En el caso de los techos comerciales, si se tiene cuidado a la hora del diseño y la elección de materiales, lo solar podría ser convincente
Cada tipo de producción de energía, como el carbón y la solar, implican diversos costos que dependen de la ubicación, la eficiencia del equipo en particular que se use, etc. Hoy en día, la variedad de costos de la energía fotovoltaica o solar superan las fuentes convencionales de electricidad, como se observa en el siguiente gráfico (2021; los datos son cortesía de Lazard).
Para comparar mejor los costos verdaderos, los datos que se observan arriba no incluyen impuestos ni otros subsidios. El término "costo nivelado" se define como una evaluación económica del costo total promedio para construir y operar un activo que genere electricidad durante su vida útil, dividido por la producción total de energía del activo durante esa vida útil. Incluye el capital inicial, así como el mantenimiento, los costos operativos y de combustible. Es el costo de equilibrio sin ningún margen de ganancia.
Una conclusión inmediata del gráfico es que la energía solar, en especial, a nivel de servicio público y en instalaciones de techos comerciales e industriales, es competitiva con respecto a la generación de energía convencional. En lo que resta de este artículo, se analizará con más detenimiento la energía solar en techos comerciales e industriales ("solar C & I").
El costo energético de la solar C & I varía entre $85 y $194 por hora megavatio o MWh. El diseño y la ingeniería de dichas disposiciones solares en el techo ahora son altamente especializados, con un enfoque en aumentar el rendimiento (es decir, la producción o el resultado) y reducir los costos. Una métrica clave es la densidad de la energía o la producción de energía por área de unidad, que se examinará en detalle aquí junto con la vida útil productiva prevista de dichas instalaciones. La densidad de la energía y el ciclo de vida útil suelen ser componentes importantes del costo nivelado. Algunos parámetros específicos varían si la disposición se compone de paneles solares estándar o paneles bifaciales. Esto se trata de manera independiente.
Módulos solares estándar
Cómo maximizar la densidad de la energía
El diseño de la disposición cumple un papel fundamental a la hora de determinar la densidad de la energía. Para lograr una producción de energía máxima por panel, la orientación de la disposición debe ser directamente perpendicular a la energía del sol. Esto se logra cuando se orientan los paneles en dirección sur a un ángulo de 30° (para las zonas del sur de los EE. UU.), como se indica a continuación:
No obstante, esta disposición no maximiza la cantidad de paneles que se pueden colocar en un área determinada. En otras palabras, la densidad de la energía no está maximizada. El siguiente esquema muestra los paneles más juntos, pero a un ángulo menos óptimo con respecto al sol. Los paneles están a un ángulo inferior para evitar la sombra, de manera que existe una compensación entre maximizar la energía de cada panel individual en comparación con toda la instalación.
Por supuesto, el ángulo del sol cambia con la ubicación, el momento del día y la época del año. No obstante, los diseñadores de los sistemas solares ahora modelan el rendimiento de la disposición para maximizar la densidad de la energía anualizada para cada ubicación específica.
La curva de la energía diaria
Si una disposición se orienta directamente al sur, entonces el rendimiento de la energía podría aumentar durante el día, cuando el sol se asome en el cielo. La potencia máxima se produciría entre el mediodía y la 1 p. m. cuando el sol está más directamente sobre el conjunto, después se reduce. Esto podría parecer óptimo, pero hay dos situaciones que cambiarían esa perspectiva:
- Algunas empresas de servicios públicos prefieren que se diseñen las disposiciones solares para producir la energía pico más próxima a la mitad de la tarde, a fin de coincidir con la demanda pico de energía debido al consumo de los equipos de aire acondicionado. En estos casos, las disposiciones solares se orientan levemente al oeste, para que el sol esté más perpendicular a los paneles a mitad de la tarde.
