Solar PV Land Use - A Review/es

Datos del proyecto

Tipo
Autores	Koami Soulemane Hayibo
Descripción
Ubicación	Londres , Ontario
Estado
Años
Manifiesto del OKH	Descargar

¡Se busca el Grupo de Investigación de Tecnología de Sostenibilidad Libre y Apropiada (FAST) de la Universidad Western ! Estudiantes para construir un futuro distribuido con impresión 3D de código abierto y reciclaje con energía solar. Contacte al Dr. Joshua Pearce - Solicite aquí.

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Antecedentes

Revisión de la literatura

Requisitos potenciales de tierra y emisiones relacionadas con el cambio de uso de la tierra de la energía solar ^{[ 1 ]}

Resumen

Aunque la transición a las energías renovables intensificará la competencia global por el suelo, los impactos potenciales impulsados ​​por la energía solar permanecen sin explorar. En este trabajo, se calculan los requisitos potenciales de suelo solar y las emisiones relacionadas con el cambio de uso del suelo para la UE, India, Japón y Corea del Sur. Se desarrolla un método novedoso dentro de un modelo de evaluación integrado que vincula los sistemas socioeconómicos, energéticos, del suelo y climáticos. Con una penetración del 25-80% en la combinación eléctrica de esas regiones para 2050, observamos que la energía solar puede ocupar entre el 0,5% y el 5% del suelo total. Los cambios resultantes en la cobertura del suelo, incluidos los efectos indirectos, probablemente causarán una liberación neta de carbono que oscilará entre 0 y 50 gCO2/kWh, dependiendo de la región, la escala de expansión, la eficiencia de la tecnología solar y las prácticas de gestión del suelo en los parques solares. Por lo tanto, se debe aplicar una planificación y regulación coordinadas de las nuevas infraestructuras de energía solar para evitar un aumento significativo en las emisiones de su ciclo de vida a través de las pérdidas de carbono terrestre.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Densidad energética de las energías renovables < fósiles -> otra referencia proporcionada
   • La transición de los combustibles fósiles a las energías renovables intensifica la competencia por la tierra -> se proporcionan otras referencias
   • La eficiencia del uso del suelo para energía fotovoltaica y termosolar es menor que la estimada anteriormente -> se proporcionaron otras referencias
   • Restricciones de la energía solar a escala de servicios públicos (USSE):
     • recurso
     • Geográfico + regulatorio: comunidades humanas, biodiversidad, agricultura, silvicultura, ciclo del carbono
   • Objetivo: cuantificar la ocupación potencial del territorio por energía fotovoltaica instalada hasta 2050 en la UE, India, Japón y Corea del Sur
2. Resultados
   • Rango de penetración solar: 25 a 80 %
     • UE: 0,5 a 2,8 % de ocupación del suelo
     • India: 0,3 a 1,4 % de ocupación del territorio
     • Japón + Corea del Sur: 1,5 a 5,2 % de ocupación del territorio
   • Cambio de la cobertura terrestre:
     • desplazamiento en tierras agrícolas existentes + cobertura forestal
     • No se permiten desplazamientos en tierras no gestionadas
     • El desplazamiento inicial provocó que se utilizaran tierras no gestionadas (a nivel local y global) -> desplazamiento de cultivos a zonas de menor productividad
     • El efecto varía según la región
3. Discusión
   • Alta proporción de energía solar -> importante superficie nacional
   • La energía solar compite con:
     • tierras de cultivo + bosque gestionado -> nivel doméstico
     • bosques no gestionados -> a nivel mundial
   • Cambios en la cobertura terrestre => aumento de las emisiones de GEI + pérdida de biodiversidad
   • Si se siembra tierra solar (hierbas + pastos) => menos emisiones o incluso posibles emisiones negativas
   • No se incluyen sistemas agrovoltaicos
4. Métodos: Modelado de evaluación integrado

Evaluación del uso del suelo y los posibles conflictos en la energía solar y eólica terrestre en Japón ^{[ 2 ]}

Resumen

Este estudio identificó áreas adecuadas para sistemas fotovoltaicos (PV) y eólicos terrestres, con pocos o ningún uso de la tierra en competencia. Toda la tierra contigua en Japón se clasificó en 15 tipos independientes de uso de la tierra según su nivel de regulación. Cuatro tipos se determinaron como áreas de restricción suave adecuadas para el desarrollo: tierras de cultivo devastadas, pastizales, tierras baldías y matorrales. Las tierras legalmente prohibidas en reservas naturales se excluyeron de estas áreas. El área restante se consideró disponible para ambos sistemas de energía renovable. El análisis mediante sistemas de información geográfica (SIG) reveló que el área total de tierra disponible para el desarrollo de turbinas fotovoltaicas y eólicas es de 3.428 km2 o el 0,9% de toda la tierra contigua en Japón. En el 72% de esta área, estos sistemas pueden tener que competir con otros proyectos de desarrollo, incluidos entre sí. Considerando factores como la demanda de electricidad y la pendiente del terreno, se demuestra que la instalación de turbinas eólicas terrestres en áreas de desarrollo en competencia es importante. Si se instalara una capacidad eólica terrestre de 25 GW en áreas con desarrollo competitivo y una capacidad fotovoltaica de 64 GW en áreas no competitivas, el resultado sería 130,2 TWh/año, lo que representa el 15% de la demanda anual total de electricidad de Japón en 2018.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Japón podría cumplir el Acuerdo de París para 2050 si los costos de la energía fotovoltaica y eólica continúan bajando
   • Aumento de la capacidad fotovoltaica => impacto negativo en la vida silvestre
   • Instalar energía fotovoltaica en zonas con pocos o ningún uso competitivo
   • Estudios anteriores no consideraron los conflictos de tierras en Japón (fotovoltaica versus eólica; fotovoltaica versus tierras protegidas, etc.)
   • Objetivo: utilizar SIG para estimar y visualizar la superficie total de tierra disponible para la generación de energía fotovoltaica y eólica terrestre
2. Resultados
   • Proporciona datos sobre la superficie terrestre disponible para energía fotovoltaica y eólica y la superficie conflictiva a la que se enfrentan la energía fotovoltaica y eólica.
   • La fotovoltaica compite con la eólica en el 72% del terreno disponible
3. Discusión
   • El paisaje inclinado dificulta la implementación de sistemas fotovoltaicos -> ejemplo proporcionado
   • La energía fotovoltaica es más eficaz que las turbinas eólicas en términos de eficiencia de área (el doble en el caso de Japón)
   • Los conflictos sobre el uso del suelo no pueden ignorarse en la evaluación de la energía fotovoltaica
4. Métodos:
   • Enfoque basado en SIG para estimar el área disponible con base en un método BMVI simplificado
   • En Japón, la tierra se clasifica en diferentes categorías => algunas son aceptables para energía fotovoltaica, otras no.
   • Imposición de LCA en parques fotovoltaicos => mayor dificultad para instalar energía fotovoltaica en tierra

Análisis de datos de energía solar: Implementación de energía fotovoltaica y uso del suelo ^{[ 3 ]}

