EFICIENCIA ENERGÉTICA MEDIANTE EL USO DE CELDAS SOLARES Y VIDRIO EN EDIFICACIONES

1. Planteamiento.Reducir hasta un 70% de energía eléctrica, aprovechando la energía solar mediante el uso de celdas solares y vidrio en edificaciones para un gran porcentaje de ahorro de energía eléctrica.

En la actualidad, el hombre ha querido buscar y conocer las más diversas maneras de aprovechar la energía solar y convertirla en el soporte de vida de la Tierra; es por ello que en estos momentos está siendo fuertemente optimizada la tecnología para extraer esta energía proveniente del sol y convertirla en energía de uso humando, como la electricidad.

Los edificios residenciales y no residenciales que consumen más energía de la necesaria para mantener fresco su interior son una importante fuente de emisiones innecesarias de CO2.

El Vidrio de Control Solar (VCS) es un producto de alta resistencia a altas temperaturas y de alta tecnología creada por la industria del vidrio que permite que la luz solar pase a través de ventanas o fachadas y, al mismo tiempo, irradia o refleja gran parte del calor solar del sol hacia el exterior. EL espacio intero permanece iluminado y se mantiene mucho más fresco de lo que estaría si se empleara uno convencional.

El VCS permite ahorrar energía y reducir las emisiones de CO2, por otro lado las celdas solares aprovechan la energía solar para convertirla en electricidad, que es utilizada de inmediato mediante inversores de red o puede ser almacenada en un banco de baterías a través de un control de carga o un seguidor de máxima potencia (MPPT).

2. Problemática- Emisiones innecesarias de CO2- Uso excesivo de energía eléctrica

3. Variables- Reducción de consumo de energía eléctrica- Disminuir las emisiones de CO2- Aprovechamiento de energía solar

4. Solución

La utilización de VCS contribuye al gran ahorro de energía eléctrica durante el día, aprovechando la energía solar, mientras que las celdas solares acumulan energía suficiente para poder ser utilizada durante la noche. De esta manera reducir considerablemente las emisiones de CO2.

5. Justificación

Técnica.Generar nuevos métodos de construcción de edificaciones, aprovechando las nuevas tecnologías y al mismo tiempo aprovechando las energías naturales como la solar.

EconómicaEl uso de energía eléctrica será utilizada en cantidades menores debido a que se aprovechará la energía solar, y por tanto, habrá una disminución en el pago de energía a LyFC.

EcológicaLas emisiones de CO2 serán en menores cantidades y al mismo tiempo será aprovechada la energía solar durante en día y la energía acumulada en las celdas solares durante la noche.

SocialEstos métodos de construcción generarán nuevos empleos tanto para las industrias que las crean y para nuevos trabajadores.Dentro de las edificaciones, el ambiente para las personas que laboran dentro será más confortable y de esta manera también disminuirán las emisiones de CO2.

6. Objetivos

- General

Construir un edificio de 5 niveles para oficinas con un gran aprovechamiento energético utilizando Vidrios de Control Solar y Celdas Solares.

- Específicos

*Reducir el consumo de energía eléctrica, aprovechando la energía solar.

*Desarrollar técnicas nuevas de construcción de edificioes

*Disminuir considerablemente las emisiones de CO2

7. Hipótesis

Los métodos de construcción VCS y Celdas Solares reducen en gran cantidad el uso de energía eléctrica y emisiones de CO2 en edificaciones.

- Los Vidrios de Control Solar (VCS) permiten ahorrar energía durante el día y al mismo tiempo mantienen fresco e iluminado el espacio de trabajo.

- Las Celdas Solares acumulan energía solar durante el día para convertirla en energía eléctrica y que esta pueda ser aprovechada durante la noche.

8. Fundamento teórico

Antecedentes

Vidrios de Control Solar

Si se estudia más concretamente el consumo energético en las edificaciones de viviendas residenciales, se puede ver que el mayor consumo se genera en climatización. Una parte importante de esta ineficiencia energética de los edificios se debe al acristalamiento. Los tipos de vidrio existentes en el mercado tienen que enfrentarse a situaciones climáticas cambiantes, lo que hace que los acristalamientos solo sean eficientes en una determinada época del año o en una situación en concreto.

Algunas líneas de trabajo se orientan a la reducción de las superficies acristaladas con el fin de minimizar sus efectos negativos. Sin embargo, la aspiración de la transparencia como valor arquitectónico se ha puesto de manifiesto a través de la Alternativas para la Mejora de la Eficiencia Energética de los Acristalamientos: los Vidrios Dinámicos 4 historia reciente mediante el testimonio de obras de los mejores arquitectos, reivindicando en todo momento la importancia de las vistas. Es por este motivo por el que se tiene un especial interés en la búsqueda de un acristalamiento más eficiente energéticamente hablando, dado que los actuales son ineficientes.

