La aplicación de paneles PVT en edificios comerciales e instituciones públicas

Introducción

En los últimos años, el panorama energético global ha experimentado profundos cambios. El cambio climático, las fluctuaciones en los precios de la energía y la propuesta del objetivo de neutralidad de carbono han aumentado continuamente la importancia de las energías limpias en diversos campos. Como tecnología emergente para el aprovechamiento integral de la energía solar, la integración fotovoltaica y térmica (PVT) ha demostrado un gran potencial de aplicación en edificios comerciales e instituciones públicas gracias a su capacidad para generar electricidad y calor simultáneamente. A diferencia de la generación de energía fotovoltaica simple o los sistemas solares térmicos, la PVT puede maximizar la eficiencia de utilización del área del techo o la pared exterior, logrando así una mayor producción energética en un espacio limitado. Este artículo profundizará en el valor de la PVT en edificios comerciales e instituciones públicas desde aspectos como los requisitos de aplicación, casos típicos, beneficios económicos, beneficios ambientales y perspectivas futuras.

I. Características de la demanda energética de edificios comerciales e instituciones públicas

En comparación con las residencias comunes, los edificios comerciales y las instituciones públicas tienen las siguientes características notables en el consumo de energía:

La escala de la demanda energética es grande

Los complejos comerciales, centros comerciales, hoteles, hospitales y escuelas, etc., tienen grandes superficies y funciones diversas, y sus demandas de electricidad y agua caliente son superiores a las de los hogares.

La diversificación de las demandas energéticas

Además de la iluminación, la refrigeración, la calefacción y el funcionamiento de los ascensores, estos edificios también requieren una gran cantidad de sistemas de agua caliente y aire acondicionado. Algunos hospitales e instituciones de restauración incluso necesitan desinfección con vapor a baja temperatura o agua caliente.

La distribución del tiempo de consumo energético está relativamente concentrada

El consumo de energía durante los días laborables y durante el día es generalmente mayor que durante la noche, lo que es muy coherente con las características de generación de energía y recolección de calor de la energía solar.

Conservación de energía, reducción de emisiones y papel de demostración social

Las instituciones públicas y los grandes centros comerciales suelen ser edificios emblemáticos de una ciudad, de gran importancia para la imagen exterior y el ahorro energético. La adopción de tecnologías avanzadas de energía limpia puede aportar beneficios sociales adicionales.

ii. La manifestación de las ventajas técnicas de PVT en el campo de la construcción

Alta utilización del espacio

El espacio en los tejados de los edificios comerciales suele ser limitado, pero la demanda energética es enorme. El sistema PVT resuelve la competencia entre los sistemas fotovoltaicos y solares térmicos durante la instalación, generando tanto energía como calefacción mediante un solo panel.

Mejora de la eficiencia energética

La eficiencia integral del sistema PVT puede alcanzar entre el 70 % y el 80 %, muy superior a la de un sistema individual. Para instalaciones comerciales con alto consumo energético, esto supone un importante ahorro energético.

Mejorar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos

El calor en la parte posterior de los paneles fotovoltaicos es transportado por el flujo de líquido o aire, lo que no solo mejora la utilización de la energía térmica sino que también mantiene baja la temperatura de los módulos fotovoltaicos y prolonga su vida útil.

Ahorre costos de operación y mantenimiento

La integración de ambos sistemas puede reducir la complejidad de las tuberías, los soportes y los sistemas de control, disminuyendo así los costos de operación y mantenimiento a largo plazo.

iii. Casos típicos de aplicación

Industria hotelera

El hotel tiene una gran demanda de agua caliente y requiere una gran cantidad de electricidad para la iluminación, el aire acondicionado y los equipos de cocina. Tras la instalación de sistemas de calefacción por suelo radiante (PVT) en los tejados de algunos hoteles europeos, más del 80 % del agua caliente de sus habitaciones se suministra con energía solar, y la electricidad se autogenera y se autoconsume, lo que reduce significativamente las facturas de energía.

Hospitales y residencias de ancianos

Los hospitales funcionan las 24 horas del día. Los equipos médicos, los sistemas de refrigeración y el funcionamiento de los ascensores consumen una gran cantidad de electricidad. Al mismo tiempo, se necesita agua caliente para las salas, la restauración y la limpieza. El sistema PVT puede proporcionar agua caliente para el baño y la desinfección, a la vez que garantiza el suministro eléctrico. Algunos hospitales en Alemania han adoptado muros exteriores BIPVT (sistemas fotovoltaicos y térmicos integrados en edificios), que no solo mejoran la estética de los edificios, sino que también cubren parte de la demanda energética.

Campus escolares y universitarios

Los dormitorios y comedores de la escuela tienen una alta demanda de agua caliente, y la demanda de electricidad para las aulas y laboratorios también es considerable. La instalación de PVT no solo reduce los costos operativos de las escuelas, sino que también sirve como proyecto de exhibición científica y educativa para difundir el conocimiento sobre las nuevas energías entre los estudiantes.

