Validación experimental del beneficio energético de la implemetación de sistemas fotovoltaicos (FV) integrados con techos verdes para entornos tropicales con clima cálido. (2020)
Actualmente, los sistemas fotovoltaicos (FV) son la FNCE de mayor aplicabilidad en entornos urbanos debido a su fácil instalación y operación. Su integración en la mayoría de entornos tropicales es favorable debido a los altos niveles de radiación solar. Sin embargo, la temperatu-ra del aire circundante a los paneles fotovoltaicos afecta negativamente su eficiencia, la cual puede estar entre 10°C y 20°C por encima de la temperatura ambiente del lugar. Tal incremento de temperatura obedece al proceso de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) que está ligado con la superficie de instalación (techo o terraza). Es aún más crítico en lugar con clima cálido donde la eficiencia energética puede ser reducida hasta en un 20%. Este fenómeno puede ser mitigado por techos verdes, otra tecnología sostenible de creciente implementación en Colombia. La combinación de estas dos tecnologías amigables con el medio ambiente se denomina Green Roof Integrated Photovoltaics - GRIPV. Esta integración adicionalmente mejoraría el desempeño del techo verde, ya que el sombreado proveído por los paneles FV reduciría el estrés térmico de la vegetación y potenciaría la función como aislante térmico. Ello reduciría la carga térmica de espacios interiores, y en con-secuencia el consumo energético debido a aires acondicionados. Adicionalmente, se indica que también se validará el uso de la irrigación sobre paneles fotovoltaicos como solución para fortalecer la mitigación térmica del material semiconductor y la remoción de material particulado que afecta la captación de radiación solar incidente. Esta aplicación complementaria estaría integrada con el riego de los techos verdes. Esta solución a la afectación térmica, tanto de paneles fotovoltaicos como de techo verde, hace parte del quehacer del Grupo de Investigación en Sistemas de Energía Eléctrica (UIS). Su estudio específico se lleva a cabo a partir de una investigación de doctorado en Ingeniería Eléc-trica en la UIS, que abordó de manera intensiva la temática GRIPV durante la pasantía de in-vestigación (6 meses) en el Green Building Research Laboratory de Portland State University (USA). La validación funcional que se propone de esta solución tecnológica consiste en caracterizar el aumento de la generación fotovoltaica y la disminución del consumo energético por aires acondicionados debidos a la implementación de la solución GRIPV. Para lograr esto, se deben realizar un análisis de desempeño a partir de monitorización intensiva de dos configuraciones de GRIPV durante varios meses. El primer sistema (3 paneles FV y 5m2 de techo verde) buscará el análisis de impacto de factores en el desempeño del sistema; tales como altura de instalación, la inclinación de paneles y la velocidad del aire; para lo cual se ha diseñado un experimento factorial 2k, donde k es el número de factores que tomarán sólo dos valores. El segundo sistema (20 paneles FV y 36m2 de techo verde) deberá ser portátil para realizar pruebas en dos poblaciones con clima cálido en Santander. Tendrá como propósito identificar de forma independiente la operación térmica de espacios interiores con aire acondicionado y del techo verde, así como del desempeño de los paneles fotovoltaicos. Para ello se analizarán comparativamente tres escenarios con respecto al caso de terraza descubierta; los escenarios considerados son: (i) Terraza descubierta con paneles FV, (ii) techo verde y (iii) terraza con GRIPV. Adicionalmente, de ser posible, se realizarán pruebas con el generador FV con una sección de techo verde del Edificio de Ingeniería Eléctrica debido a su operación permanente. El primer sistema GRIPV y la sección de techo verde serán proveídos como contrapartida por parte de la UIS, mientras los recursos de convocatoria se emplearán para la implementación del segundo sistema GRIPV (portátil) y los sistemas de monitorización.