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X Jornadas Ibéricas de Infraestructuras de Datos Espaciales 1 ESTUDIO DEL POTENCIAL SOLAR DE LAS CUBIERTAS DE LA CIUDAD DE CÁCERES. Integración en la IDE local y en el portal de datos abiertos Open Data LUIS ANTONIO ÁLVAREZ LLORENTE Jefe de la Sección del SIG municipal. Ayuntamiento de Cáceres [email protected] FAUSTINO CORDERO MONTERO Responsable de Cartografía del SIG municipal. Ayuntamiento de Cáceres [email protected] MAR POZOS RÍOS Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura [email protected] ELIA QUIRÓS ROSADO Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura [email protected] JOSÉ MARÍA CEBALLOS MARTÍNEZ Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura [email protected] MARCOS FERNÁNDEZ SELLERS Grupo Quercus SEG. Universidad de Extremadura [email protected] RESUMEN: Las políticas energéticas de todos los países deberían promover una transición hacia un modelo energético basado en el uso racional de la electricidad, en la mejora de la eficiencia en las instalaciones y en la utilización de energías renovables. En la ciudad de Cáceres, la Universidad de Extremadura ha llevado a cabo un estudio del potencial solar mediante un convenio de investigación con el Ayuntamiento de Cáceres (Servicio de SIG) entre los años 2016 y 2018. De ese modo, se han calculado modelos mensuales de potencial de radiación solar de la ciudad para ofrecerlos gratuitamente a través de los portales municipales de datos abiertos Open Data y de la Infraestructura de Datos Espaciales, gestionados por el SIG del Ayuntamiento de Cáceres. De este modo, se pretende fomentar la utilización de energías renovables en la ciudad. El ciudadano podrá, de ese modo, valorar tanto la rentabilidad de una instalación de energía solar en su propia vivienda, como decidir las ubicaciones más idóneas para la colocación de captadores de energía solar en su cubierta, (paneles termosolares y/o fotovoltaicos). Desde el SIG del Ayuntamiento de Cáceres se han proporcionado los resultados del estudio en diferentes plataformas a disposición de todos los técnicos y ciudadanos interesados, siempre con la idea de hacerlos accesibles y reutilizables. En primer lugar, desde la IDE municipal, desde donde se puede acceder a servicios WMS para obtener la radiación media por meses en todas las cubiertas de la ciudad, así como descargar en formato TIFF dicha representación. Para el usuario final se ha diseñado un visualizador con herramientas sencillas para facilitar su consulta. De igual forma, en la app «Cáceres View» se ha añadido un escenario dedicado exclusivamente a
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X Jornadas Ibéricas de Infraestructuras de Datos Espaciales 1
ESTUDIO DEL POTENCIAL SOLAR DE LAS CUBIERTAS DE LA CIUDAD DE CÁCERES. Integración en la IDE local y en el portal de datos abiertos Open Data
LUIS ANTONIO ÁLVAREZ LLORENTE Jefe de la Sección del SIG municipal. Ayuntamiento de Cáceres
[email protected] FAUSTINO CORDERO MONTERO
Responsable de Cartografía del SIG municipal. Ayuntamiento de Cáceres [email protected]
MAR POZOS RÍOS Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura
[email protected] ELIA QUIRÓS ROSADO
Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura [email protected]
JOSÉ MARÍA CEBALLOS MARTÍNEZ Escuela Politécnica, Universidad de Extremadura
[email protected] MARCOS FERNÁNDEZ SELLERS
Grupo Quercus SEG. Universidad de Extremadura [email protected]
RESUMEN:
Las políticas energéticas de todos los países deberían promover una transición hacia un
modelo energético basado en el uso racional de la electricidad, en la mejora de la eficiencia
en las instalaciones y en la utilización de energías renovables. En la ciudad de Cáceres, la
Universidad de Extremadura ha llevado a cabo un estudio del potencial solar mediante un
convenio de investigación con el Ayuntamiento de Cáceres (Servicio de SIG) entre los años
2016 y 2018. De ese modo, se han calculado modelos mensuales de potencial de radiación
