Què fa que els sistemes BIPV siguin compatibles amb les façanes dels edificis?

Què és la tecnologia BIPV? Definició, tipus i principals diferències respecte als sistemes fotovoltaics tradicionals

Els sistemes fotovoltaics integrats en edificis (BIPV) incorporen la generació solar directament en elements arquitectònics —com ara cobertes, façanes, finestres i revestiments— substituint materials constructius convencionals en lloc de muntar-se sobre ells. A diferència dels sistemes fotovoltaics (PV) tradicionals instal·lats en en estructures existents (coneguts com a BAPV, o fotovoltaics aplicats a edificis), els sistemes BIPV compleixen simultàniament funcions estructurals i de generació d’energia.

Les tecnologies fonamentals inclouen silici monocristal·lí i policristal·lí per a una elevada eficiència i durabilitat; opcions de capes fines com el CIGS i el CdTe per a una integració flexible i lleugera; cel·les fotovoltaiques emergents de perovskita i orgàniques que ofereixen transparència i color ajustables; i cel·les solars sensibilitzades per colorant (DSSC) optimitzades per a condicions de llum difusa i escassa.

En substituir materials constructius convencionals, les instal·lacions fotovoltaiques integrades en edificis (BIPV) redueixen els costos de materials i mà d’obra, alhora que generen electricitat neta. Per exemple, les façanes BIPV basades en vidre proporcionen aïllament tèrmic, control de la lluminositat natural i generació d’energia in situ en un sol component.

Les principals diferències entre les instal·lacions fotovoltaiques integrades en edificis (BIPV) i les instal·lacions fotovoltaiques addicionals en edificis (BAPV) són sistèmiques, no només estètiques:

Els projectes més avantguardistes d’avui en dia implementen sistemes FV integrats a les cobertes solars, façanes-llindes i revestiments, transformant superfícies passives en actius renovables actius.

Consideracions sobre el rendiment i el disseny dels sistemes FV integrats: eficiència, estètica i integració estructural

Producció d’energia respecte a la intenció arquitectònica

Conseguir l'equilibri adequat entre la generació d'energia i la creació d'una bona arquitectura requereix una planificació que comenci al principi del procés de disseny. La manera com es col·loquen els panells, el grau de inclinació, què projecta ombres sobre ells i fins i tot la forma de les superfícies afecten la quantitat d'electricitat que es produeix. Tanmateix, aquests aspectes tècnics han de funcionar al costat de consideracions visuals estètiques i de les limitacions espacials. Segons una recerca publicada l’any passat per SERI, els edificis en què les instal·lacions fotovoltaiques s’integren directament a l’estructura generen aproximadament un 22 % més d’energia anualment en comparació amb aquells en què els panells solars s’afegeixen posteriorment com una mesura addicional. Per assolir aquest augment de rendiment, els arquitectes han de treballar conjuntament amb enginyers i experts en modelització de sistemes energètics des de les primeres fases del disseny. Quan es fa correctament, els components solars es converteixen en part integrant del caràcter de l’edifici, en comptes de destacar com elements desproporcionats o d’interferir en el funcionament diari dels espais.

Opcions de material: vidre, cobertes, façanes i revestiments

Els materials BIPV estan dissenyats per complir simultàniament funcions estructurals i elèctriques en els principals elements de la closca d’un edifici:

• Vidre : Vidratge fotovoltaic —transparent, semitransparent o tintat— per a finestres i murs cortina, que proporciona il·luminació natural, control tèrmic i generació d’energia
• Cobertes : Teules i xapes solars que imiten perfils de pissarra, terracota o metall, amb una eficiència del mòdul del 15–20 % i que compleixen les normatives de resistència al foc i a les càrregues de vent
• Façanes : Panells de revestiment personalitzats disponibles en diversos colors, textures i graus de transparència, que transformen les superfícies verticals en generadors distribuïts d’energia
• Revestiment metàl·lic/compost : Solucions BIPV robustes i resistents a les intempèries, adequades per a entorns amb vents forts o amb alta corrosivitat

El comportament de dilatació tèrmica, la capacitat de suport de càrrega i la classificació contra incendis han de complir el codi tècnic d’edificació local. El silici cristal·lí continua sent la referència en eficiència i durada; les variants de capa fina ofereixen una major adaptabilitat dissenyada, especialment sobre substrats corbats o irregulars.

Avantatges normatius, financers i del cicle de vida de l’adopció de sistemes fotovoltaics integrats a l’edifici (BIPV)

Incentius, certificacions i vies per a l’obtenció de permisos locals

Les fotovoltaiques integrades en edificis (BIPV) poden aprofitar diversos incentius financers en diferents regions. Aquests inclouen, per exemple, crèdits tributaris a nivell federal i estatal, reemborsaments de les companyies elèctriques i subvencions especials per a edificis sostenibles. Els Estats Units, els països de la Unió Europea i el Japó ofereixen aquest tipus d’avantatges, fins a cert punt. En concret, a Europa hi ha diverses normatives importants en vigor. Directives com la Directiva sobre comunicació de la sostenibilitat corporativa (CSRD) i la Directiva sobre el rendiment energètic dels edificis (EPBD) promouen, de fet, l’ús de sistemes integrats d’energia renovable. Això significa, en la pràctica, que els projectes que compleixen els estàndards BIPV sovint obtenen l’autorització molt més ràpidament que les instal·lacions tradicionals.