- Las instalaciones de solares C & I, a veces, están hechas con la intención expresa de suministrar tanta energía al edificio como sea posible. En estos casos, podría ser conveniente suavizar la curva de energía para proporcionarla de manera más uniforme durante el día. Para ello, se deben disponer los paneles orientados de este a oeste, como se muestra en el siguiente esquema:
La producción diaria de energía de este tipo de configuración, en comparación con la más tradicional en dirección sur, se muestra en el siguiente gráfico:
El análisis de la disposición de los paneles de este a oeste sugiere que la densidad de la energía, aunque no se maximiza, podría ser bastante alta. Este tipo de instalación, básicamente, evita la sombra, excepto durante el amanecer y el atardecer.
Suposición de la duración de los paneles solares
Como se describió anteriormente, los cálculos de los costos nivelados asumen una determinada vida útil durante la cual el activo producirá energía. En el caso de los datos que se observan en el gráfico inicial, se supone que los paneles solares tienen una vida útil de veinte años. Existen evidencias de que la mayoría de las fallas en los paneles se producen en los primeros años de funcionamiento, debido a que los defectos de fabricación y similares causan averías. No obstante, una vez que esos pocos paneles defectuosos se reemplazan, existen evidencias anecdóticas significativas de que los paneles pueden producir energía útil por varias décadas.
Los inversores, que son necesarios para convertir la corriente continua del panel a corriente alterna, también podrían fallar en un comienzo debido a defectos de fabricación y cableado. Los inversores también podrían tener fallas a largo plazo, pero su costo sigue disminuyendo, además, el reemplazo y la reparación de estos dispositivos forma parte del mantenimiento habitual del sistema.
La vida útil de la membrana para techos puede ser un factor importante a la hora de determinar la vida económica a largo plazo de la instalación de solar C & I. Si se requiere reemplazar la membrana, el costo de retirar y reinstalar el panel podría resultar prohibitivo. El TPO EverGuard Extreme® de GAF se desarrolló para instalaciones demandantes y para esas situaciones en las que se requiere una vida útil del techo más prolongada. Con la cobertura de la garantía de hasta 35 años (según el método de la instalación y el grosor de la membrana) y el excepcional rendimiento climático acelerado, el riesgo a largo plazo de falla es menor para el TPO EverGuard Extreme® de GAF que para cualquier otra membrana de TPO.
Módulos solares bifaciales
Hasta aquí, este blog se centró en los paneles solares convencionales. No obstante, los paneles solares bifaciales pueden proporcionar más energía que los módulos estándar y cada vez son más populares. Aunque, los módulos bifaciales cambian algunos de los aspectos que ya abordamos. Los paneles solares bifaciales absorben energía solar de ambos lados con el concepto general que se observa aquí:
Los paneles bifaciales se deberían instalar por encima de las superficies altamente reflectantes, como se observa aquí:
Es importante asegurarse de que el sustrato que esté por debajo no tenga mucha sombra. De hecho, los módulos bifaciales requieren distintos tipos de consideraciones para maximizar la densidad de la energía en comparación con los paneles convencionales que se mencionaron anteriormente. Existen tres factores que pueden aumentar la producción de energía de una instalación bifacial: la altura del módulo encima de la membrana, el ángulo de inclinación y el espacio entre una fila y otra del módulo.
Altura del módulo bifacial
La altura del módulo es importante debido a su relación con la sombra de la membrana. Como se sugiere en el siguiente esquema, los módulos que están más alejados encima de una membrana muy reflectante producirán más energía que los que están más cerca.
Las directrices de diseño, como las provistas por LG* y Prism*, sugieren la siguiente relación entre la altura, que se mide desde el punto más bajo y la ganancia de energía bifacial.
El diseñador de los paneles deberá sopesar ciertos factores, como la resistencia de los vientos y el costo, en relación con una posible ganancia de energía. En la mayoría de las situaciones, sería prudente mantener los módulos a la altura o por debajo de la altura de la pared del parapeto para minimizar las cargas de viento.
Ángulo de inclinación y espaciado de filas en bifaciales
Al igual que en los módulos estándar, el ángulo de inclinación de los paneles bifaciales se puede aumentar para maximizar la densidad de la energía, pero se debe considerar la cobertura de la membrana. Esto se explica mejor cuando analizamos el siguiente esquema.