Resumen

Los objetivos de la UE para el desarrollo sostenible exigen cambios profundos en los sistemas energéticos actuales, así como una protección comprometida de los recursos ambientales. Este objetivo entra en conflicto si una política no promueve soluciones compatibles para ambos problemas. Este es el caso de las fuentes de energía renovable adicionales que se deben explotar para aumentar su participación en la matriz eléctrica y en el consumo final bruto de energía. La energía solar es, actualmente, la solución más económica en países del sur de Europa, como Italia. En este artículo, gracias a la disponibilidad de tres bases de datos abiertas proporcionadas por instituciones nacionales, los autores compararon las tendencias históricas y los escenarios de políticas para el consumo de suelo, el consumo de electricidad y la producción de electricidad renovable para verificar las correlaciones. Se eligió la escala provincial como resolución del análisis. Las desviaciones de los escenarios de políticas se analizaron posteriormente para identificar la demanda de recomendaciones políticas y vías para promover el logro del objetivo de participación de electricidad renovable, así como la tendencia de reducción del consumo de suelo en 2030. El papel de las energías renovables integradas en los contextos existentes, como la fotovoltaica integrada en edificios, se considera un factor clave para resolver este problema.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Reducir el consumo de suelo es el principal objetivo para mitigar los impactos ambientales y paisajísticos, así como la calidad de vida de los ciudadanos, como el nivel de contaminación.
   • La energía fotovoltaica tiene un impacto bajo si se integra en edificios existentes o si forma parte de edificios nuevos, lo que no implica un mayor uso del suelo -> referencia proporcionada
   • El despliegue de plantas de energía renovable encuentra obstáculos en la comunidad local y en la legislación cuando se produce a gran escala -> referencia proporcionada
   • Objetivo: Investigar la correlación entre la instalación de plantas de energía renovable y el uso de la tierra para proporcionar un marco más informado y un conjunto de recomendaciones.
2. Resultados y discusión
   • Proporcionar valores de consumo de tierra, consumo de electricidad y generación de electricidad para diferentes provincias.
   • El 4,7% de las provincias italianas solicitan una superficie adicional superior al 30% del suelo ya consumido requerido -> ejemplos proporcionados
   • Si el requerimiento de tierra supera el 30% del suelo consumido, el objetivo para 2030 es difícil, con solo energía fotovoltaica terrestre
   • Las intervenciones para aumentar la descarbonización requieren infraestructuras y sistemas con potenciales impactos ambientales adicionales.
   • Reforzar la necesidad de un consumo más eficiente del suelo
3. Métodos
   • Análisis de datos utilizando: superficies administrativas, población, consumo de suelo, consumo de electricidad y datos de producción de electricidad renovable
   • El consumo de suelo se define como una variación de una cobertura no artificial (suelo no utilizado) a una cobertura artificial del suelo (suelo consumido) -> referencia proporcionada
   • La UE aspira a eliminar el consumo neto de tierra para 2050
   • Consejos para legislar sobre la protección del suelo contra la cobertura artificial en Italia
   • Punto de partida del estudio: 2012 - 2017 -> aumento del consumo de suelo de 22.814 a 23.063 km² (7,65 % del total del territorio nacional)

Análisis del uso estratégico del suelo para el desarrollo de la energía solar en el estado de Nueva York ^{[ 4 ]}

Resumen

Este estudio investiga las características espaciales del desarrollo de energía solar a escala de servicios públicos (USSE) en el estado de Nueva York (NYS) y evalúa la idoneidad del terreno para el futuro desarrollo de USSE, necesario para alcanzar las metas estatales de energía renovable, utilizando técnicas GIS-MCDA. La pendiente, la proximidad a subestaciones eléctricas, las tierras protegidas y la calidad del suelo se utilizaron como criterios para desarrollar escenarios de idoneidad del terreno. El 40% de la capacidad actual de USSE se ha desarrollado en tierras agrícolas, y el 84% de las tierras identificadas como aptas para el futuro desarrollo de USSE (potencial de ∼140 GW) son agrícolas. El potencial de USSE en tierras no agrícolas es de 22,5 GW, suficiente para acomodar el desarrollo de 21,6 GW, que es la capacidad estimada de USSE que se requerirá para alcanzar la meta del NYS de 70% de electricidad renovable para 2030. Por lo tanto, las tierras agrícolas serán el objetivo principal para el futuro desarrollo de USSE. Explorar las sinergias específicas de cada estado para la coubicación de energía solar y agrícola, prevenir el desarrollo espacialmente concentrado de USSE e incentivar el uso de tierras agrícolas improductivas ayudará a mitigar los impactos negativos del desarrollo de USSE en las tierras agrícolas.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Objetivos de descarbonización del estado de Nueva York (NYS): 100 % de electricidad de fuentes limpias para 2040 (70 % para 2030); descarbonización total de la economía para 2050
   • Necesidad de capacidad de energías renovables adicional para alcanzar los objetivos de 2030
   • Crecimiento de la energía fotovoltaica (>5x en los últimos 5 años) => conflictos por la tierra en el estado de Nueva York: energía fotovoltaica vs. tierras agrícolas (92% de la superficie total); energía fotovoltaica vs. bosques
   • Objetivo: investigar las características espaciales del desarrollo de USSE en NYS; informar las políticas de desarrollo de energía solar y la toma de decisiones desde una perspectiva de uso de la tierra para apoyar el desarrollo futuro de USSE para la transición a la energía sustentable.
2. Revisión de literatura
   • Criterios de exclusión de terrenos para energía fotovoltaica: restricciones legales, terrenos protegidos, áreas desarrolladas, aguas abiertas y superficies de mayor pendiente -> referencia proporcionada
   • Criterios de idoneidad del terreno para la energía fotovoltaica: irradiación solar, distancia a la infraestructura eléctrica, pendiente y cobertura del suelo -> referencia proporcionada
3. Resultados y discusión
   • Tierras agrícolas preferidas para el despliegue de USSE -> podría impactar la agroeconomía del estado
   • Enorme conflicto entre la energía fotovoltaica y las tierras agrícolas: las tierras agrícolas son buenas para los parques fotovoltaicos
   • El 41% de los USSE existentes se encuentran en tierras agrícolas
   • El 85% de las tierras adecuadas para la energía fotovoltaica son tierras agrícolas
   • El 82% de las tierras medianamente aptas para la energía fotovoltaica son tierras agrícolas
   • Soluciones potenciales en agrovoltaica (estudios citados)
   • La tierra total disponible en el estado de Nueva York no es suficiente para alcanzar los objetivos de 2030 o 2050
   • USSE podría requerir una cantidad significativa de tierra
4. Métodos
   • SIG-MCDA (sistemas de información geográfica y análisis de decisiones multicriterio)
   • Análisis realizado en 7 pasos
   • USSE -> Plantas fotovoltaicas > 1 MW -> referencia proporcionada (AIE)

La conversión de tierras para instalaciones solares y la expansión urbana en los desiertos del suroeste provocan diferentes grados de pérdida de hábitat para las abejas Ashmeadiella ^{[ 5 ]}

Resumen

La conversión de tierras para uso humano representa una de las mayores amenazas para los ecosistemas terrestres y causa la pérdida de hábitat para una gran cantidad de especies. El desarrollo de grandes instalaciones de energía solar y la expansión urbana están convirtiendo tierras silvestres en los desiertos del suroeste de EE. UU. para uso humano, lo que resulta en la pérdida de hábitat para las especies desérticas. Esto se debe en parte a que los desiertos del suroeste se identifican como un gran potencial de energía renovable, mientras que las áreas urbanas se expanden hacia áreas que albergan una alta biodiversidad. Estudios previos han cuantificado el desarrollo dentro de algunos de estos puntos críticos de biodiversidad, pero ninguno ha investigado la pérdida directa de hábitat específico para diferentes especies de polinizadores. Las abejas nativas están poco estudiadas y, por lo tanto, es difícil saber cuánto hábitat se ha perdido. Cuantificamos la cantidad de conversión de tierras ocurrida entre 2010 y 2015 en los condados de Clark, Nevada, Mojave, Arizona, y San Bernardino, California, para evaluar la pérdida directa de hábitat potencial para las especies en los desiertos del suroeste. Utilizando imágenes satelitales, cuantificamos la pérdida directa de hábitat debido a las instalaciones solares y estimamos otras conversiones de tierras debido a la expansión urbana, utilizando datos de cobertura terrestre del USDA. Creamos modelos de econicho en MaxENT para diez abejas Ashmeadiella, con el fin de estimar la magnitud de la pérdida directa de hábitat potencial causada por el desarrollo solar y la expansión urbana. Nuestros datos sugieren que las especies no se ven igualmente afectadas por la conversión de tierras en los desiertos del suroeste, y que la pérdida directa de hábitat potencial debido a la expansión urbana es mucho mayor que la pérdida debida a las instalaciones solares. Además, nuestros datos muestran que cada especie sufre diferentes niveles de pérdida de hábitat, tanto por el desarrollo solar como por la expansión urbana, así como entre condados. Estos resultados deberían contribuir al desarrollo de programas de conservación de polinizadores, al ilustrar que la conversión de tierras puede variar entre gobiernos locales y especies de polinizadores.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • La conversión de tierras, incluida la expansión urbana, la eliminación de la capa superior del suelo y la vegetación, y la producción agrícola provocan la pérdida de hábitat.
   • Se promueve la energía renovable a escala de servicios públicos para cumplir con el objetivo de California de un 50 % de energía renovable para 2030 -> referencia proporcionada
   • La producción de energía se suma a las actividades que provocan la degradación, fragmentación y pérdida del hábitat en los desiertos del suroeste.
   • Objetivo: cuantificar y comparar la cantidad de conversión de tierras para energía solar y expansión urbana que ocurre en tres condados contiguos; comparar la cantidad de hábitat potencial que se pierde para diez especies de Ashmeadiella y aclarar cómo la conversión de tierras en estos desiertos puede afectar a algunas especies más que a otras.
2. Resultados y discusión
   • La energía fotovoltaica provocó una menor pérdida de hábitat para las abejas en comparación con la expansión urbana
   • Aún más abajo, la expansión fotovoltaica podría competir con las especies del desierto.
   • La energía fotovoltaica debería integrarse en estructuras existentes en lugar de talar nuevas tierras, lo que reduciría la pérdida de hábitat.
3. Métodos
   • Modelado de ARCMap
   • Comparación de las pérdidas de hábitat debido a la energía fotovoltaica frente a la expansión urbana
     

