Para la mayoría de las personas, la palabra “fotovoltaica” evoca imágenes de paneles azules brillantes en viviendas unifamiliares o espacios abiertos junto a la autopista. De hecho, alrededor de tres cuartas partes de los módulos fotovoltaicos en el mundo se instalan en tejados y una cuarta parte en el suelo. Sin embargo, eso deja mucho espacio sin utilizar para grandes cantidades de electricidad limpia donde menos se lo espera: en el plano vertical.
(Birgit Scheuch para Sonnenallee)
LAS ENERGÍAS RENOVABLES A LA ANTECEDENTES
Los sistemas fotovoltaicos en tejados y espacios abiertos sólo funcionan cuando hay suficientes. Sin embargo, los rascacielos del centro y los edificios residenciales y de oficinas de varios pisos no tienen techos lo suficientemente grandes como para suministrar electricidad, y mucho menos producirla. No es de extrañar que todas las miradas estén puestas en las fachadas.
“Las superficies de construcción ofrecen enormes oportunidades para utilizar el entorno construido para producir energía renovable in situ. Nuestro objetivo es proteger la tierra y el campo mientras mejoramos los edificios en la UE y cumplimos el Pacto Verde Europeo, que se ha centrado en la producción in situ de electricidad como estrategia clave para salir de la era del carbono”, afirmó Pierluigi Bonomo, del Instituto de Sostenibilidad Aplicada en el Entorno Construido de la Universidad de Ciencias y Artes Aplicadas del Sur de Suiza (SUPSI).
Los paneles solares montados en fachadas son entre un 20 y un 30 por ciento menos eficientes que los montados en tejados, dependiendo de la irradiación solar. Sin embargo, esta desventaja se compensa con la superficie mucho mayor que ofrecen las fachadas de los edificios de varios niveles. Además, a medida que el sol desciende durante el año, irradia más sobre fachadas orientadas al sur que en áreas de tejados.
La optimización del rendimiento es particularmente importante para las fachadas solares porque algunas partes del sistema estarán a la sombra en ocasiones. Por éste motivo Sun World Energy trae al mercado su nueva gama de estructuras solares para fachadas junto a un grupo de ideas y ventajas para tu inspiración, que desglosamos a continuación:
© Brooks + Scarpa Architects
GAMA SOLAR
Los techos solares típicos con sus paneles utilitarios pueden ser una maravilla de la tecnología, pero se quedan cortos estéticamente. Por eso sorprende que diseñadores y arquitectos ambiciosos de todo el mundo hayan creado verdaderas joyas desde que se hizo posible (o más bien necesario) generar energía solar en las paredes de los edificios.
Pierluigi Bonomo ve en la transferencia de energía fotovoltaica a los edificios, incluidos tejados, fachadas y sistemas accesorios, una causa tangible de innovación en la arquitectura contemporánea y en la energía fotovoltaica actual. “Es mucho más que una posibilidad energética o técnica: es un nuevo fundamento en la estética, la ética y la tecnología de la construcción”.
Hay tres enfoques básicos. En algunos edificios, los paneles fotovoltaicos son reconocibles como tales, pero simplemente actúan como un elemento de diseño neutro. Otros edificios no ofrecen ni el más mínimo indicio de que sus fachadas generen electricidad. Los módulos fotovoltaicos están tan inteligentemente integrados que podrían ser de vidrio u otro material de fachada. En ocasiones, los módulos fotovoltaicos sirven para varios propósitos, como por ejemplo como parasol. Por último, hay fachadas orgullosas que exhiben deliberadamente módulos, gritando desde los tejados (o, mejor dicho, fachadas) que “¡la energía solar es genial!”.
Bonomo_Solarfasaden© Kingsgate House, Londres (Foto: P. Bonomo)
VENTAJAS “CRISTALINAS“
Los módulos fotovoltaicos convencionales constan de células fotovoltaicas cristalinas encerradas en una capa de plástico o resina, un marco de aluminio y una cubierta de vidrio. Son la opción preferida para zonas directamente irradiadas, como por ejemplo tejados inclinados. Sin embargo, también se amortizan rápidamente si se instalan en una pared de edificio orientada al sur. El menor rendimiento debido a períodos de irradiación solar más cortos se puede compensar aumentando la superficie útil.
