Contribución a la mejora de la integración de la energía solar fotovoltaica en edificios

La aplicación de los sistemas fotovoltaicos a la edificación como sistemas constructivos multifuncionales es una de las formas de aprovechamiento de la energía solar más óptima desde el punto de vista arquitectónico y urbanístico. Los módulos fotovoltaicos específicos para integración arquitectónica en la envolvente edificatoria deben responder a todas las demandas funcionales requeridas y, por tanto, deben cumplir con las especificaciones exigidas por la normativa técnica y legal. Esta información técnica tiene una doble finalidad. Por un lado, permite comparar las cualidades de los diferentes productos y verificar su idoneidad. Por otro lado, cada día se demanda una información técnica más detallada y realista con objeto de ensayar a priori, mediante simulación informática, distintas soluciones constructivas y evaluar sus rendimientos, permitiendo así, la selección de la más óptima desde el punto de vista de la eficiencia energética, por ejemplo. Sin embargo, esta información detallada y realista que se da teniendo en cuenta las particulares condiciones de operación es escasa a día de hoy, así como los medios específicos para obtenerla y las herramientas para utilizarla de forma conjunta y unificada. En esta tesis se analizan estos productos y las técnicas de caracterización habituales en los ámbitos de la energía solar fotovoltaica y de la edificación, y se lleva a cabo la caracterización de un conjunto representativo de muestras con diferentes tecnologías de célula fotovoltaica. Finalmente, se utilizan los resultados de esta caracterización en un programa de simulación energética de edificios para comprobar su utilidad y aplicabilidad. Las técnicas de caracterización utilizadas se basan en la normativa técnica vigente y en los trabajos que, sobre los distintos aspectos y factores, se han realizado más allá de esta hasta el momento. La caracterización se ha realizado en tres aspectos separados, pero que están relacionados: El comportamiento eléctrico de los módulos, su comportamiento óptico y su comportamiento térmico. Los tres tienen incidencia sobre el balance energético global del edificio donde se integren y viceversa. Los agentes externos y el recurso solar disponible son los que dictan, en mayor medida, dichos comportamientos. La simulación energética del edificio elegido se desarrolló con los programas EnergyPlus y System Advisor Monitor (SAM) del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los EE.UU. (NREL-DOE)..

Caracterización óptica de módulos fotovoltaicos semitransparentes de a-Si para integración en edificios comerciales

La inferencia del rendimiento final que los sistemas fotovoltaicos multifunción para edificación, más conocidos como Buiding Integrated PhotoVoltaics (BIPV), es decir, su funcionamiento y la viabilidad de los mismos, es hoy posible gracias a las herramientas de simulación disponibles. Estas requieren del conocimiento previo de los parámetros característicos de dichos elementos fotovoltaicos. Unos son obtenidos por mediciones directas o indirectas en el laboratorio, y otros mediante su monitorización en condiciones de funcionamiento reales. En este trabajo se ha abordado la caracterización óptica de los módulos fotovoltaicos comerciales de capa fina (a-Si) que están siendo utilizados en un proyecto propio del IES, en el cual se estudian estos aspectos. La característica más destacada de estos módulos es la gradación en su transparencia para adecuarlos a la integración como envolventes tipo muro cortina en edificios del sector terciario. En particular, el objetivo de este trabajo ha sido la medición de la transmitancia y la reflectancia espectrales, en los rangos UV/Vis/NIR, tanto en incidencia normal como bajo otros ángulos más próximos a los de operación. Con los resultados obtenidos, se han calculado los valores de la radiación reflejada y la transmitida, totales y por rangos UV, Vis y NIR, lo que permite la correcta caracterización de los módulos fotovoltaicos integrados en fachadas y la posterior evaluación de su impacto sobre el rendimiento eléctrico, térmico y la iluminación en un edificio

Optical characterisation of semi-transparent PV modules for building integration

A complete characterisation of PV modules for building integration is needed in order to know their influence on the building’s global energy balance. Specifically, certain characteristic parameters should be obtained for each different PV module suitable for building integrated photovoltaics (BIPV), some by direct or indirect measurements at the laboratory, and others by monitoring the element performance mounted in real operating conditions. In the case of transparent building envelopes it is particularly important to perform an optical and thermal characterization of the PV modules that would be integrated in them. This paper addresses the optical characterization of some commercial thin-film PV modules having different degrees of transparency, suitable for building integration in façades. The approach is based on the measurement of the spectral UV/Vis/NIR reflectance and transmittance of the different considered samples, both at normal incidence and as a function of the angle of incidence. With the obtained results, the total and zoned UV, visible and NIR transmission and reflection values are calculated, enabling the correct characterization of the PV modules integrated in façades and the subsequent evaluation of their impact over the electrical, thermal and lighting performance in a building

Luminous and solar characterization of PV modules for building integration

The optical characterization of different PV modules for integration in buildings (BIPV) is presented in this paper. The investigated PV modules are laminated glasses (PV laminates) suitable for integration in façades and windows. They are made of different PV cell technologies and some of them present a certain transparency degree, making possible to combine daylighting properties with solar control and electrical generation. The approach is based on spectral UV/vis/NIR reflectance and transmittance measurements of the different considered samples, both at normal incidence and as a function of the angle of incidence when it is possible. The European standard protocols are used to determine the luminous and the solar characteristics of each sample, enabling the optical assessment of these PV modules as building elements. The results indicate the good properties of PV laminates in terms of daylighting and solar control capabilities allowing a feasible efficient integration in building façades and windows. The obtained characteristic parameters can be used to simulate the influence in the energy balance of a building of different types of PV modules integrated in façade or window elements. © 2015 Elsevier B.V. All rights reserved

Energy saving potential of semi-transparent photovoltaic elements for building integration

Within the building energy saving strategies, BIPV (building integrated photovoltaic systems) present a promising potential based on the close relationship existing between these multifunctional systems and the overall building energy balance. Building integration of STPV (semi-transparent photovoltaic) elements affects deeply the building energy demand since it influences the heating, cooling and lighting loads as well as the local electricity generation. This work analyses over different window-to-wall ratios the overall energy performance of five STPV elements, each element having a specific degree of transparency, in order to assess the energy saving potential compared to a conventional solar control glass compliant with the local technical standard. The prior optical characterization, focused to measure the spectral properties of the elements, was experimentally undertaken. The obtained data were used to perform simulations based on a reference office building using a package of specific software tools (DesignBuilder, EnergyPlus, PVsyst, and COMFEN) to take proper account of the STPV peculiarities. To evaluate the global energy performance of the STPV elements a new Energy Balance Index was formulated. The results show that for intermediate and large façade openings the energy saving potential provided by the STPV solutions ranges between 18% and 59% compared to the reference glass