Evaluación de vulnerabilidades y límites en la transición a energías renovables: Necesidades de suelo en escenarios de energía solar al 100% ^{[ 6 ]}

Resumen

La transición a las energías renovables intensificará la competencia global por el suelo. Sin embargo, la mayoría de los análisis realizados hasta la fecha han concluido que el suelo no supondrá restricciones significativas para esta transición. En este estudio, estimamos las necesidades de uso del suelo para abastecer toda la electricidad y la energía final consumidas actualmente con energía solar doméstica en 40 países, considerando dos cuestiones clave que no suelen tenerse en cuenta: (1) la necesidad de afrontar la variabilidad del recurso solar y (2) la ocupación real del suelo por las tecnologías solares. Nos centramos en la energía solar, ya que presenta la mayor densidad energética y potencial biofísico entre las renovables. El ejercicio realizado muestra que, para muchas economías capitalistas avanzadas, las necesidades de suelo para cubrir su consumo eléctrico actual serían sustanciales, siendo la situación especialmente difícil para aquellas ubicadas en latitudes septentrionales con alta densidad de población y alto consumo eléctrico per cápita. Al evaluar las implicaciones en términos de disponibilidad de suelo (es decir, suelo no utilizado para actividades humanas), la lista de países vulnerables aumenta considerablemente (la UE-27 requiere alrededor del 50 % de su suelo disponible), y pocas economías capitalistas avanzadas requieren una proporción baja del suelo disponible estimado. La replicación del ejercicio para explorar los requisitos de uso del suelo asociados con la transición a una economía 100% solar indica que esta transición podría ser físicamente inviable para países como Japón y la mayoría de los estados miembros de la UE-27. Su vulnerabilidad se agrava al contabilizar la huella de electricidad y energía final, es decir, la energía neta incorporada en el comercio internacional. Si la dinámica actual continúa, países emergentes como India podrían alcanzar una situación similar en el futuro. En general, nuestros resultados indican que la transición a energías renovables, manteniendo los niveles actuales de consumo energético, tiene el potencial de crear nuevas vulnerabilidades o reforzar las existentes en términos de seguridad energética y alimentaria, y conservación de la biodiversidad.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • El Gobierno está promoviendo las energías renovables para mejorar la seguridad energética y limitar el cambio climático
   • Las RES tienen baja densidad => mayor uso de tierra -> rango proporcionado
   • La energía fotovoltaica tiende a monopolizar el suelo
   • La dedicación de tierras para producir energía compite con las necesidades humanas: PV vs. alimentos; PV vs. fibra; PV vs. infraestructura
   • Las fuentes de energía renovables podrían agravar las vulnerabilidades
   • Objetivo: estimar un límite inferior conservador para los requerimientos de uso de la tierra para abastecer toda la electricidad y energía final consumida actualmente a nivel nacional con energía solar en 40 países, prestando especial atención a incertidumbres tales como futuras mejoras de la eficiencia.
   • Estudios anteriores no han considerado dos cuestiones clave al estimar los requerimientos de tierras para sistemas fotovoltaicos: 1) intermitencia y variedad estacional de los sistemas fotovoltaicos; 2) ocupación de tierras fotovoltaicas de 5 a 10 veces mayor que las condiciones ideales -> referencia proporcionada
   • En un mundo alimentado por energías renovables, la superficie terrestre necesaria para mantener el consumo energético británico actual tendría que ser similar a la de Gran Bretaña. Lo mismo ocurre con Alemania, Japón, la República de Corea, Bélgica y los Países Bajos.
2. Resultados
   • La energía fotovoltaica convencional en áreas urbanizadas es más desafiante de lo esperado: tamaños de edificios irregulares, sombreado -> referencia proporcionada
   • La energía fotovoltaica compite con la energía solar y otras tecnologías en áreas urbanas: fotovoltaica vs. solar térmica
   • Se encontró un mayor uso de la tierra en comparación con estudios anteriores -> ejemplos proporcionados
   • Algunos países necesitan más tierra de la que tienen para tener un 100% de energía fotovoltaica (hasta el doble de la superficie total)
3. Discusión
   • Se proporcionaron valores porcentuales de ocupación del suelo con energía fotovoltaica inferior al 100 % en diferentes países
4. Métodos
   • Revista literaria
   • Modelo de insumo-producto multirregional: combina el uso de electricidad y la huella eléctrica
   • Densidad de energía solar a nivel de país utilizando el enfoque de Castro y Smil -> referencia proporcionada
   • Sobrecapacidad y necesidades de almacenamiento debido a variaciones estacionales y a corto plazo
   • Potencial fotovoltaico en edificios y zonas urbanas

Análisis de la disponibilidad de terrenos para plantas de energía a gran escala y evaluación del desarrollo de energía solar fotovoltaica en el estado de Arizona, EE.UU. ^{[ 7 ]}

Resumen

La energía solar fotovoltaica (FV) puede ayudar a satisfacer la creciente demanda de electricidad limpia en Arizona. Este documento analiza dónde se ha desarrollado la energía solar fotovoltaica en Arizona, cuánta tierra apta está disponible para el desarrollo fotovoltaico a gran escala y cómo los futuros cambios en la cobertura del suelo pueden afectar la disponibilidad de esta tierra apta. La idoneidad para el desarrollo fotovoltaico se calcula para el territorio de Arizona en función de la topografía, la ubicación, el recurso solar y la opinión pública. La verificación de campo se utiliza para identificar el escenario que mejor explica el desarrollo de plantas de energía fotovoltaica en Arizona a partir de varios escenarios de toma de decisiones. Menos del 2% del territorio de Arizona se considera excelente para el desarrollo fotovoltaico. La mayor parte de este terreno es privado o pertenece a un fideicomiso estatal. Si el terreno apto disponible se desarrolla completamente con energía solar fotovoltaica, Arizona tiene el potencial de convertirse en un centro energético regional. Sin embargo, en las próximas décadas, las áreas aptas para la generación de energía solar fotovoltaica podrían agotarse rápidamente debido a los conflictos con las crecientes áreas urbanas. Si no se reservan tierras aptas para la generación fotovoltaica, Arizona tendría que recurrir a tierras menos aptas, buscar opciones de uso del suelo multipropósito e instalaciones fotovoltaicas distribuidas para satisfacer sus futuras necesidades energéticas.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • El carbón se está desmantelando en Arizona debido al endurecimiento de los estándares de emisiones y a los precios competitivos de las energías renovables.
   • El área de terreno adecuada para PV varía según la ubicación -> referencia proporcionada
   • La opinión pública influye en la idoneidad del terreno para la energía fotovoltaica -> referencia proporcionada
   • Objetivo: identificar las áreas de desarrollo de energía solar fotovoltaica con menos conflictos en Arizona que puedan servir de base para futuras políticas orientadas al uso sostenible de la tierra para la generación de energía limpia.
2. Resultados y discusión
   • La cantidad de tierra fotovoltaica se reducirá a medida que el suelo urbano se expande en algunas ciudades de Arizona
   • A medida que Arizona se urbaniza rápidamente, se espera que surja un conflicto entre el desarrollo urbano y el desarrollo solar fotovoltaico.
3. Métodos
   • GIS MCA -> Enfoque de dos pasos con factor de opinión pública incluido
   • Los terrenos inclinados generalmente no son adecuados para PV -> valores y referencias proporcionadas
   • AHP para ponderar resultados