solar de la ciudad para ofrecerlos gratuitamente a través de los portales municipales de
datos abiertos Open Data y de la Infraestructura de Datos Espaciales, gestionados por el SIG
del Ayuntamiento de Cáceres. De este modo, se pretende fomentar la utilización de
energías renovables en la ciudad. El ciudadano podrá, de ese modo, valorar tanto la
rentabilidad de una instalación de energía solar en su propia vivienda, como decidir las
ubicaciones más idóneas para la colocación de captadores de energía solar en su cubierta,
(paneles termosolares y/o fotovoltaicos). Desde el SIG del Ayuntamiento de Cáceres se han
proporcionado los resultados del estudio en diferentes plataformas a disposición de todos
los técnicos y ciudadanos interesados, siempre con la idea de hacerlos accesibles y
reutilizables. En primer lugar, desde la IDE municipal, desde donde se puede acceder a
servicios WMS para obtener la radiación media por meses en todas las cubiertas de la
ciudad, así como descargar en formato TIFF dicha representación. Para el usuario final se ha
diseñado un visualizador con herramientas sencillas para facilitar su consulta. De igual
forma, en la app «Cáceres View» se ha añadido un escenario dedicado exclusivamente a
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mostrar esos datos. Finalmente, y tras una compleja operación de transformación, los datos
también se proporcionan desde el portal de datos abiertos Open Data en formato open
linked data con el máximo nivel de reusabilidad a través de su punto SPARQL. Por último,
cabe destacar que se trata de una iniciativa pionera en el ámbito público, que estudia el
potencial solar de todas las cubiertas de la ciudad y que se une a otras iniciativas
promovidas por el Ayuntamiento de Cáceres para fomentar el uso de las energías
renovables.
PALABRAS CLAVE: potencial solar, IDE, open data, LiDAR, SIG, energía renovable, WMS
INTRODUCCIÓN
Debido a los graves problemas referentes al cambio climático y al agotamiento de los
combustibles fósiles, surge la necesidad de fomentar la producción de energía de fuentes
renovables. Actualmente, la mayor parte de energía consumida mundialmente tiene origen
en combustibles fósiles. Por este motivo, las políticas energéticas de todos los países
deberían promover una transición hacia un modelo energético basado en el uso racional de
la electricidad, en la mejora de la eficiencia en las instalaciones y en la utilización de
energías renovables. Así en Europa, mediante la Directiva 2009/28/CE, se desarrollan el
programa Europa 2020, así como la Directiva 2010/31/UE y la Directiva 2012/27/UE, sobre
eficiencia energética de edificios. Estas directivas constituyen el marco legal principal de la
UE en materia de ahorro y eficiencia energética de los edificios.
Dentro de este programa europeo, cada país tiene unas recomendaciones específicas que
en España se encuentran recogidas en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC)
2021-2030 donde se establece el marco para el cumplimiento de los objetivos de España en
la lucha contra el cambio climático a 2030. En España, en el año 2018 el 40% de la
electricidad producida fue de origen renovable. De ellas, la energía eólica cubre
prácticamente el 20% de las necesidades del país, la energía hidráulica del orden de un 14%
y la energía solar casi un 5%, sumando las contribuciones de las plantas fotovoltaicas y las
termosolares. (Red eléctrica de España, 2019).
La energía solar fotovoltaica es la fuente de energía descarbonizada que se puede
implementar en un núcleo urbano en casi cualquier parte del planeta (Arantegui & Jäger-
Waldau, 2017) y permitiría a las ciudades ser autosuficientes en la producción de
electricidad para uso residencial, comercial y de alumbrado público, suponiendo una acción
atractiva para la mitigación del cambio climático (Bazán et al., 2018). Los captadores de
radiación solar continúan actualmente en desarrollo para conseguir mayores eficiencias en
los módulos fotovoltaicos y menores costes de producción (Nguyen, 2010).