La superficie de las células fotovoltaicas de cristal tiene un aspecto azulado, azul oscuro o negro mate, dependiendo de cómo estén fabricadas. Los módulos también están construidos de forma rígida. Ambas características parecen dejar poco margen a la creatividad en el diseño de fachadas. Sin embargo, estas restricciones no tienen por qué ser un obstáculo para las mentes imaginativas.
ELEGANCIA FLEXIBLE
Las células solares de película delgada tienen una capa solar activa aún más delgada que las células cristalinas. Eso permite laminarlos entre materiales flexibles (normalmente láminas de plástico) y doblarlos. Esta tecnología despertó grandes esperanzas durante algún tiempo. Parecía predestinado para las fachadas: los arquitectos podían dejar volar su imaginación montando estas células en superficies curvas y eligiendo esquemas de color.
Sin embargo, ninguna de estas expectativas se materializó y los módulos flexibles de película delgada no se han adoptado ampliamente como material de construcción, como lo confirma el Dr. Friedrich Kessler, que investiga células y módulos fotovoltaicos flexibles en el Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg. Wurtemberg (ZSW). “Hoy en día existen algunos casos de uso, pero tienden a ser proyectos bastante inusuales”. Según él, su verdadero futuro estará en las aplicaciones móviles o temporales, que todavía son nichos de mercado: “Por ejemplo, en verano se pueden desplegar módulos de película fina en los invernaderos. Proporcionan electricidad libre de emisiones al tiempo que dan sombra al suelo y lo protegen de la desecación. La agrovoltaica está empezando a extenderse con éxito. Otras aplicaciones incluyen el ámbito recreativo y automotriz, en cualquier lugar donde se requiera movilidad y/o peso ligero”.
Curiosamente, las actitudes de arquitectos y planificadores hacia las células fotovoltaicas cristalinas parecen haber cambiado dramáticamente a medida que ha aumentado la conciencia climática: ahora se exhiben módulos que solían estar preensamblados u ocultos sin sentimentalismos: ¡Mira, estoy produciendo energía renovable! La arquitectura solar visible parece tender hacia los módulos fotovoltaicos cristalinos, los paneles rígidos de color azul brillante.
PRODUCTIVIDAD UTILITARIA
En los proyectos de modernización, los módulos fotovoltaicos clásicos suelen colgarse sobre carriles delante de una pared con unos pocos centímetros de espacio libre para que pueda circular el aire. La mayoría de los propietarios optan por la modernización para que su edificio tenga un suministro de energía renovable en el lugar. Sin embargo, incluso esta solución utilitaria tiene ejemplos estéticamente bellos.
El edificio Rhein-Kai-Speicher 7 en Mannheim, Alemania, genera con su gran instalación fotovoltaica más energía de la que consume. Eso lo convierte en un edificio con plus de energía.
CENTRAL DE ENERGÍA INVISIBLE
Wohnhaus Solaris es una casa multifamiliar construida en el lago de Zúrich por Adrian Berger, Erika Fries y Lukas Huggenberger en 2018. El objetivo de los arquitectos era hacer invisibles los sistemas fotovoltaicos de Wohnhaus Solaris. Es más fácil decirlo que hacerlo: el vidrio fundido estructurado e impreso de la fachada tenía que dejar entrar la mayor cantidad de luz solar posible en sus células fotovoltaicas integradas para que la energía fotovoltaica valiera la pena.
Los módulos de vidrio laminado han experimentado enormes avances en tan sólo unos años. Quienes quieran células fotovoltaicas que produzcan electricidad de incógnito en la fachada tienen ahora muchas opciones de diseño.
Las fachadas de este edificio residencial en Zurich están completamente cubiertas por módulos fotovoltaicos que producen más electricidad de la que consumen la casa y sus residentes. Los módulos de revestimiento de fachadas cuentan con una impresión cerámica digital con motivos de cuadros para evitar un aspecto “tecnoide”.
En un proyecto en Watford, Londres, ÜserHuus AG, una filial de la Universidad de Ciencias y Artes Aplicadas de Lucerna, añadió a la fachada una banda horizontal de módulos fotovoltaicos coloreados como los materiales detrás de ellos: madera, metal y fibrocemento. Los módulos fueron el producto de una impresión digital en color especial sobre vidrio y de una tecnología fotovoltaica monocristalina ultraeficiente.