Las filas de los módulos estándar se pueden espaciar de manera estrecha; el factor limitante será el grado de la sombra de los módulos en sí. Con los módulos bifaciales, la sombra de la membrana es el factor limitante. Como sucede con la altura de los módulos, la ganancia de energía de los bifaciales se puede ejemplificar como una función de la proporción de cobertura de la membrana. En el siguiente gráfico, se observa una respuesta generalizada para un módulo bifacial con una eficiencia lateral posterior alta:
Reflectancia de la membrana
Como se mencionó anteriormente, el rendimiento de los paneles solares bifaciales depende de la reflectividad del sustrato. En el caso de las membranas para techado termoplásticas de TPO, existen solo diferencias ínfimas entre las membranas de TPO de los distintos fabricantes en términos de reflectancia inicial. La medida crítica es la reflectancia solar debido a que se trata de luz visible que provee energía que se convierte en electricidad. El Índice de Reflectancia Solar, o SRI, no es apropiado porque incluye un término de emisión que es una medida del calor que irradia desde la superficie.
El Cool Roof Rating Council independiente indica que el TPO EverGuard® de GAF tiene una reflectancia inicial de 0.76, en consonancia con las otras membranas de TPO estándar. La reflectancia de tres años de antigüedad se indica como 0.68, nuevamente en consonancia con otras membranas de TPO. No obstante, EverGuard Extreme® de GAF tiene una reflectancia inicial de 0.83, es decir, 7 puntos de porcentaje por encima del TPO estándar. El valor de tres años de antigüedad se determinó que es de 0.72.
Muchos en la industria solar usan el albedo como medida de reflectancia, en lugar de la reflectancia solar que se usa en la industria del techado. En la práctica, las dos medidas son muy similares, albedo es la reflectancia total del espectro y la reflectancia solar se mide principalmente en la región visible de la energía solar. En el siguiente gráfico, se observa la ganancia de energía bifacial como una función del albedo del techo, gracias a los datos de LG*.
Es evidente que, un albedo o reflectancia solar altos aumentan la producción de energía de los módulos bifaciales en una aplicación de solar C & I. Por lo tanto, es beneficioso tener una membrana como TPO EverGuard Extreme® de GAF, que ofrece la posibilidad de mantener una alta reflectancia. Como se mencionó en el blog anterior, por lo general, el TPO puede mantener un nivel de reflectancia superior en comparación con otros tipos de membranas, pero también el TPO EverGuard Extreme® de GAF, en particular, podría resistir la absorción de suciedad por mayor tiempo que otras membranas de TPO.
Suposición de la duración de los paneles solares
Para las instalaciones de los módulos bifaciales, la vida útil de la membrana es tan importante como para los módulos solares estándar, es decir, una vida prolongada del sistema puede disminuir el costo nivelado de energía. Por ende, esto puede contribuir a los costos nivelados que son más competitivos en comparación con las fuentes de energía convencionales.
Resumen
- Los costos de la energía solar ahora son muy competitivos con respecto a las fuentes de energía convencionales, como la generación de energía por carbón o gas.
- La optimización del costo nivelado de la energía solar es fundamental para que sea una opción atractiva.
- Maximizar la densidad de la energía de las instalaciones de solares C & I, aunque es un poco diferente para los módulos solares estándar con respecto a los módulos bifaciales, es un factor importante para reducir el costo de la energía en general.
- La elección de la membrana para techos es importante por dos motivos:
- Membranas como TPO EverGuard Extreme® de GAF ofrecen una mayor vida útil que las membranas de TPO estándar, lo cual puede reducir o eliminar los costos del retiro y la reinstalación del panel solar en relación con el reemplazo del techo.
- La alta reflectancia y el posible mantenimiento a largo plazo de esa reflectancia hacen de TPO EverGuard Extreme® de GAF una opción atractiva para las instalaciones de módulos bifaciales. Esto se debe a la ganancia de energía bifacial que surge de los sustratos de albedo más altos.
*Los nombres comerciales, de empresas o productos que se mencionan en el presente tienen como único fin describir los materiales y los productos que figuran. Bajo ningún aspecto estas referencias implican recomendaciones ni respaldo, tampoco significa que los productos particulares son los mejores disponibles para los fines mencionados.