El vidrio, por tanto, tiene un comportamiento energético peculiar, que lo hace singular y único en su especie, que lo hace diferente de los materiales opacos del envolvente. En consecuencia, esta tesis trata de estudiar los distintos tipos de vidrios, que siendo capaces de cambiar sus propiedades ópticas modificando su transparencia u opacidad, puedan reducir o aumentar la carga térmica de las edificaciones, como respuesta a una situación exterior cambiante, como posible mejora de la eficiencia energética.Por tanto, la manera de conseguir mejora en la eficiencia energética de lo acristalamientos sería por un lado el estudio de los vidrios bajos emisivos y de control solar, aplicados de un modo sencillo o con soluciones más complejas o sofisticadas, como son las fachadas de doble piel, a la que pueden incorporarse cualquier tipo de vidrio.

En consecuencia, este documento trata de demostrar que se pueden conseguir mejoras en la eficiencia energética mediante la utilización de

Vidrios de Control Solar. Para ello nos adentraremos primero en un estudio teórico, basado en el análisis de revistas científicas y tesis. Con el fin de confirmar aquellos vidrios, seleccionados mediante la metodología documental, capaces de ofrecer una mejora energética, se propone una metodología experimental mediante la ejecución y diseño de un nuevo método de ensayo físico capaz de estudiar el comportamiento térmico tanto a pérdidas como ganancias, de los vidrios elegidos, bajo condiciones reales.

Celdas Solares Un panel solar (o módulo solar) es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) mediante energía solar térmica y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que

convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son

llamadas células fotovoltaicas. Estas celdas dependen del efecto

fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y

negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo,

produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Los materiales para celdas solares suelen ser silicio

cristalino o arseniuro de galio. Los cristales de arseniuro de galio se

fabrican especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales

de silicio están disponibles en lingotes normalizados, más baratos,

producidos principalmente para el consumo de la

industria microelectrónica. El silicio policristalino tiene una menor

eficacia de conversión, pero también menor coste.

Cuando se expone a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de

diámetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a

0,5 voltios(equivalente a un promedio de 90 W/m², en un campo de

normalmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficiencia

de la celda). El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero

también más costoso.

Las células de silicio más empleadas en los paneles fotovoltaicos se

pueden dividir en tres subcategorías:

Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de

silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.

Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están

constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su

rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan

por un color azul más intenso.

Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio

cristalino pero también más barato. Este tipo de células es, por ejemplo, el que

se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

Los lingotes cristalinos se cortan en discos finos como una oblea, pulidos para

eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas

añadidas para modificar las propiedades conductoras) en las obleas, y se

depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado

donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares

se construyen con estas celdas agrupadas en forma apropiada. Para protegerlos

de daños, causados por radiación o por el manejo de éstos, en la superficie frontal

se los cubre con una cubierta de vidrio y se pegan sobre un sustrato (el cual

puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se hacen conexiones eléctricas en

serie-paralelo para fijar el voltaje total de salida. El pegamento y el sustrato deben

ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía

infrarroja que no se convierte en electricidad. Debido a que el calentamiento de las

celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes

resultantes se llaman paneles solares o grupos solares.

Eficiencia energética en los edificios

El objetivo principal de este documento es mejorar el comportamiento energético de un edificio, reduciendo su consumo energético desde el punto de vista de las superficies acristaladas y estudiando los diversos tipos de vidrios, su comportamiento en cuanto a eficiencia energética y caracterización de los parámetros térmicos y ópticos, a partir de la influencia de la temperatura en el interior del ambiente así como el uso de celdas solares para aprovechar la energía solar y poder utilizarla en los edificios.

Vidrio de Controlador Solar

Aunque en las últimas décadas se han producido algunas mejoras en los vidrios para acristalamientos exteriores, tales como el doble acristalamiento, los vidrios de baja emisividad o de control solar, la realidad es que el vidrio sigue siendo energéticamente menos eficiente que el resto de la evolvente opaca.

En los últimos años se ha comenzado a investigar en diferentes prototipos basados en vidrios de altas prestaciones, ya sean estáticos como el vidrio al vacío, o dinámicos.

No podemos hablar de los cerramientos acristalados, ni de los sistemas existentes en vidrio, y por tanto de la eficiencia energética en el vidrio, sin dejar de lado el comienzo de la preocupación social por la eficiencia energética a nivel internacional, e incluso hoy en día a nivel nacional, gracias a la aprobación de la Certificación Energética de los edificios.