En los últimos años, debido al crecimiento de la demanda de energía a nivel mundial y
promovidos por las políticas energéticas mundiales, se han desarrollado diferentes trabajos
para la determinación de la radiación global solar en diferentes ámbitos de estudio, tanto a
nivel municipal, nacional o mundial. Desde la aprobación del Código Técnico de la
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Edificación en 2007 (CTE 2007), en el diseño, no solamente de los edificios sino de sus
instalaciones, es obligatorio que un porcentaje de la energía utilizada para el agua caliente
sanitaria (ACS) venga directamente de la aportación. Además, los programas de mejora
para la eficiencia energética de los edificios han promovido el uso de energía fotovoltaica y
de energía solar térmica, existiendo subvenciones para ello por parte de los gobiernos
autonómicos.
De este modo, a modo de ejemplo, a nivel mundial destacan los estudios de potencial solar
como los de Solar GIS pv Planner, que no permiten obtener información de una cubierta
individual, sino de una zona de trabajo amplia y con la que se estudiaron seis áreas pilotos:
región de Tunicia (Túnez), Sicilia (Italia), Andalucía Oriental (España), Creta (Grecia), Re-
pública de Cabo Verde y Karnataka (India), (Solaris Team,1996).
Otro estudio de potencial solar a nivel mundial es el proyecto PVGIS Surface meteorology
and Solar Energy (SSE), realizado por el programa de ciencias aplicadas de la NASA y
desarrollado por POWER, que determina la radiación solar global a partir de registros
meteorológicos diarios desde 1983 hasta 2005 con más de 200 parámetros meteorológicos
y energía solar derivados de satélites. A nivel europeo a modo de ejemplo se realizó el
proyecto Polis con el objetivo de movilizar el potencial solar urbano a nivel local,
desarrollado mediante la cooperación entre diversas ciudades europeas (Lisboa, Vitoria,
París, Lyón, Münich y Malmö) de 2009-2012.
En cuanto a nivel municipal, se han desarrollado trabajos para predecir y evaluar el
potencial solar fotovoltaico, lo que representa una importante contribución para el
establecimiento de programas de generación de energía solar en edificaciones.
Actualmente existen diversas ciudades con mapas de potencial solar disponibles al público,
como son New York, Boston, Denver, Portland, San Diego, San Francisco y Malmö entre
otras. En España se han hecho estudios de predicción de potencial solar en ciudades como
Vitoria, Barcelona y Cáceres. Por otro lado, y por parte del CIEMAT, se han modelado
edificios, mobiliario y vegetación urbana para estudiar el potencial de ciertas áreas, como
por ejemplo en Miraflores de la Sierra (Madrid) o en Alpedrete (Madrid).
Además, también existen calculadoras de acceso abierto para predecir el potencial solar a
partir, generalmente de datos de satélites y datos meteorológicos. A modo de ejemplo se
puede consultar a nivel mundial Energy Sector Management Assistance Program (2016) o
NASA (2016). A nivel europeo, entre otros, Photovoltaic Geographical Information System
European Commission (2015) genera cálculos de radiación solar y determina la producción
de energía de sistemas fotovoltaicos. Finalmente, en España, ADRASE de CIEMAT (2012)
proporciona datos de radiación solar con una resolución aproximada de 5 × 5 km y, también
la plataforma Huella Solar permite la visualización de mapas radiación solar de diversas
ciudades del mundo compartidos por sus propietarios y permite generar mapas de
radiación solar.
La difusión de estas herramientas de visores y calculadoras de potencial solar, con acceso
abierto por parte de la sociedad, permiten al ciudadano estudiar la viabilidad de
instalaciones de captadores de energía solar en entornos urbanos y en edificios concretos.