Centros comerciales y edificios de oficinas

El consumo máximo de energía de estos edificios durante el día es muy consistente con la curva de radiación solar. La electricidad generada por el sistema PVT se puede utilizar directamente en el sistema de aire acondicionado, y el calor se puede utilizar para el suministro central de agua caliente o calefacción, mejorando así la tasa de autosuficiencia energética.

Iv. Análisis de beneficios económicos

Reducir los costos de energía

El precio de la electricidad para edificios comerciales suele ser más alto que para edificios residenciales. PVT puede reducir significativamente los costos de electricidad y combustible generando y consumiendo su propia electricidad y reemplazando los sistemas de calentamiento de agua a gas.

Acortar el período de recuperación de la inversión

Aunque la inversión inicial en sistemas PVT es mayor que la de un sistema individual, debido a su mayor ahorro energético, la rentabilidad a largo plazo es mayor. Algunos casos en Europa muestran que el periodo de recuperación de la inversión en PVT es de entre 6 y 8 años.

Mejorar el valor de la propiedad

En el sector inmobiliario comercial, las certificaciones ecológicas y de ahorro energético (como LEED y BREEAM) pueden mejorar el valor de mercado y el atractivo de los edificios para alquiler. Como una de las configuraciones de energía verde, la inversión privada en activos tiene un efecto positivo en la revalorización de los activos.

V. Beneficios ambientales y sociales

Reducción de emisiones de carbono

Las emisiones de carbono de los edificios comerciales e instituciones públicas son considerables. El sistema PVT no solo sustituye parte de la energía térmica, sino que también reduce el consumo de gas de las calderas. Se estima que si un edificio de oficinas de 5000 metros cuadrados está equipado con un sistema PVT de 100 kW, puede reducir cientos de toneladas de emisiones de dióxido de carbono al año.

Efecto de demostración

La instalación de sistemas de energía limpia en instituciones públicas no solo es una medida de ahorro energético, sino también una manifestación de la orientación política. Transmite a la sociedad una señal sobre la viabilidad y la necesidad de las energías limpias, lo que puede impulsar a otras industrias a seguir su ejemplo.

Mejorar la estructura energética urbana

Los grandes edificios comerciales están ampliamente distribuidos en los centros urbanos. Las características de energía distribuida de la PVT ayudan a reducir la dependencia de las redes eléctricas urbanas y a aliviar los picos de demanda.

Vi. Desafíos que se enfrentan en las aplicaciones

El coste inicial es relativamente alto

Para las escuelas o instituciones públicas con presupuestos limitados, el alto costo de instalación del PVT sigue siendo un obstáculo.

Las normas técnicas aún no están unificadas

En comparación con la energía solar térmica o fotovoltaica individual, la energía solar térmica carece de estándares unificados a nivel mundial en términos de instalación, inspección, operación y mantenimiento.

Limitaciones del diseño arquitectónico

No todos los techos de edificios o paredes exteriores son adecuados para la instalación de PVT, especialmente los edificios antiguos que pueden requerir refuerzo y renovación adicionales.

Conocimiento insuficiente del mercado

Muchos propietarios o administradores de edificios no tienen una comprensión suficiente de la PVT y todavía permanecen estancados en el concepto de los calentadores de agua solares o fotovoltaicos tradicionales.

Vii. Direcciones futuras de desarrollo

Apoyo a políticas y subsidios

A medida que avance la estrategia de neutralidad de carbono, es posible que más países ofrezcan incentivos financieros o fiscales a proyectos PVT en el futuro.

Integración con edificios inteligentes

Si el PVT se puede vincular con el sistema de gestión energética del edificio para lograr un despacho inteligente de la energía eléctrica y térmica, mejorará enormemente la eficiencia.

La combinación de almacenamiento de energía y PVT

El almacenamiento de energía eléctrica en baterías y energía térmica en materiales de cambio de fase o tanques de agua caliente puede resolver el problema del consumo y la generación de energía asíncrona.

Diseño arquitectónico integrado

Gracias a la tecnología BIPVT, los módulos PVT se utilizan directamente como parte del techo o del muro cortina, lo que resulta estéticamente agradable y energéticamente eficiente.

viii. Conclusión

En edificios comerciales e instituciones públicas, los sistemas PVT, gracias a su eficiente utilización del espacio y su amplia capacidad de producción energética, pueden reducir significativamente los costos operativos, disminuir las emisiones de carbono y mejorar la imagen ecológica de los edificios. A pesar de los desafíos en términos de costos, estándares y promoción, con el apoyo de políticas y el progreso tecnológico, se prevé que los PVT se conviertan en un componente importante de los edificios ecológicos en el futuro. Para las empresas e instituciones públicas que buscan la independencia energética y un desarrollo con bajas emisiones de carbono, los PVT no solo son una tecnología de ahorro energético, sino también una opción estratégica para el futuro.