Un nuevo estudio de la Tarea 15 del IEA PVPS, publicado en Energy & Buildings, busca corregir un sesgo persistente en la forma en que el sector concibe la energía fotovoltaica integrada en edificios: que los sistemas instalados en cubiertas, con una inclinación óptima, constituyen el punto de referencia frente al cual deben evaluarse todas las demás configuraciones BIPV y que los sistemas de fachada vertical son, en el mejor de los casos, una solución de compromiso.

La publicación, titulada “Multi-objective assessment of BIPV yield, complementarity, and economic feasibility” (Evaluación multiobjetivo del rendimiento, la complementariedad y la viabilidad económica del BIPV), plantea bajo qué condiciones el BIPV resulta realmente rentable y cuánto cuestan en términos de superficie las distintas opciones de orientación de las fachadas.

El estudio presenta uno de los conjuntos de datos comparativos más amplios recopilados hasta ahora sobre energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV): se analizaron 357 configuraciones de diseño.

Los investigadores desarrollaron un módulo BIPV estandarizado de 1 m² y realizaron simulaciones en 44 ciudades de 12 países de seis continentes, con un total de 357 configuraciones evaluadas.

En lugar de centrarse en una única configuración angular “óptima” para cada ciudad, el equipo analizó una amplia gama de inclinaciones y orientaciones para cada uno de los ocho tipos de aplicaciones BIPV —cubiertas continuas y discontinuas, tragaluces, muros cortina, fachadas ventiladas, fachadas de doble piel, balaustradas y dispositivos de sombreado— y las combinó con eficiencias que abarcan el rango comercial actual.

BIPV vertical frente a energía solar en cubiertas

Como era de esperar, los sistemas BIPV en cubiertas alcanzan su máxima producción alrededor del mediodía solar. Sin embargo, cuando los investigadores modelaron fachadas verticales orientadas al este y al oeste junto con un sistema en cubierta, mediante un algoritmo genético para optimizar el azimut en función de la alineación temporal y la uniformidad de la generación, en lugar de maximizar únicamente la producción, surgió un patrón claro: el BIPV vertical orientado al este genera más temprano durante el día, el orientado al oeste lo hace más tarde y la combinación de ambos con un sistema en cubierta aplana considerablemente la curva de generación agregada.

Los autores presentan esta característica como una auténtica herramienta de diseño, no como una solución alternativa para edificios sin espacio disponible en la cubierta, sino como una estrategia para reducir las rampas de generación, mejorar la correspondencia entre la producción solar y el perfil de demanda propio del edificio y disminuir la carga que los picos concentrados del mediodía imponen a las redes eléctricas.

El estudio concluye que buscar esta uniformidad y complementariedad apenas penaliza la producción total. Las fachadas verticales requieren una superficie mayor que una cubierta con inclinación óptima para generar la misma cantidad de electricidad, pero los autores señalan que la penalización resultante en términos de superficie se mantiene “dentro de una superficie edificatoria razonable” para la mayoría de los proyectos.

También indican que la optimización orientada a lograr complementariedad y uniformidad apenas modifica ese requisito de superficie respecto de un sistema optimizado exclusivamente para maximizar la producción. En otras palabras, los arquitectos no tienen que elegir entre un perfil de generación estable y bien distribuido y una superficie de instalación razonablemente compacta.

El estudio también cuestiona, aunque de forma moderada, la regla de diseño convencional según la cual la inclinación de los paneles debería coincidir simplemente con la latitud local. En las ciudades analizadas, la inclinación óptima para maximizar la producción anual se apartó sistemáticamente de esta convención, especialmente en latitudes más altas y en lugares con una presencia considerable de nubosidad o radiación difusa, donde inclinaciones menores captaron una mayor porción del cielo y ofrecieron mejores resultados que el ángulo “de manual” equivalente a la latitud.

En el caso específico de los sistemas integrados en fachadas, los investigadores comprobaron que las inclinaciones pronunciadas, cercanas a la vertical y de alrededor de 75°, superaban sistemáticamente a la posición totalmente vertical (90°) en la captación de irradiancia cerca del mediodía solar, aunque las instalaciones completamente verticales siguieron mostrando un buen desempeño, especialmente en latitudes más altas, donde el sol permanece bajo en el cielo durante buena parte del año.

Muchas de las configuraciones de fachadas con mejores resultados ni siquiera estaban orientadas hacia el ecuador: las superficies orientadas al este y al oeste demostraron ser útiles para captar el sol de la mañana y de la tarde, además de ofrecer a los arquitectos una mayor flexibilidad de diseño sin una penalización energética significativa.