Els sistemes BIPV poden ajudar, de fet, els edificis a obtenir també aquests punts de certificació verda. Compten per als crèdits LEED dins de la categoria «Producció d’energia renovable» i obtenen bones puntuacions a la secció «Energia» de BREEAM, simplement perquè redueixen les emissions de carboni durant l’operació. Un altre avantatge important és que, com que el BIPV substitueix materials constructius convencionals, els arquitectes i desenvolupadors el troben més fàcil d’integrar per complir diverses normatives relacionades amb els requisits de zonificació, les façanes dels edificis i fins i tot les àrees protegides com a districtes històrics. Això implica menys retards durant el procés d’aprovació i menys risc de trobar obstacles per obtenir les autoritzacions corresponents.

Cost total de propietat: Rendibilitat més enllà de l’estalvi energètic

Avaluar el BIPV des d’una perspectiva de cicle de vida revela avantatges més enllà de la generació d’electricitat:

• Estalvis en materials i mà d’obra : Elimina capes redundants, per exemple la membrana impermeabilitzant del sostre, el suport per al revestiment o l’estructura de la façana ventilada, reduint els costos de construcció entre un 15 % i un 25 %
• Durabilitat i Longevitat valorat per 25+ anys amb manteniment mínim, superant el rendiment de molts sistemes convencionals de revestiment i cobertes
• Millora del valor dels actius els estudis realitzats pel Laboratori Nacional d'Energia Renovable (NREL) i per CBRE indiquen que les propietats comercials amb energia solar integrada obtenen primes de lloguer del 3–7 % i primes de reventa del 4–6 %
• Resiliència energètica la generació local recolza la independència respecte a la xarxa elèctrica, la reducció de càrregues per demanda i la capacitat de reserva quan es combina amb sistemes d'emmagatzematge

^{Dades representatives del sector; els estalvis reals varien segons l'escala del projecte, el clima i els marcs normatius regionals.}

Implementació real de BIPV: Lliçons obtingudes en projectes comercials destacats

Les implantacions reals demostren com la BIPV uneix el rendiment tècnic i l'ambició arquitectònica, validant-ne la viabilitat i posant de manifest coneixements clau sobre la seva implementació.

Estudi de cas: Oficina de consum net zero a Berlín amb façana-llindar BIPV

La torre comercial més nova de Berlín ha assolit la neutralitat climàtica en les seves operacions després de substituir tots els seus finestrals per façanes cortina BIPV de silici cristal·lí. La immensa façana solar, d’una superfície de 8.200 metres quadrats, produeix uns 550 megawatt-hores anuals, cobrint gairebé el 40 % de les necessitats energètiques globals de l’edifici. Els enginyers van tenir una tasca complicada per resoldre els problemes derivats de la dilatació tèrmica i per amagar tots aquells cables. Van idear rails modulars de muntatge que s’encaixen fàcilment, facilitant molt la instal·lació. El que realment destaca és com van aconseguir mantenir el rendiment dels mòduls al voltant del 18,7 %, malgrat les ombres complexes provocades pels edificis veïns. La combinació de panells amb inclinació fixa i un sistema de seguiment dual d’eixos ajuda a mantenir nivells de producció adequats, fins i tot quan la llum solar queda parcialment bloquejada durant certes hores del dia.

Estudi de cas: Integració de sostres solars en un projecte multifamiliar als Estats Units

Un projecte d’habitatges assequibles amb 120 unitats a Califòrnia ha incorporat recentment panells BIPV de silici amorfi colorits directament als sostres metàl·lics de costura vertical. Aquests panells generen uns 340 megawatt-hora anuals. Això és suficient per alimentar tota l’il·luminació de les àrees comunes, subministrar energia als punts de càrrega de vehicles elèctrics (EV) i reduir, de fet, la factura elèctrica dels residents en un 20 % aproximadament. L’equip també va aprendre alguns aspectes importants durant el procés. Van haver de determinar l’angle exacte dels panells perquè la pluja es drengés correctament al llarg de les diferents estacions. També es van necessitar revestiments especials antideslluents, ja que, d’altra manera, els veïns no deixaven de queixar-se de les reflexions que rebotaven cap a les seves finestres en aquests espais residencials tan compactes. A més, hi havia un altre avantatge inesperat que ningú no havia previst a primera vista: instal·lar aquests panells durant la construcció va suposar un estalvi d’aproximadament la meitat del temps d’instal·lació comparat amb la col·locació de panells solars convencionals sobre un sostre ja construït en una fase posterior.