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De ese modo, el objetivo de este trabajo es dar a conocer los resultados del estudio de potencial de radiación solar desarrollado en la ciudad de Cáceres y ponerlo a disposición del ciudadano. Esta difusión se realiza a través del servicio SIG del Ayto. de Cáceres a través de cuatro aplicaciones informáticas y en abierto, como son visores, IDE, App para móvil y Open Data. De ese modo, el ciudadano puede hacer un estudio de eficiencia energética en el entorno urbano de Cáceres, con indicación del lugar óptimo para la implantación de mecanismos de aprovechamiento de energía solar (captadores fotovoltaicos o colectores termosolares) en una cubierta de un edificio concreto.
ESTUDIO DEL POTENCIAL SOLAR
El estudio de potencial solar de la ciudad de Cáceres se desarrolló dentro de un convenio de
investigación entre la Universidad de Extremadura (Escuela Politécnica) y el Ayuntamiento
de Cáceres (Servicio de SIG) durante los años 2016 a 2018.
Para desarrollar los modelos mensuales de potencial de radiación solar se partió de datos
espaciales cedidos por el Ayto. de Cáceres como fueron la cartografía digital de la ciudad a
escala 1:500, datos de un vuelo LiDAR con resolución 1,5 puntos/m2, un Modelo Digital de
Superficie (MDS) con resolución 1 m y la restitución en 3D de las cubiertas de la zona de
estudio. Por otra parte, la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) ofreció series de
registros de datos históricos de radiación de la estación meteorológica de Cáceres que
permitió calcular los parámetros necesarios para la generación de los modelos de potencial
de radiación solar.
Los modelos de potencial solar se obtuvieron siguiendo la metodología expuesta en Quirós et al. (2018), mediante un Sistema de Información Geográfica (SIG). Para ello, se determinaron previamente una serie de parámetros indicados en (Núñez, 2004) como son la radiación extraterrestre, la radiación difusa y la transmisividad a partir de los registros reales para los años de 2013 a 2016 de las observaciones de radiación solar global de la estación de la AEMET en Cáceres. Los modelos mensuales de potencial de radiación solar obtenidos se ofrecen de acceso abierto al ciudadano, a través del portal web del SIG del Ayto. de Cáceres (Álvarez, L.A et al, 2018).
Por otro lado, y como ejemplo claro de posibilidad de uso de los datos en abierto de dicho portal, en (Polo, M. E., et al 2018) se realizó un estudio de la distribución del potencial solar en la ciudad de Cáceres. Para ello, se seleccionaron tres barriadas de distinta tipología urbana de la ciudad (zona céntrica, zona residencial a las afueras y zona industrial). Este estudio mostró la relación entre el potencial de radiación solar y la tipología de morfología urbana, mostrando las mejores ubicaciones urbanas para capturar energía solar. El análisis propuesto también podría extrapolarse a la planificación urbana para el diseño de ciudades más sostenibles.
RESULTADOS EN LA IDE DE CÁCERES
Uno de los objetivos finales del proyecto es que los resultados lleguen a la mayor cantidad
posible de usuarios. Para ello, esos resultados debían publicarse siguiendo algún
procedimiento estándar que facilitar el acceso y la reutilización de los mismos. Qué mejor
forma de alcanzar esta meta que hacer uso de en una IDE.
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Así, una vez obtenidos los modelos de potencial solar en formato SHP se procedió a su
integración en la Infraestructura de Datos Espaciales municipal (IDE de Cáceres), que se
puede consultar en la dirección https://ide.caceres.es.
Los resultados se cargaron en la IDE por meses. Cada mes representa el potencial solar
medio incidente en cada punto, medido en Wh/m2, de todas las cubiertas de la ciudad. Se
puede realizar la búsqueda a través del catálogo de metadatos, que da como resultado la
imagen de la figura 1.
Figura 1: Resultado de la consulta “Potencial Solar” al catálogo de metadatos de la IDE de Cáceres.