[url Título] ^{[ 8 ]}

Resumen

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Meta:
2. Resultados
3. Discusión
4. Métodos

Posibles soluciones al desafío del uso del suelo

En tierra: Agrovoltaica

Sobre el agua: energía fotovoltaica flotante (flotovoltaica/acuavoltaica)

Rendimiento térmico y eléctrico de un sistema fotovoltaico flotante en comparación con un sistema fotovoltaico terrestre: una investigación experimental ^{[ 9 ]}

Resumen

La energía fotovoltaica flotante (FPV) es un concepto relativamente nuevo para la producción de energía limpia y sostenible. Este estudio presenta los resultados de una investigación experimental de un sistema FPV a pequeña escala. El objetivo es evaluar y comparar el rendimiento térmico y eléctrico de los módulos fotovoltaicos monocristalinos y policristalinos utilizados en FPV con el de los sistemas fotovoltaicos terrestres (OPV) de capacidad nominal similar. Para ello, se ha establecido un banco de pruebas compuesto por un sistema FPV y un OPV. Los resultados muestran que, cuando la masa de agua se cubre parcialmente con un sistema fotovoltaico flotante, la evaporación se reduce en un 17 % y, cuando se cubre completamente, en aproximadamente un 28 %. También se ha comprobado que las masas de agua proporcionan un efecto de refrigeración adecuado, reduciendo la temperatura frontal de los módulos fotovoltaicos flotantes entre un 2 % y un 4 % y la temperatura trasera entre un 5 % y un 11 % en comparación con módulos fotovoltaicos terrestres similares. Las imágenes termográficas revelaron que, a 0 grados de inclinación, las temperaturas frontales de los módulos son uniformes. Sin embargo, a medida que aumenta la inclinación, se observa un gradiente de temperatura entre la parte inferior y la central de los módulos. Además, se realizó una prueba experimental para comparar la generación de energía del sistema fotovoltaico flotante con diferentes ángulos de inclinación. Los resultados muestran que el sistema fotovoltaico flotante produce la mayor cantidad de energía cuando se instala con el ángulo de inclinación óptimo anual. Por lo tanto, para el sistema fotovoltaico flotante (FPV), también se recomienda ajustar los paneles fotovoltaicos a su ángulo de inclinación óptimo. A su vez, el sistema fotovoltaico flotante produce entre un 20 % y un 28 % más de energía que el sistema fotovoltaico terrestre con un ángulo de inclinación de 0°, en comparación con el ángulo de inclinación óptimo.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Restricción principal de PV -> ocupación del terreno -> referencia y valores dados
   • País densamente poblado, terreno mejor aprovechado para otros fines -> referencia proporcionada
   • El coste de la energía fotovoltaica basada en agua es comparable al de la energía fotovoltaica basada en tierra.
   • Primer FPV: Aichi Japón -> referencia proporcionada
   • Ventajas del FPV -> referencias proporcionadas
   • 1° aumento en PV => 0,25 - 0,45% disminución en potencia -> referencia proporcionada
   • El aumento porcentual del FPV depende de la tecnología, la ubicación y el microclima -> referencia proporcionada
   • Lista de estudios anteriores en FPV -> referencias proporcionadas (podría ser útil en la revisión bibliográfica)
   • Objetivo: crear un banco de pruebas fotovoltaico flotante a pequeña escala para el rendimiento eléctrico y térmico
2. Resultados y discusión
   • Reducción de la evaporación del 17% cuando está parcialmente cubierto y del 28% cuando está completamente cubierto en comparación con un estanque abierto
   • temperatura del agua = temperatura del aire en el estanque abierto
   • La temperatura del agua disminuyó entre 4 y 5 °C cuando estaba parcialmente cubierta y entre 10 y 11 °C cuando estaba completamente cubierta.
   • reducción de agua debido a la velocidad del viento
   • temperatura ambiente por encima de PV inferior
   • El rendimiento fotovoltaico se ve afectado negativamente por la humedad
   • Diferencia de 2-4 °C entre el frente del OPV y el FPV
   • Diferencia de 10-11 °C entre la parte posterior del OPV y el FPV
   • Tabla que muestra las medidas de temperatura
   • El sistema fotovoltaico recibe un enfriamiento uniforme cuando la inclinación es de 0°
   • Los módulos a 0° tuvieron un mejor rendimiento que los módulos a 15°
   • 5% más de energía a 30° que a 0°
   • El mono funciona mejor
   • La inclinación prevalece sobre la inclinación con pontón regular.
   • Hasta un 35% más de energía con FPV en comparación con OPV
3. Métodos
   • Registrador Arduino para la recopilación de datos en un simulador de estanque
   • Banco de pruebas y objetivos descritos
   • Se utilizan sistemas fotovoltaicos mono y policristalinos
   • Datos recopilados: parámetros metrológicos (temperatura ambiente, humedad relativa, temperatura del agua), parámetros eléctricos (corriente, voltaje y potencia), temperatura del módulo fotovoltaico, radiación solar, velocidad del viento, temperatura ambiente y humedad relativa.
   • Se probaron diferentes ángulos de inclinación; se probaron diferentes coberturas de estanques.
   • Depósito de agua de PVC utilizado como simulador de estanque.
   • Se proporcionan listas de componentes de la estación de medición
   • Imágenes térmicas para puntos calientes

El rendimiento y el potencial de operación anfibia de una nueva tecnología fotovoltaica flotante ^{[ 10 ]}

Resumen

La energía fotovoltaica flotante (FPV) es una tecnología emergente que ofrece una alternativa a la energía fotovoltaica terrestre (GPV), especialmente donde el terreno es escaso o costoso. A pesar del impresionante desarrollo tecnológico y el crecimiento de la capacidad instalada en los últimos años, los estudios sobre el rendimiento y la fiabilidad de la FPV son escasos. Este trabajo proporciona información sobre el rendimiento, la fiabilidad y las características operativas de una nueva tecnología FPV con el objetivo de identificar oportunidades de innovación, reducir riesgos, desarrollar soluciones mejoradas y mejorar la rentabilidad de la FPV. Hemos analizado datos de producción y meteorológicos de un año de funcionamiento de un sistema FPV abierto con una huella hídrica reducida, ubicado en una masa de agua en Kilinochchi, Sri Lanka. La tecnología es desarrollada por la empresa Current Solar. Utilizando rutinas de filtrado y algoritmos establecidos de pvlib, se calcula la relación entre el rendimiento y la eficiencia, y se compara con un sistema GPV instalado en la orilla del lago. Observamos que la tecnología ofrece un rendimiento general estable durante el período de un año, y que el período de operación anfibia no afectó al rendimiento continuo del sistema. Los cálculos del valor U del sistema, basados ​​en los datos de producción y meteorológicos, arrojan un valor U medio de 33 W/m²K, ligeramente superior al valor predeterminado de PVsyst de 29 W/m²K para sistemas de ventilación de gas natural (GPV) independientes. Los valores U calculados se utilizan en un análisis de rendimiento energético en PVsyst para estimar la producción energética de la tecnología FPV y compararla con los datos medidos.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • El despliegue de energía fotovoltaica se verá limitado por la falta de recursos de tierra disponibles
   • La energía fotovoltaica flotante como posible solución -> referencia proporcionada
   • Crecimiento del FPV pero desafío relacionado con el rendimiento y la confiabilidad, la producción a largo plazo y los datos de monitoreo
   • La desalineación del FPV puede potencialmente provocar pérdidas por desajuste
   • Se explicó el rendimiento y la confiabilidad del FPV a través de una revisión bibliográfica.
   • Simulación de la temperatura del módulo para el modelo terrestre -> Skoplaki y Palyvos (2009)
   • Modelo de Faiman:Tmetrood=Tametrob+GRAMO(alfa−η)Tú0+Tú1v"
   • Coeficiente de pérdida de calor (valor U) estudiado en la literatura -> referencia proporcionada
   • El coeficiente de pérdida de calor varía según las condiciones de ubicación.
   • Pocos estudios sobre el valor U para FPV o estudios con seguimiento limitado
   • El efecto de enfriamiento adicional depende del FPV -> referencia proporcionada
   • El efecto de los parámetros depende de la estructura de montaje del FPV
   • Objetivo: confiabilidad del rendimiento durante un año; coeficientes de pérdida térmica; rendimiento antes, durante y después de una sequía.
2. Resultados y discusión
   • PR media = 0,85
   • Aumento del rendimiento relativo: 0,6% respecto al VBP
   • Valores U medianos: 35,5-0,2,6 W/m²K
   • FPV no afectado por la sequía -> FPV anfibio posible
   • Valores de RCP -> 0,9-0,95
3. Métodos
   • Inclinación 15°
   • Estructura de montaje: vigas compuestas, tubos de HDPE
   • Relación rendimiento
   • Rendimiento relativo
   • No se consideró la velocidad del viento, la temperatura del agua ni el efecto de la humedad relativa.

El primer diseño y aplicación de sistemas de generación de energía fotovoltaica flotante (FPV) en Turquía con rendimiento estructural y eléctrico ^{[ 11 ]}

Resumen

Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) se deben principalmente a la explotación de combustibles fósiles como fuente de energía, y una de las alternativas energéticas para la reducción de emisiones es el uso de fuentes de energía renovables; una de ellas es la conversión de la radiación solar en energía limpia utilizable. En la ciudad de Estambul, la instalación fotovoltaica flotante (FPV) comenzó en 2017 en uno de los lagos de gran superficie, Büyükçekmece, que abastece de agua a la ciudad. Para reducir las pérdidas por evaporación y generar electricidad, se instalaron dos prototipos FPV, con capacidades de 9 y 90 kWp. Debido a la ubicación y el clima del lago Büyükçekmece, todos los componentes del sistema, incluyendo la estructura de acero, la chapa metálica, la vía de mantenimiento, las piezas de conexión y los pontones, deben resistir condiciones climáticas extremas, especialmente olas fuertes y fuertes vientos. Este artículo se centra en un estudio del rendimiento de supervivencia del sistema FPV en condiciones climáticas reales sin bloquear la evaporación, solo reduciéndola. También se realizaron pruebas de tensión y deformación a pontones, uno de los componentes vitales de los sistemas flotantes. El módulo de elasticidad, el límite elástico y la resistencia a la tracción se evaluaron en 0,42 GPA, 11,5 mPA y 19 mPA, respectivamente. La altura de ola se calculó mediante cuatro relaciones prácticas, considerando las características distintivas del lago. La generación eléctrica de 90 kWp FPV medida en junio de 2017 fue de 5189 kWh. Los resultados del rendimiento estructural y eléctrico de estos sistemas en la ciudad de Estambul podrían aplicarse posteriormente a aplicaciones FPV a gran escala en embalses de agua a nivel nacional e internacional.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Una de las desventajas de la energía fotovoltaica es que los sistemas de energía solar terrestre cubren grandes áreas y ese espacio puede no estar disponible en muchas partes del mundo.
   • La evaporación se puede reducir mediante FPV -> referencia proporcionada
   • Incluso se puede utilizar en presas si no hay mucho espacio para la agricultura.
   • Buenas prácticas -> FPV + presas o plantas de aguas residuales
   • Objetivo: explicar las etapas de diseño, fabricación, construcción e instalación de los primeros sistemas de generación de energía FPV en Turquía.
2. Área del proyecto
   • Lago Büyükçekmece -> sujeto a fuertes vientos (hasta 43 m/s)
   • Condiciones del viento en el lago cercanas a las condiciones del mar.
   • cálculos de altura de las olas de viento realizados
3. Componentes y pruebas de diseño FPV
   • Estructura metálica, pontones, amarres, paneles fotovoltaicos, accesorios, conectores, cables, conexiones eléctricas e inversores.
   • Aumentar la masa del metal para soportar olas altas de hasta 3 m => mayores costos
   • Sistemas de 9 kWp y 90 kWp
   • Estructura de aluminio (9 kWp), estructura de acero (90 kWp), pontones de PE (-> referencias proporcionadas)
   • Pruebas de tracción realizadas en pontón
   • Sistema 2-4 más alto que el sistema terrestre (conexiones eléctricas excluidas) debido al pontón
4. Generación de electricidad
   • 250 m b/n FPV y GPV
   • Sin seguimiento
   • olas altas => cambio en la inclinación y orientación del FPV
   • Sin cambios significativos para FPV y GPV: producción anual de 2017 -> 5189 kWh frente a 5211 kWh
   • FPV menor atribuido al cambio en inclinación y azimut
5. Conclusiones
   • Diseño FPV -> ubicación específica
   • La fuerza de las olas dicta los requisitos del FPV
   • No hay estándares para FPV por ahora
   • La altura de las olas puede no ser importante en aguas más tranquilas, pero sí en aguas turbulentas.
   • No se observaron impactos ambientales -> menor producción de algas
   • Mayor consideración por los sistemas flotantes flexibles

Evaluación del desempeño energético de un sistema fotovoltaico flotante ubicado en el embalse de una central hidroeléctrica en condiciones de clima mediterráneo durante un día soleado y uno nublado ^{[ 12 ]}

Resumen

El despliegue de sistemas fotovoltaicos en masas de agua libera enormes áreas en regiones pobladas. Además, su utilización permitirá aumentar la cuota de sistemas fotovoltaicos en relación con la transición energética. Existe poca información disponible sobre sistemas fotovoltaicos flotantes (FPVS). Asimismo, debe considerarse el efecto positivo del agua en la refrigeración de los módulos fotovoltaicos. Este estudio se realizó utilizando datos experimentales de una prueba de campo realizada en una región con clima mediterráneo. Se trata de un FPVS de nueva instalación con una capacidad instalada de 0,5 MWp de CC. Esta unidad es la más grande del mundo en su configuración, tanto en capacidad instalada como en diámetro. Los resultados incluyen el rendimiento energético, el rendimiento final, el índice de rendimiento, el factor de capacidad y la eficiencia del sistema. Estos resultados se refieren a un período diario con días soleados y nublados y ofrecen una visión clara del funcionamiento del sistema. Para los días soleados y nublados considerados, los rendimientos finales diarios son de 7,289 kWh/(kWp·día) y 3,572 kWh/(kWp·día), respectivamente. El índice de rendimiento diario es del 86,9 % (día soleado) y del 89,8 % (día nublado). Asimismo, la eficiencia diaria del sistema en los días seleccionados es del 17,4 % y del 17,9 %, respectivamente.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • El uso de FPV puede evitar el aumento del coste de la tierra
   • Revisión de estudios anteriores de FPV
   • Objetivo: análisis experimental de un sistema fotovoltaico flotante empleado en el depósito de agua de una central hidroeléctrica.
2. Resultados y conclusiones
   • Datos de energía analizados solo para 2 días -> uno soleado, uno nublado
   • Parámetros analizados-> energía generada por la unidad FPV, el rendimiento final, la relación de rendimiento, la eficiencia del sistema y el factor de capacidad
   • Rendimiento energético diario -> 3.644 kWh/día (día soleado); 1.786 kWh/día (día nublado)
   • Densidad de potencia -> 134 W/m²
   • Rendimiento máximo por hora -> 0,847 kWh/kWp (día soleado); 0,583 kWh/kWp (día nublado)
   • Rendimiento diario -> 7,289 kWh/(kWp⋅día) y 3,572 kWh/(kWp⋅día)
   • PR -> 86,9% (día soleado); 89,8% (día nublado)
   • CF -> 30,4% (día soleado); 14,9% (día nublado)
   • Eficiencia -> 17,4% (día soleado); 17,9% (día nublado)
3. Métodos
   • Tecnología flotante -> flotador circular con diámetro = 68,8m
   • Capacidad fotovoltaica = 500kWp
   • Condiciones climáticas -> mediterráneas
   • FPV combinado con hidro
   • Superficie total del embalse -> 14 km²
   • Área total para FPV de 2 MWp -> 0,0163 km²; Área específica -> 0,4984 km²/MWp
   • PV plano (inclinación = 0) -> evita la variación del azimut
   • Capacidad hidroeléctrica -> 72 MW; producción hidroeléctrica anual -> 256 MWh
   • Presa: longitud -> 900 m; anchura -> 370 m; altura -> 80 m
   • Nivel del agua -> 160 - 175m
   • Riesgo de sombreado -> montañas; presa
   • Membrana entre PV y agua
   • Cuerda de montaje de acero para anclaje
   • Pasarela entre PV proporcionada (d = 1,088m)
   • PV -> 60 celdas sc Si; Especificaciones del inversor proporcionadas
   • Especificaciones de conexión a la red descritas

Experiencia de campo y análisis del desempeño de las tecnologías fotovoltaicas flotantes en los trópicos ^{[ 13 ]}

Resumen

El interés en las plantas de energía fotovoltaica flotante (FPV) ha crecido rápidamente en los últimos años. En muchos mercados consolidados y emergentes, como Japón, Corea del Sur, Reino Unido, China e India, la FPV ya se considera una opción atractiva y viable para la implementación de la energía fotovoltaica. En 2016, Singapur inauguró el banco de pruebas FPV más grande del mundo, con una capacidad instalada total cercana a 1 MWp. Este banco de pruebas tiene como objetivo estudiar la viabilidad económica y técnica, así como el impacto ambiental, de la implementación de sistemas FPV a gran escala en embalses continentales de agua dulce. Actualmente, el banco de pruebas consta de ocho sistemas con diferentes configuraciones de módulos fotovoltaicos, inversores y estructuras flotantes. La experiencia de campo en la implementación, operación y mantenimiento de estos sistemas, junto con una comparación de su rendimiento y fiabilidad, ofrece valiosos puntos de aprendizaje para la comunidad FPV. En este trabajo, presentamos datos de medición de campo exhaustivos y de alta calidad; comparamos entornos operativos en agua y en tejados; analizamos el rendimiento de diferentes sistemas FPV; y compartimos algunos de los problemas encontrados. Descubrimos que el FPV confiere algunos beneficios de rendimiento, pero también se deben establecer mejores prácticas para evitar nuevos problemas y dificultades asociados con la implementación de energía fotovoltaica en el agua.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Ventajas del FPV enumeradas: reducción del uso de la tierra, reducción de las pérdidas de temperatura (hasta un 10% de mejora), menos sombreado, menos suciedad por polvo, operación complementaria con la hidroeléctrica, reducción del crecimiento de algas, reducción de la pérdida por evaporación, integración con la acuicultura y la piscicultura, enorme potencial.
   • No hay suficientes estudios que cubran las implicaciones técnicas, económicas y ambientales.
   • Objetivo: describir el banco de pruebas FPV y su sistema de monitoreo; analizar el entorno operativo en el agua en comparación con el entorno en tierra; compartir algunas experiencias de operación y mantenimiento informando algunos problemas destacados encontrados.
2. Resultados y discusión
   • Todos los sistemas PFV muestran una temperatura más baja que los de azotea -> el alcance depende del sistema flotante y las condiciones climáticas
   • Valor U -> figura con diferentes tipos de flotación proporcionados
   • Rendimiento energético: 1160-1430 kWh/kWp (anual) => 3,2-3,9 kWh/kWp (diario)
   • Cables de CC más largos que los sistemas habituales si el inversor está en tierra
   • PR de FPV 5-10% más alto que GPV
   • La calidad del módulo, la configuración del sistema y la mano de obra juegan un papel importante en el rendimiento del sistema.
   • Desafíos: suciedad causada por excrementos de pájaros, desgaste mecánico debido al movimiento de la plataforma, fallas de aislamiento;
3. Métodos
   • La carga del viento es importante en el diseño de la estructura flotante
   • El viento ofrece un efecto refrescante
   • Albedo del agua bajo (5-7%) vs. albedo del tejado (13%)
   • Albedo de agua más bajo -> impactos FPC bifacial

El auge de la energía fotovoltaica flotante ^{[ 14 ]}

Resumen

Se analiza la tendencia global de la producción de energía eléctrica con una previsión hasta 2030. Se analiza el estado actual de la energía fotovoltaica flotante (FPV), considerando datos hasta 2019. Se analiza la tasa de crecimiento de los principales sectores de energías renovables y, con base en ello, se presenta una previsión exponencial ingenua hasta 2030. Se discuten las correcciones a esta previsión y se sugiere el valor de las plantas de FPV instaladas en 2030.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Producción mundial de FPV en 2019: 1.656 GWh -> referencia proporcionada
   • Pronóstico realizado asumiendo una tasa de crecimiento del 100%
   • Objetivo: análisis de la tasa de crecimiento del FPV
2. Fuentes de Energía Renovables (FER): la energía eléctrica y las tendencias de la energía eléctrica
   • Tasa de crecimiento de las energías renovables en los últimos 10 años -> 8,5%
   • Tasa de crecimiento de la energía fotovoltaica en los últimos 10 años -> 23%
3. Las ventajas de la producción de energía fotovoltaica y FPV
   • Ventajas que ofrecen los sistemas PV y FPV: simplicidad y fiabilidad; escalabilidad; bajos costes.
   • Límite principal de la energía fotovoltaica -> uso del suelo ~ 10 000 m²/MWp => contracción del mercado en Europa y América del Norte
   • FPV parece ser la solución adecuada para una mayor expansión
   • Ventajas del FPV: Fuerte reducción de la ocupación del terreno; Limitación del efecto invernadero y del albedo; Sistema híbrido y acoplamiento a centrales hidroeléctricas (HPP); Reducción de costes energéticos específicos; Instalación y desmantelamiento; Ahorro de agua; Refrigeración y seguimiento; Control ambiental; Acoplamiento con la piscicultura
4. Tendencia de crecimiento en el futuro cercano y pronóstico para 2030
   • Factores de la tasa de crecimiento:
   • 1. Disponibilidad de superficies de agua cerca de zonas densamente pobladas
   • 2. Acoplamiento del FPV con cuencas hidrográficas
   • 3. Incentivos de política
   • Predominio de la energía solar fotovoltaica sobre otras fuentes de energía renovable después de 2027
   • Contribución del 1,9% al FPV en 2030
5. El límite al crecimiento de las energías renovables
   • Intermitencia
   • Factor de capacitancia bajo
   • Posibles soluciones
   • 1. redes inteligentes
   • 2. Integración fotovoltaica con energía hidroeléctrica
   • 3. sistemas de almacenamiento
   • 4. combustible sintético

Análisis del rendimiento de sistemas fotovoltaicos flotantes marinos en zonas aisladas ^{[ 15 ]}

Resumen

El sistema solar fotovoltaico es uno de los sistemas de energía renovable más populares. Además de su fácil implementación, su infraestructura suele ser más flexible que la de otras centrales eléctricas y los recursos se encuentran prácticamente en cualquier lugar. Además del uso cada vez más frecuente de centrales fotovoltaicas en zonas aisladas, existen obstáculos para el uso del suelo, especialmente en zonas insulares, donde se han destinado terrenos para viviendas y actividades comunitarias, por lo que no queda espacio para su instalación. Por lo tanto, la central fotovoltaica se instala sobre la superficie del agua, lo que se conoce como sistema fotovoltaico flotante marino. La energía fotovoltaica flotante marina y la energía fotovoltaica terrestre convencional tienen ecosistemas diferentes, por lo que su rendimiento varía. El rendimiento del sistema eléctrico es un factor a considerar para elegir el mejor. En esta investigación, los indicadores de rendimiento del sistema eléctrico son el voltaje, la corriente y la potencia de salida. Se compararán estos indicadores entre la energía fotovoltaica flotante marina y la energía fotovoltaica terrestre convencional. El estudio se llevó a cabo en la isla de Kudingarenglompo, ubicada frente a la costa de Makassar, Sulawesi del Sur, Indonesia. Se prevé una capacidad del sistema de 400 kW, basada en el sistema eléctrico existente en la isla. Los resultados de la investigación muestran que la corriente y el voltaje de la energía fotovoltaica flotante marina son superiores a los de la energía fotovoltaica convencional terrestre, por lo que la potencia de salida de la energía fotovoltaica flotante marina es mayor que la de la energía fotovoltaica terrestre. La potencia de salida promedio de la energía fotovoltaica terrestre es un 1,29 % menor que la de la energía fotovoltaica flotante marina.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Ventajas del FPV: uso eficiente de la tierra; mayor potencia de salida; temperaturas más bajas
   • Objetivo: Se propondrá un nuevo diseño de sistema fotovoltaico flotante como sustituto de la energía fotovoltaica terrestre, especialmente en islas aisladas. Se investigará cómo se compara el rendimiento de la energía fotovoltaica flotante marina con la energía fotovoltaica terrestre convencional en la isla de Kodingarenglompo.
2. Resultados
   • FPV 2,54% más de potencia que GPV
   • Aumento debido a la temperatura del agua y la velocidad del viento.
3. Métodos
   • Modelo de temperatura (modelo no encontrado después del rastreo) -> temperatura del aire, velocidad del viento, irradiación
   • Modelado de Matlab
   • FPV de 400 kW
   • Comparación con GPV
   • Simulación -> Sistema fotovoltaico, carga constante, sin batería

Modelo de predicción de la temperatura del módulo fotovoltaico para el rendimiento energético de los PV flotantes ^{[ 16 ]}

Resumen

La rápida reducción en el precio de las células y módulos fotovoltaicos (solar PV) ha resultado en un rápido aumento en las implementaciones de sistemas solares a una capacidad anual esperada de 200 GW para 2020. Lograr una alta eficiencia de células y módulos PV es necesario para que muchos fabricantes solares alcancen el punto de equilibrio. Además, están surgiendo nuevos métodos de instalación innovadores para complementar el impulso hacia un precio más bajo de $/W del sistema PV. El espacio del mercado solar PV flotante (FPV) ha surgido como un método para utilizar el entorno ambiental frío del sistema FPV cerca de la superficie del agua basado en estudios exitosos de confiabilidad del módulo FPV (FPVM) que mostraron tasas de degradación por debajo del 0,5% anual con nuevo material de encapsulación. El análisis de temperatura del módulo PV es otra área crítica, que rige el rendimiento de la eficiencia de las células y módulos solares. En este documento, se analizan los datos recopilados en intervalos de cinco minutos de un sistema PV durante un año. Usamos MATLAB para derivar coeficientes de ecuación de variables ambientales predecibles para derivar los primeros modelos de operación de temperatura del módulo FPVM. Al comparar la predicción teórica con la temperatura real de operación del módulo fotovoltaico en campo, los errores del modelo correspondientes oscilan entre el 2 % y el 4 %, dependiendo del número de coeficientes de ecuación incorporados. Este estudio resulta útil para validar los resultados de otros estudios que muestran que los sistemas FPV producen un 10 % más de energía que otros sistemas terrestres.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Estudios de modelos de temperatura citados para PV convencional -> referencia proporcionada
   • Aumento de la temperatura => banda prohibida más baja; corriente de cortocircuito más alta; y voltaje de circuito abierto muy bajo => factor de llenado y potencia de salida bajos
   • Objetivo: Proponer un modelo que correlaciona la temperatura de un módulo FPV con la temperatura ambiente, la radiación solar y la velocidad del viento. Un segundo modelo incorpora la influencia de la temperatura del agua de la instalación FPV.
2. Resultados y discusión
   • Los sistemas fotovoltaicos en azoteas superan a los sistemas FPV en cantidad, pero los sistemas FPV superan a los sistemas fotovoltaicos en azoteas en calidad.
   • Se proporciona un modelo de 2 temperaturas
   • Temperatura modelada graficada -> pero no está claro cómo se agregaron los datos
   • Error de modelado 2-4%
   • Lista de modelos empíricos de temperatura fotovoltaica proporcionados
   • Diferentes modelos explican la disipación de calor de manera diferente
   • Temperatura de funcionamiento más baja => mejor disipación del calor
   • 1° de aumento en la temperatura del módulo => 0,058 % de pérdida de eficiencia
   • 2/3 del rendimiento anual generado cuando la temperatura del módulo < 40° C
3. Métodos
   • Descripción de los sensores proporcionados: piranómetro - anemómetro - acelerómetro - humedad (aire) - temperatura (aire, PV, agua)
   • Especificaciones de los sistemas proporcionados: banco de pruebas FPV (100 kW); FPV principal (500 kW); PV en azotea (1 MW)
   • Regresión lineal múltiple: minimización de mínimos cuadrados estándar

Fabricación distribuida de módulos fotovoltaicos flotantes flexibles para el mercado de accesorios ^{[ 17 ]}

Resumen

La tecnología fotovoltaica flotante (FPV) está ganando prominencia como un medio para aliviar los conflictos del uso del suelo mientras se obtienen grandes despliegues solares FV y simultáneamente se reduce la pérdida de agua evaporada. En este estudio, se propone un método de fabricación distribuida de código abierto para el mercado de accesorios que se aplicará a grandes módulos FV flexibles para crear sistemas FPV flexibles. Específicamente, este estudio considera la flotación superficial de paneles solares FV de película delgada flexible utilizando tres tipos de espumas de celda cerrada: i) neopreno, ii) mincell y iii) polietileno. El FPV fabricado se sometió a pruebas en interiores y exteriores para flotación, resistencia a las olas, temperatura y resistencia a la acumulación de algas. La temperatura operativa promedio se redujo en 10-20 °C para el FPV en comparación con el montaje en tierra, lo que indica aumentos sustanciales en la producción de electricidad en comparación con el despliegue en tierra de cualquier tipo de FV (2-4% para el silicio amorfo utilizado aquí y 5-10% para el FV basado en silicio cristalino). Además, se observó que el soporte FPV con espuma reduce los costos de instalación a $0,37-0,61/W, lo cual es significativamente menor que el soporte FPV con balsa, así como el soporte terrestre convencional. Los resultados de este estudio preliminar indican que el soporte FPV con espuma es excepcionalmente prometedor y debería investigarse más a fondo con diferentes espumas, sistemas más grandes e implementaciones más diversas durante períodos más largos para aumentar las instalaciones fotovoltaicas.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • La energía fotovoltaica requiere grandes superficies -> referencia proporcionada
   • FPV reduce las pérdidas de agua del 70 al 85% -> referencia proporcionada
   • FPV + acuicultura -> aquavoltaica
   • FPV para secado y reducción de calor
   • Cuatro estrategias FPV: inclinada (pontón) - sumergida (con y sin pontón) - pontón de material de cambio de fase microencapsulado (MEPCM) - PV de película delgada
   • Objetivo: Este estudio considerará la flotabilidad superficial de paneles solares FPV de película delgada, las conexiones mecánicas y eléctricas en el agua, los materiales flotantes y el amarre. Se probaron tres tipos de paneles FPV de película delgada con tres materiales flotantes diferentes: i) neopreno, ii) mincell y iii) polietileno, en función de su flotabilidad.
2. Resultados y discusión
   • Reducción de temperatura FPV -> 10 - 20 °C
   • Buen impacto en el rendimiento de los sistemas fotovoltaicos basados ​​en CIS y C-Si
   • El FPV flexible tiene refrigeración continua por agua.
   • La espuma reduce los costos
   • El uso de PE reduce el coste en un 40%
   • El crecimiento de algas no afectó el rendimiento de la energía fotovoltaica
   • Costos de trasiego: 0,37 USD/W
3. Métodos
   • Cantidad calculada de espuma necesaria para la flotación fotovoltaica
   • Pruebas en interiores y cuantificación de la altura del flotador
   • La energía fotovoltaica redujo el crecimiento de algas al limitar los rayos del sol al agua
   • Descripción del sistema de amarre y atraque
   • Medición de temperatura a través de DAQ