La economía del BIPV

Uno de los aspectos en los que el artículo resulta más enfático es el tratamiento de la economía del BIPV. Los autores sostienen que los cálculos convencionales del valor actual neto (VAN) y del costo nivelado de la electricidad (LCOE) infravaloran sistemáticamente el BIPV porque lo consideran exclusivamente un activo de generación eléctrica, como una planta solar sobre suelo, e ignoran que un tragaluz, un muro cortina o una fachada ventilada BIPV también sustituyen a un material de construcción convencional, sin capacidad de generación, que el propietario habría tenido que pagar de todos modos.

Al desarrollar versiones “efectivas” del VAN, el LCOE y el período de recuperación de la inversión que reconocen este costo evitado de los materiales gracias al BIPV, el estudio concluye que la viabilidad del BIPV resulta mucho más alcanzable de lo que su reputación de “nicho costoso” podría sugerir.

El artículo también destaca un patrón entre los distintos tipos de aplicaciones que los desarrolladores probablemente considerarán intuitivo, pero que rara vez aparece cuantificado: las fachadas de doble piel y los tragaluces obtuvieron sistemáticamente los mejores resultados económicos, precisamente porque sustituyen materiales convencionales costosos, mientras que los dispositivos de sombreado quedaron rezagados porque la alternativa convencional que reemplazan es comparativamente barata.

Los autores señalan que esta diferencia implica que una misma tecnología de módulos y un mismo nivel de precios pueden resultar económicamente atractivos en un elemento del edificio y marginales en otro.

Uno de los hallazgos más destacados del informe se refiere a los factores que realmente determinan el desempeño económico del BIPV a lo largo del tiempo. El análisis de correlación identificó el crecimiento del precio de la electricidad como la variable con la relación más fuerte con el valor del proyecto a largo plazo, por encima incluso de la influencia de la propia generación eléctrica, del precio inicial de la electricidad o del precio del producto BIPV.

El análisis de sensibilidad refuerza esta conclusión al mostrar que ninguna variable de entrada determina por sí sola los resultados, ya sea el costo del módulo, la tasa de descuento o la generación. Por el contrario, es la interacción entre las variables —por ejemplo, la duración de la operación de un sistema en relación con el beneficio derivado de la sustitución de materiales, o la interacción entre la evolución de los precios de la electricidad y la tasa de descuento aplicada a los ahorros futuros— la que determina si un proyecto resulta económicamente viable.

Los autores extraen de ello una conclusión directa: reducir únicamente los precios de los productos BIPV, sin abordar conjuntamente las condiciones de financiación, los costos de instalación y las condiciones del mercado eléctrico local, probablemente no será suficiente para impulsar su adopción a gran escala.

Una herramienta de evaluación preliminar, no una respuesta definitiva

Los autores precisan que sus conclusiones tienen carácter comparativo y se basan en escenarios, en lugar de constituir predicciones para proyectos específicos. El modelo utiliza deliberadamente supuestos uniformes sobre el coeficiente de temperatura, el albedo y los factores de pérdidas para todos los tipos de aplicaciones y ciudades, con el fin de mantener la coherencia de la comparación entre regiones.

Esto significa que no incorpora variables del mundo real, como las condiciones de ventilación posterior, el autosombreado entre elementos del edificio o el comportamiento térmico específico de cada sistema de montaje, que podrían diferir significativamente entre, por ejemplo, una fachada ventilada y un muro cortina.

El artículo se presenta explícitamente como una herramienta de evaluación preliminar a escala macro para las primeras decisiones de inversión y el diseño de políticas, y reclama futuras investigaciones que incorporen detalles específicos de cada aplicación. También pide, de manera destacada, una mejor coordinación internacional en el intercambio de datos sobre los costos del BIPV, al considerar que la fragmentación de los conjuntos de datos específicos de cada ciudad ha dificultado precisamente la creación del tipo de base empírica interregional que este estudio pretende aportar.

Autor: Ignacio Landivar

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La tercera fase de la Tarea 15, destinada a prolongar las actividades durante cuatro años, comenzó en 2024. Participar en la Tarea 15 puede ser una forma de influir en la normalización del BIPV sin necesidad de pertenecer formalmente a un comité de normalización. Si es un posible participante en la Fase 3 de la Tarea 15, póngase en contacto con los codirectores de la Fase 2, Francesco Frontini (para contribuciones relacionadas con los temas “Desafíos y oportunidades del BIPV en una economía descarbonizada y circular”, “BIPV en el entorno digital”, “Productos, proyectos y demostraciones BIPV: innovación y comportamiento a largo plazo” y “Formación, divulgación y colaboración entre las partes interesadas en BIPV”) y Helen Rose Wilson (para contribuciones relacionadas con el tema “Caracterización y desempeño del BIPV: investigación internacional prenormativa”).

Este artículo forma parte de una columna mensual del programa IEA PVPS. Fue aportado por la Tarea 15 del IEA PVPS – Marco facilitador para el desarrollo del BIPV.