto en una fachada que, de otra manera, el código aplicable habría excluido. Y distorsiona la competencia, penalizando la honestidad: ante dos hojas de datos técnicos, un prescriptor tenderá a elegir una clasificación A2 en lugar de una B-s1,d0, incluso cuando la A2 no esté fundamentada y la B-s1,d0 sea el límite máximo verdadero y verificado.

Becquerel Institute brinda apoyo a fabricantes de BIPV, prescriptores, propietarios de edificios e inversionistas que necesitan una opinión independiente y experta sobre las tecnologías BIPV, su desempeño, el desarrollo del mercado, los requisitos y regulaciones de cada país, la competitividad o la viabilidad. Si te interesa saber más sobre los beneficios de las tecnologías BIPV, ponte en contacto con José María Vega de Seoane, director general de Becquerel Institute España.

Autor: José María Vega de Seoane.

El Becquerel Institute es una empresa de consultoría estratégica y un instituto de investigación aplicada especializado en energía solar fotovoltaica y transición energética. Fundado en Bruselas en 2014, con oficinas regionales en Francia, Italia y España, brinda asesoría estratégica en todos los segmentos de la cadena de valor fotovoltaica y es un socio reconocido en programas de investigación europeos e internacionales.