EL ÁNGULO CORRECTO
Los módulos deben estar alineados con la mayor precisión posible con el sol para obtener el máximo rendimiento energético de las células solares cristalinas. El nuevo ayuntamiento de la ciudad alemana de Friburgo muestra hasta dónde puede llegar la energía fotovoltaica: 880 módulos fotovoltaicos de 100 kilogramos cada uno están instalados sobre elementos metálicos a lo largo de una fachada curva, cubriendo más de 13.000 metros cuadrados. La combinación del tejado y la fachada solares suministra al edificio y a sus usuarios el 100 por ciento de su propia electricidad.
DOBLEMENTE ÚTIL
Los módulos fotovoltaicos que no se adaptan ni se añaden, pero que en realidad cumplen una función en la estructura de un edificio, se conocen como fotovoltaicos integrados en edificios, o BIPV para abreviar. En este caso, la tecnología solar sirve como material de construcción que protege la fachada y a los residentes del viento y las inclemencias del tiempo, da sombra o insonoriza un edificio a la vez que luce hermoso.
“Al asumir tanto la función de generadores de energía como de materiales de construcción, los BIPV son de particular interés en el contexto de los sistemas energéticos descarbonizantes, especialmente en entornos europeos densamente construidos donde los sistemas fotovoltaicos tradicionales montados en tierra (BAPV) no se pueden utilizar fácilmente”.
-Emmanuel Rey
Los arquitectos incluyen cada vez más las fachadas solares como elemento estructural y de diseño en las nuevas construcciones desde el principio. Las fachadas solares integradas sirven como fachadas convencionales o como revestimiento de fachadas y generan electricidad, lo que puede incluso reducir los costes de construcción.
“Hoy en día, BIPV ha alcanzado un alto nivel de madurez técnica”, explica Pierluigi Bonomo, quien, además de ser el líder científico del equipo BIPV en el Instituto para la Sostenibilidad Aplicada en el Medio Ambiente Construido (SUPSI), trabaja para el Instituto Internacional Agencia de Energía sobre las condiciones marco para el desarrollo de BIPV. Mientras tanto, arquitectos, propietarios de edificios, constructores de fachadas y promotores inmobiliarios encuentran “una gama diversificada de productos que pueden fabricarse y personalizarse como cualquier solución convencional de envolvente de edificios”.
En cualquier caso, el creciente interés y la demanda de electricidad respetuosa con el clima han generado claramente una serie de nuevas tecnologías y conceptos de diseño para fachadas solares integradas.
Una opción obvia es utilizar módulos fotovoltaicos clásicos como fuente de sombra: su color oscuro bloquea gran parte de la luz solar.
KÜHNE KONTUR
El propio sistema solar define los contornos del edificio en algunas fachadas solares. “El sistema de generación de energía de bajos recursos se muestra en el exterior de la fachada escultórica compuesta por elementos fotovoltaicos, dando así al edificio un carácter inconfundible”. Así describen los arquitectos de kadawittfeldarchitektur su centro de eficiencia energética en el campus de la Hochschule Niederrhein en Mönchengladbach, Alemania.
La fachada solar de la guardería Solar de Marburg, diseñada por opus Architekten en Darmstadt, Alemania, también parece plegada. Como nota al margen, en este proyecto se instalaron células de silicio monocristalino en vidrio de seguridad laminado negro.
En +e Kita en Marburg, Hesse, la propia tecnología solar forma el perfil del edificio (eKitaMarburg – Solarfassaden © Eibe Sönnecken, opus Architekten BDA)
¿QUE VIENE DESPUÉS?…
Pierluigi Bonomo ve una importante oportunidad competitiva para Europa en el desarrollo y la implantación de la energía fotovoltaica integrada en los edificios. Tras superar muchos obstáculos y resolver una serie de problemas en los últimos años, el investigador de BIPV cree que el mayor desafío actual es “demostrar ampliamente que la fotovoltaica en fachada es una excelente solución llave en mano y un proceso eficiente capaz de garantizar rendimiento, confiabilidad, durabilidad y replicabilidad a un costo competitivo”.
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