Potencial de conservación de agua de sistemas flotantes de superficie flexibles basados ​​en espuma y autofinanciados ^{[ 18 ]}

Resumen

Una posible solución a los desafíos asociados al agua, la energía y los alimentos en el uso del suelo es el concepto de energía fotovoltaica flotante o floatovoltaica (FPV). En este estudio, se investiga un nuevo enfoque para la FPV utilizando un módulo fotovoltaico (FV) flexible basado en silicio cristalino con respaldo de espuma, que es más económico que el FPV convencional basado en pontones. Esta novedosa forma de FPV se prueba experimentalmente para determinar la temperatura de funcionamiento y el rendimiento, y se analiza para el ahorro de agua mediante un cálculo de evaporación adaptado del modelo de Penman-Monteith. Los resultados muestran que el FPV con respaldo de espuma tuvo una temperatura de funcionamiento más baja que el FPV convencional basado en pontones y, por lo tanto, una producción de energía un 3,5 % mayor por unidad de potencia. Por lo tanto, el FPV basado en espuma ofrece un medio potencialmente rentable para reducir la evaporación de agua en las masas de agua dulce en riesgo del mundo. El estudio de caso del lago Mead reveló que si el 10 % del lago se cubriera con FPV con respaldo de espuma, se ahorraría suficiente agua y se generaría electricidad para abastecer a Las Vegas y Reno juntas. Con una cobertura del 50%, el FPV respaldado por espuma proporcionaría más de 127 TWh de electricidad solar limpia y un ahorro de 633,22 millones de m3 de agua, lo que generaría suficiente electricidad para retirar el 11% de las plantas de carbón contaminantes de los EE. UU. y proporcionar agua a más de cinco millones de estadounidenses anualmente.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • La energía fotovoltaica se puede escalar fácilmente para satisfacer las necesidades humanas, pero necesita una cantidad sustancial de tierra.
   • Huella terrestre de la energía fotovoltaica a gran escala -> 20 - 40 km²/GWh
   • La reducción de las tierras agrícolas no es aceptable en un mundo de crisis alimentaria
   • FPV más fácil de instalar y más sencillo de desmantelar que GPV
   • Temperatura de funcionamiento reducida debido a la proximidad del agua.
   • El FPV podría reducir la evaporación hasta en un 90%
   • Estrategias de diseño de sistemas destacadas: inclinado (pontón) - sumergido (con y sin pontón) - pontón de material de cambio de fase microencapsulado (MEPCM) - PV de película delgada
   • Objetivo: Acoplar sistemas fotovoltaicos flexibles de silicio cristalino con dispositivos de flotación basados ​​en espuma
2. Resultados
   • Se proporciona un modelo de temperatura, pero solo para un solo día de datos medidos en verano.
   • Se propone un modelo de temperatura más refinado que el método original de Kamuyu (adaptado al pontón)
   • Rango de temperatura plana FPV -> -8,5 °C a 48,7 °C
   • Rango de temperatura inclinado FPV -> -3,4 °C a 58,2 °C
   • 3,5% más de producción de energía si los módulos fueran planos
   • Cobertura del 10% del lago Mead -> 25,59 TWh de energía anual; ahorro de agua de 126,64 millones de m³
   • Cobertura del 50% del lago Mead -> 128,93 TWh de energía anual; ahorro de 633,22 millones de m³ de agua
   • Costo de ahorro de agua -> $44 - $861 millones dependiendo del rango de costo de consumo de agua y la cobertura del lago
   • Costo de generación de energía -> $0.5 - $2.6 mil millones de dólares
3. Discusión
   • Ahorro de agua en Los Ángeles o Nevada si está cubierto al 50%
   • Cuando esté cubierto el 10%, habrá suficiente agua para abastecer a Las Vegas y Reno.
   • Cobertura del 10% -> suficiente electricidad para más de 2 millones de estadounidenses (Las Vegas, Reno y Henderson juntas)
   • Cobertura del 50% -> energía suficiente para retirar el 11% de las plantas de carbón
   • Se necesitan más estudios para refinar el modelo de temperatura a lo largo de múltiples estaciones.
4. Métodos
   • Penman-Monteith modificado para modelar la evaporación -> la temperatura del aire se reemplaza por la temperatura del agua en la evaporación del lago
   • Se proporcionan ecuaciones de modelos detalladas
   • Modelo Kamuyu modificado para la temperatura celular
   • Se describen las pérdidas que afectan al sistema.
   • Se detallan los cálculos de ahorro de agua.

Sistema fotovoltaico integrado en edificios

Estudio piloto sobre energía fotovoltaica integrada en edificios: evaluación técnica y análisis económico ^{[ 19 ]}

Resumen

La energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) es una solución ecológica innovadora que incorpora la generación de energía en la fachada del edificio mediante modificaciones en los materiales de construcción o la estructura arquitectónica. Es una solución limpia y fiable que conserva el valor estético de la arquitectura y tiene el potencial de mejorar la eficiencia energética del edificio. La ubicación tropical de Malasia ofrece un alto potencial de energía solar, y la BIPV es una tecnología muy innovadora para aprovechar la energía disponible. La Universidad Heriot-Watt de Malasia (HWUM) cuenta con un diseño de tejado único que podría utilizarse como una aplicación del sistema BIPV para generar electricidad, reduciendo así la huella de carbono de las instalaciones. Para el edificio se propusieron ocho sistemas BIPV de diferentes tecnologías fotovoltaicas y tipos de módulos, con capacidades de 411,8 a 1085,6 kW. El software de complemento ambiental se ha integrado con una herramienta de modelado geométrico de edificios para visualizar y estimar el potencial energético de la superficie del tejado en un software de modelado 3D. Además, se realizan simulaciones detalladas del sistema utilizando el software PVSyst, donde se analizan los resultados y los parámetros de rendimiento. Se demuestra que la superficie del techo proporciona un gran potencial energético y los escenarios estudiados generaron entre 548 y 1451 MWh anuales con un rango de PR del 78% al 85%. Los escenarios C-Si ofrecen la mejor rentabilidad económica con un período de recuperación de 4,4 a 6,3 años. El escenario recomendado tiene un tamaño de 1085,5 kW y utiliza módulos fotovoltaicos de CdTe de película delgada. El sistema genera 1415 MWh anuales con un índice de rendimiento del 84,9%, lo que ahorra el 62,8% de la factura de electricidad y tiene un costo estimado de 901 000 USD. La instalación del sistema propuesto debe preservar el valor estético del techo del edificio, cumplir con las normas BIPV y, lo más importante, conservar energía, haciendo que el edificio sea más ecológico.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • BIPV -> reducción de la huella de carbono -> objetivos de edificios con consumo energético neto cero
   • Crecimiento del 40% en BIPV desde 2009
   • BIPV se integra bien con los diseños arquitectónicos
   • El precio de los BIPV no compite con los de los PV
   • BIPV a-Si no está completamente maduro
   • Se necesita más cooperación entre los diseñadores de sistemas fotovoltaicos y los arquitectos de edificios
   • Objetivo: evaluar el potencial de los recursos de radiación solar en la sede de la Universidad Heriot-Watt de Malasia, diseñar un sistema BIPV conectado a la red que se ajuste al techo curvo de este edificio, ayudar a ahorrar energía al reducir la factura de servicios públicos y evaluar el rendimiento de los escenarios de sistema propuestos comparando diferentes parámetros económicos y de rendimiento.
2. Descripción y reseñas de los sistemas BIPV
   • 3 formas de BIPV: integrado en el techo; integrado en la cortina; integrado en la ventana
   • Parámetros de diseño de BIPV enumerados
   • Ventajas de BIPV: no requiere terreno; posible reducción de costes de material; no hay sistema de montaje
   • