Energía Fotovoltaica en Edificios

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Benemérita Universidad Autónoma
de Puebla
Desarrollo de Habilidades en el uso de la Tecnología,
la Información y la Comunicación
DHTIC
Facultad de Ingeniería
Profesor: Juan Carlos Carmona Rendón
Alumno: Armando Amador Yeo
Tarea 4
“Ensayando”
Energía Fotovoltaica en Edificios

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Índice General
Introducción. 3
1. Fundamentos de energía fotovoltaica. 4
1.1. Células (Célula solar). 4
2. Módulos Fotovoltaicos. 6
2.1. Tenencias actuales. 6
2.1.1. Módulos Fotovoltaicos para su integración Arquitectónica. 7
3. Los edificios Fotovoltaicos conectados a red. 8
3.1. Parámetros de comportamiento. 9
3.1.1. Fiabilidad de los edificios con sistemas fotovoltaicos. 9
3.1.2. Seguridad de los edificios con sistemas fotovoltaicos. 10
4. Conclusión 11
5. Bibliografía 11

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Energía Fotovoltaica en Edificios
Introducción:
La energía fotovoltaica es una fuente de generación eléctrica limpia y renovable,
que por sus características, se integra muy bien en el medio urbano. Los sistemas
fotovoltaicos no producen ruido ni incluyen partes móviles, y son modulares y
fácilmente manejables como elementos de la construcción. A la ya larga
experiencia de los sistemas fotovoltaicos se une a los demás sistemas integrados
en edificios, que avalan la alta fiabilidad de estas instalaciones. Son miles los
ejemplos de sistemas fotovoltaicos integrados con éxito en muchos edificios de
Europa, Japón o los Estados Unidos. Sin embargo, en España la integración
fotovoltaica en edificios es aun escasa.
La reciente legislación que rige la conexión a la red eléctrica de sistemas
fotovoltaicos y garantiza unos sustanciales de primera y ha animado al mercado
fotovoltaico internacional a crear “huertas solares” donde instalan grandes paneles
solares a lo largo de un terreno para producir energía. Sin embargo, este
crecimiento no ha alcanzado a los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios y
cabe preguntarse porqué.
Seguramente el miedo a lo desconocido se hace más patente cuando se trata de
nuestro propio edificio. Los potenciales propietarios de estos sistemas no conocen
lo suficientemente bien lo fiable y segura que es esta tecnología.

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Edificio Solar: Parque Tecnológico, Valladolid.
1. Fundamentos de la Energía Fotovoltaica.
La unidad básica fotovoltaica es la “célula solar”, y con ella se constituyen los
“módulos fotovoltaicos”, elementos de fácil manejo que conectados entre sí
componen el generador eléctrico de una instalación fotovoltaica. Los módulos
fotovoltaicos transforman directamente la luz solar en electricidad y pueden
incluirse en la envolvente de los edificios de muy diversas maneras.
Para lograr una mejor integración arquitectónica, el diseño de estos módulos
puede ajustarse dentro de ciertos límites.
Cada tecnología fotovoltaica ofrece distintas posibilidades y, a su vez, tiene
limitaciones.
1.1 Célula Solar.
Las células solares fotovoltaicas, transforman directamente la energía solar en
energía eléctrica. Los cuales son fabricados con materiales semiconductores,
estos dispositivos absorben parte de la radiación solar que incide sobre ellos y la
transforman, con mayor o menos eficacia, en electricidad. Si se conecta una célula
solar a una carga eléctrica y se ilumina, producirá una diferencia de potencial en
esa carga y hará circular una corriente a través de ella. Bajo esta condición de
operación, la célula funciona como un
generador de energía eléctrica.

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Esquema de una célula solar
que recibe radiación solar: parte
de la energía absorbida por la
célula se transforma en una
corriente eléctrica.
Las células convencionales están
fabricadas con obleas (finas láminas) de
silicio cristalino de unos 100 centímetros
cuadrados de superficie y unas décimas de milímetro de espesor. Sobre el silicio
se deposita una capa fina anti reflectante que mejora su rendimiento y da a cada
célula un tono azulado. Sobre esa capa se imprime una malla metálica que
constituye el contacto de la cara expuesta al sol.
Existen dos tipos básicos de células solares: Las de silicio “mono-cristalino” y las
de silicio “multi-cristalino”. Las primeras logran algo más de rendimiento que las
segundas, aunque la diferencia depende del fabricante; además, tienen un
aspecto más obscuro, debido a que su superficie está texturizada para conseguir
atrapar mejor la luz. Otra diferencia es que las células multi-cristalinas tienen las
esquinas biseladas, puesto que se obtienen a partir del corte de barras de silicio
de sección circular.
Vista frontal de dos células solares convencionales de
silicio cristalino. La más obscura (izquierda) es de
silicio mono-cristalino y la cuadrada de aspecto irisado
(derecha), de silicio multi-cristalino.
En ambas se distingue la malla de metalización (líneas
verticales) y las tiras de interconexión entre células.

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2. Módulos Fotovoltaicos.
Las células solares suelen tener valores de tensión bajos para la mayoría de las
aplicaciones. Por ese motivo se conectan en serie o más bien en paralelo para conseguir
mayores corrientes y constituyen, una vez encapsuladas, una unidad de generación
eléctrica llamada “modulo fotovoltaico”.
El comportamiento eléctrico de un módulo es similar al de las células que lo constituyen.
En términos energéticos, los parámetros eléctricos principales de un módulo fotovoltaico
son la “potencia pico” y el “rendimiento”.
La “potencia pico” es la máxima potencia que es capaz de generar un módulo bajo
condiciones estándar de iluminación y temperatura (1,000 vatios por metro cuadrado de
irradiación solar y atmosfera estándar y 20 grados centrifugados de temperatura del
módulo).
El “rendimiento” se define como el cociente entre la potencia máxima y la potencia
luminosa que recibe el módulo.
A mayor rendimiento, más generación de potencia por unidad de superficie. Por ejemplo,
un módulo de 1 metro cuadrado que tenga un 15% de rendimiento genera una potencia
de 150 vatios bajo un sol de 1,000 vatios por metro cuadrado. Para estimar la cantidad de
energía producida por ese módulo durante un tiempo determinado, se multiplica esa
potencia (150 vatios) por la energía solar de referencia, es decir la irradiación total
recibida en kilovatios-hora por metro cuadrado dividida entre 1,000. A este valor
normalizado de irradiación se le denomina también número de “horas pico”.
2.1 Tendencias Actuales.
Al principio la tecnología dominante fue el silicio mono-cristalino, desde hace unos
cuantos años la producción mundial está dominada por los módulos se silicio
multi-cristalino. Estos ponen ahora más de la mitad del mercado mundial y la
mayor parte se fabrican en Japón. Los módulos se silicio mono-cristalino han

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pasado a un segundo puesto y actualmente representa algo menos de un tercio
del total de la producción.
Esta nueva redistribución del mercado se debe a que se están consiguiendo
módulos de silicio multi-cristalino con rendimientos muy aceptables a precios más
baratos que los de silicio mono-cristalino.
Actualmente, el desarrollo de materiales para células de silicio se centra en la
reducción del espesor de las células, en la mejora de su rendimiento y en el
abaratamiento de costes de fabricación.
Así mismo se intensifica la investigación y la comercialización de las tecnologías
de lámina delgada. En cuanto al diseño de los módulos fotovoltaicos, la variación
en aspectos y tamaños es da vez mayor, y se adapta a las necesidades de su
integración arquitectónica.
2.1.1 Módulos Fotovoltaicos para su Integración
Arquitectónica.
Posibilidad de diseño.
Existen diversas posibilidades para adecuar el diseño del módulo a las
necesidades de cada aplicación arquitectónica. Algunas de las características
pueden variarse dentro de ciertos límites, son las siguientes:
 Tamaño y forma del módulo.
 Estructura constructiva del módulo.
 Forma y tamaño de las células.
 Color de las células y de la cubierta posterior.
 Transparencia del módulo.
 Número de células y su disposición en el módulo,
Hay que tener en cuenta que muchas de las variaciones afectan al rendimiento
eléctrico de los módulos. Así, una mayor transparencia implica un menor

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rendimiento. A su vez, la transparencia afecta el coeficiente de transmisión térmica
del módulo y en definitiva, tiene cierto efecto en el balance energético global del
edificio.
3. Los Edificios Fotovoltaicos Conectados a Red.
Los elementos fundamentales de un sistema fotovoltaico son los módulos, pero
existen otros componentes que completan el sistema y que es preciso conocer al
menos a grandes rasgos. Aunque en el diseño final del edificio sólo los módulos
están en la envolvente, debe tenerse en cuenta el sistema completo.
La inmensa mayoría de los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios están
conectados a la red eléctrica. El gran potencial de la integración arquitectónica en
los edificios se encuentra en las zonas urbanas de los países desarrollados, donde
se incentiva la conexión a red de los sistemas fotovoltaicos mediante primas o
sub-convenciones, y donde existen más posibilidades de integrar a los módulos
fotovoltaicos desde un punto de vista arquitectónico y estético.
Fachadas Fotovoltaicas con
módulos y conectada a la red
eléctrica.

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3.1 Parámetros de Comportamiento
Con el fin de poder evaluar el funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos y de
compararlos entre sí, se definen a continuación una seria de parámetros
característicos de comportamiento:
 Energía de referencia: Irradiación solar recibida en el plano del panel
fotovoltaico, dividida por la irradiación de referencia de 1,00 vatios por
metro cuadrado; se expresa en número de horas y se denomina también
“horas pico” durante un periodo de tiempo. Una irradiación diaria de 4,200
vatios-hora sobre una superficie equivale a d.2 horas pico durante el día.
 Productividad del Generador Fotovoltaico durante un periodo de tiempo:
Energía útil generada por el generador durante ese tiempo por unidad de
potencia instalada; tiene en cuenta sólo las perdidas en el generador.
 Productividad final del sistema fotovoltaico durante un periodo de tiempo
(final yield): energía útil generada durante ese tiempo por el sistema de
unidad de potencia instalada; tienen en cuenta las perdidas en el sistema
completo.
 Rendimiento característico del sistema fotovoltaico: energía útil generada
por un sistema fotovoltaico, dividida por la máxima teórica, esta última
calculada atendiendo solo a la irradiación recibida por el generador
fotovoltaico y a su potencia.
3.1.1 Fiabilidad de los edificios con sistemas
fotovoltaicos:

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La ausencia de defectos o fallos en los sistemas fotovoltaicos integrados en
edificios es una de las claves del éxito futuro de esta aplicación a gran escala. A
partir de la experiencia recogida en instalaciones de diferentes potencias de 1 y 5
kilovatios, se deduce que los fallos de los sistemas fotovoltaicos conectados a red
han disminuido.
Los defectos o fallos en los sistemas analizados se pueden producir en las tres
fases del proyecto: diseño, instalación y operación. Sin duda, un buen diseño
contribuye a mejorar el rendimiento de un sistema fotovoltaico. Si una instalación
es diseñada y montada correctamente, y se realiza el mantenimiento adecuado, se
pueden esperar rendimientos globales del sistema cada vez más altos, próximos
al 80%y tiempo de vida útil de más de 30 años.
El inversor es el principal motivo de fallo de las instalaciones fotovoltaicas
conectadas a red, aunque en algunos casos esto es debido al mal funcionamiento
de la red eléctrica local. La mejora de fiabilidad de los inversores es notable en los
últimos años, lo que reducido incidencias de fallo.
3.1.2 Seguridad de los edificios con sistemas
fotovoltaicos.
La instalación fotovoltaica de un edificio debe cumplir la normativa vigente en
cuanto a protecciones y seguridad, lo que garantiza la ausencia de riesgos para
las personas, los quipos y la propia red eléctrica. Debe cumplirse el reglamento
electrotécnico para baja presión y, en concreto, las instrucciones técnicas
complementarias que son aplicables a la instalación eléctrica. Así mismo se
acatará la normativa técnica aplicable a las instalaciones fotovoltaicas.
En caso de que la red se desconecte del sistema por avería u otra anomalía, es
necesario que el inverso deje de funcionar, para evitar así lo que se llama
operación del sistema en “modo isla”, que puede no solo dañar las cargas de
instalación, sino poner en peligro al personal encargado del mantenimiento de la
red. Por tanto, cuando salten las protecciones y se desconecte la red, deben saltar

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también las protecciones del sistema fotovoltaico. La batería es el elemento más
delicado en cuanto a seguridad y mantenimiento. Debe reservarse un espacio con
ventilación al exterior para la ubicación de la batería.
4. Conclusión:
Las células fotovoltaicas, no solo están limitadas para las grandes empresas o
personas que poseen un terreno de grandes dimensiones para colocar los paneles
solares, es posible utilizar la energía fotovoltaica en construcciones ya sean
edificios o en viviendas propias, solo es llegar a conocer la información necesaria
y asesorarse con las empresas que vendan dicha tecnología, que se utilizaría para
ahorrar en la economía del consumo eléctrico y como ayuda al medio ambiente de
forma general. Al ser nueva a nivel mundial a la tecnología es desconocida para
una gran parte de las personas pero se debe dar a conocer la seguridad de la
fuente fotovoltaica para implementar su uso confiable en la vida diaria. Pero con
solo conocer la seguridad y las ventajas que nos proporciona esta revolucionaria
energía, puede ser implementada en cualquier lugar y hacer una vida con mayor
facilidad en el ámbito energético.
Bibliografías:
1. Nuria Martin. (2012). La Envolvente Fotovoltaica en Arquitectura. España:
Reverte.
2. Perpiñán, O. & Colmenar, A. (2012) 2.1 funcionamiento de una célula solar.
Diseño de Sistemas Fotovoltaicos (pp. 33-35) España: Progensa
3. DISEÑO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS, Autores: O. Perpiñán, A.
Colmenar y M. Castro. Año 2012 (1ª Edición).