Evolución hacia la eficiencia energética hasta nuestros días.

Hoy día el acristalamiento usado convencionalmente en viviendas no alcanza las cotas de eficiencia energética deseables en un edificio de máximo ahorro energético. Si consideramos a la ventana como unidad de obra nueva convencional, podemos decir que actualmente está formada por un doble acristalamiento, con carpintería de aluminio o PVC con o sin rotura del puente térmico y protección solar exterior o interior.

Según un estudio de ANDIMA1 realizado en el 2007, tal y como muestra las siguientes gráficas, una tercera parte de la energía se consume en los edificios, seguida muy de cerca por el del transporte. Si se estudia más concretamente el consumo energético en las edificaciones de viviendas residenciales, se puede observar que el mayor consumo se genera en climatización con un 46%, luego el agua caliente sanitaria con 21%, electrodomésticos 16%, cocina 10% e iluminación 87%. En oficinas, los mayores consumos lo obtenemos en climatización con un 40%y en maquinaria con un 33%.

Fig. 2-1. Desglose del consumo energético en viviendas. Año 2007. Fuente ANDIMA

1 ANDIMA. Asociación Nacional de Fabricantes de Materiales Aislantes. www.andima.es

Por tanto, y según datos de ANDIMA, si por falta de aislamiento en cerramientos opacos estamos perdiendo hasta un 60% de energía, podemos decir, que un 40%, se nos va por los cerramientos transparentes.

Actualmente los fabricantes de vidrio para arquitectura han mejorado sus cualidades de transparencia, aislamiento, seguridad y comodidad. Hoy en día, el acristalamiento de un edificio se ha convertido en un complejo sistema que prevé resolver los problemas de iluminación,

ventilación, humedad, polvo, sonido, climatización y hasta protección con respecto a los rayos ultravioleta e infrarrojos.

El actual enfoque bioclimático de la arquitectura, que plantea un hábitat lo más adaptado a las condiciones ambientales y de bajo consumo energético, utiliza el vidrio en fachada sur (en hemisferio Norte) para la captación solar invernal, con objeto de reducir al mínimo el uso de la calefacción.

Celdas Solares

Las casas solares buscan además obtener mediante instalaciones de captación toda la energía necesaria en la vivienda.

Otro modo de conseguir un ahorro energético es mediante la combinación de distintos tipos de vidrios, con una cámara de aire en su interior en sistemas complejos como puede ser una fachada de doble piel de vidrio. El protagonista principal, en esta tecnología, es el aire y su circulación dentro de dicha cavidad. La doble piel es usada principalmente en oficinas y edificios de gran altura, con el objetivo de permitir una ventilación natural sin crear fuertes circulaciones de aire muy incómodas para el usuario, como ocurre en las oficinas de las últimas plantas en rascacielos. Esto condiciona bastante el estado de la técnica, ya que esta tecnología es de difícil aplicación a viviendas, debido

al gran espesor de la cámara. No obstante se ha llegado a utilizar en prototipos de casas solares.

http://oa.upm.es/5846/1/TESIS_CARMEN_GIMENEZ.pdf http://noticias.universia.net.mx/vida-universitaria/noticia/

2006/04/19/69775/crean-unam-vidrios-controladores-radiacion-solar-casas-automoviles.html

http://www.yourglass.com/agc-glass-europe/es/es/embellezca_su_hogar/vidrio_de_control_solar/feature.html

http://www.glassry.com/es/productos/vidrio-de-control-solar-bajo-emissivo-solarban-ppg

http://www.tvitec.com/files/productos/201311081519070.stoplux.pdf

http://www.arkiplus.com/eficiencia-energetica-mediante-el-uso-del-vidrio

http://www.glassforeurope.com/images/cont/122_68716_file.pdf

https://www.guardian.com/es/GuardianVidrio/SolucionesVidrio/VidrioControlSolarAltoDesempeno/index.htm

http://www.tecnovidrio.com.mx/vidrios-de-control-solar.html

http://www.agc-glass.eu/glassday/ES/PDFs/zonwerend_ES.pdf

http://www.fenster.es/productos/vidrios-cristales-ventanas-climalit/vidrio-control-solar/

http://www.vasa.com.ar/vasa/Goto?productos=s&cat=control-solar

http://ad010cdnd.archdaily.net/wp-content/uploads/2013/03/1363879691_libreta_vidrieros_control_solar_ok_4.pdf

http://www.distribuidorasolar.com/kits-paneles-solares.html

http://www.pricesmart.com/Local/Static/images/solarpanels-SP.pdf