Además de los servicios WMS, desde el apartado de descargas de la IDE se pueden
descargar las imágenes en formato TIIF georreferenciadas en EPSG:4326 por meses, tal
como se muestra en la figura 2.
Para generar estas imágenes se ha empleado una escala gráfica que gradúa por colores el
valor de la radiación media diaria al mes, desde valores próximos al 0 representados con
colores fríos, hasta valores cercanos a los 8500 Wh/m2, representados con colores cálidos.
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Figura 2: Descargas del Potencial Solar Fotovoltaico.
RESULTADOS EN EL PORTAL DE DATOS ABIERTOS OPEN DATA CÁCERES
Para aumentar la reusabilidad, los resultados del proyecto también se integraron en el
portal de datos abiertos municipal Open Data Cáceres (https://opendata.caceres.es). Para
ello, se transformaron al formato RDF de datos enlazados y abiertos siguiendo los
estándares internacionales. Con el formato open linked data se consigue el máximo nivel de
reusabilidad a través del punto SPARQL, lo que permite que los desarrolladores
informáticos implementar sus propias aplicaciones para consultar y mostrar información
según las necesidades de los usuarios, ya sean particulares o empresas instaladoras.
Cabe destacar que, si bien hay otras ciudades de España como Valencia, Madrid o
Barcelona que ya ofrecían datos del potencial solar de cubiertas, Cáceres ha sido la primera
en ofrecer esta información en este formato abierto, reutilizable y de forma gratuita.
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Figura 3: Dataset del Potencial Solar Fotovoltaico de Cáceres del mes de Agosto.
El proceso de transformación y carga de resultados en el portal Open Data no fue trivial,
dado la enorme cantidad de información que se genera, con más de 11 millones de valores.
El grupo Quercus de la Universidad de Extremadura desarrolló una aplicación que usa estos
datos disponibles en el portal, que permite hacer selección en el mapa por barrio y mes,
además de elegir el rango de valores de potencial solar que se mostrará (figura 4).
Figura 4: Vista de la aplicación del Potencial Solar de Cáceres del barrio Aguas Vivas para el mes de enero.
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ACCESO A LOS RESULTADOS MEDIANTE EL VISUALIZADOR DE POTENCIAL SOLAR
Para facilitar el acceso a los resultados, además de incluirlos en la IDE y en el portal Open
Data, se creó un visualizador multiplataforma integrado en la web del SIG municipal
(http://sig.caceres.es/potencial_solar_fotovoltaico) basado en la librería de software libre
Leaflet, desde donde se pueden consultar libremente (figura 5).
Figura 5: Aspecto del visualizador del Potencial Solar.
El visualizador presenta, además de los datos mensuales de potencial solar (medidos en
Wh/m2) para cada cubierta de la ciudad con una resolución de 1m, otras capas que
permiten al ciudadano localizar su vivienda, tales como la ortofotografía de la ciudad (Plan
Nacional de Ortofotografía Aérea), la trama urbana e incluso los nombres de las calles y los
números de los portales de cada vivienda (figura 6). También resulta muy llamativa la
combinación con los datos del modelo 3D de la ciudad obtenido del vuelo LiDAR (figura 9).
Este visualizador es un claro ejemplo de las posibilidades de reutilización que ofrecen las
IDEs: todos los datos que se muestran proceden de la IDE de Cáceres y de la IDE de España.
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Figura 6: Diferentes capas que se pueden cargar en el visualizador del Potencial Solar.
La graduación de colores de la leyenda permite al ciudadano hacer una estimación
aproximada de las mejores ubicaciones para el emplazamiento de captadores de energía
solar, tal y como se muestra en la figura 7. Además, el visualizador permite también
obtener los valores concretos de forma puntual, pinchando sobre cada localización en
particular (figura 8).
Figura 7: Detalle del efecto de la sombra de un edificio sobre otro.
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Figura 8: Valor del potencial solar fotovoltaico para un punto de la cubierta en el mes de agosto.
Figura 9: Potencial solar fotovoltaico de las cubiertas sobre datos LiDAR.
Adicionalmente, se ha completado el visualizador con detalles pormenorizados del
potencial solar de un total de 71 edificios municipales, en donde se muestra una gráfica que
representa el resultado del potencial solar medio para cada mes y en cada uno de los
faldones de las cubiertas de dichos edificios (figura 10). Además, el visualizador ofrece la
posibilidad de consultar una fotografía actualizada del edificio en cuestión.
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Figura 10: Estudio detallado en un edificio municipal.
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RESULTADOS EN LA APP CÁCERES VIEW
Finalmente, con el objetivo de poder consultar los resultados del estudio sobre el terreno
desde cualquier dispositivo móvil, se creó un escenario exclusivo en la app Cáceres View
(figura11).
Figura 11: APP Cáceres View y menú de escenarios con acceso al Potencial Solar.
Como en el caso del visualizador, toda la información del escenario del Potencial Solar que
se muestra en la APP procede de la IDE de Cáceres y de la IDE de España, y permite hacer
las mismas consultas que en su caso, con la ventaja de estar geolocalizado y poder acceder
a las búsquedas por callejero o por punto de interés (figura 12).
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Figura 12: Aspecto del escenario del Potencial Solar Fotovoltaico en la APP Cáceres View.
CONCLUSIONES
En este trabajo se exponen los resultados del estudio de potencial de radiación solar
desarrollado en la ciudad de Cáceres. Esta difusión ha sido llevada a cabo por el servicio SIG
del Ayto. de Cáceres a través de cuatro aplicaciones informáticas y en abierto, como son
visores, IDE, App para móvil y Open Data.
De este modo, los resultados del estudio de potencial de radiación solar realizado en la
ciudad de Cáceres mediante la colaboración del Ayuntamiento de Cáceres y la Universidad
de Extremadura se ponen a disposición pública de forma libre y gratuita, mostrando los
datos de potencial de radiación solar para cada mes en las cubiertas de cada edificio de la
ciudad de Cáceres.
Así, se pretende divulgar este estudio y promover desde el Ayto. de Cáceres la implantación
de sistemas de captación de energía solar en la ciudad ofreciendo esta información en
distintas aplicaciones para que tanto usuarios particulares como profesionales puedan
tomar decisiones acerca de la ubicación y rentabilidad de estas instalaciones.
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El acceso a cada una de estas aplicaciones es libre a través de la IDE de Cáceres
(https://ide.caceres.es), del portal de datos abiertos Open Data Cáceres
(https://opendata.caceres.es), del visualizador integrado en la web del SIG de Cáceres
(https://sig.caceres.es/potencial_solar_fotovoltaico) y en la app Cáceres View, lo que
permite su consulta desde dispositivos móviles sobre el terreno.
REFERENCIAS (ORDENADAS POR APARICION)
• Álvarez, Luis A, Cordero F., Quirós, E., Pozo M., Ceballos (2018). Visor del potencial solar fotovoltaico de las cubiertas de la ciudad de Cáceres. IV congreso ciudades inteligentes
• Arantegui, R. L., & Jäger-Waldau, A. (2018). Photovoltaics and wind status in the European Union after the Paris Agreement. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 2460-2471.
• Bazán, J., Rieradevall, J., Gabarrell, X., & Vázquez-Rowe, I. (2018). Low-carbon electricity production through the implementation of photovoltaic panels in rooftops in urban environments: A case study for three cities in Peru. Science of The Total Environment, 622, 1448-1462.
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![potencial solar BPDH [Modo de compatibilidad]](https://static.fdocuments.mx/doc/165x107/619f065745d83e51a569017f/potencial-solar-bpdh-modo-de-compatibilidad.jpg)
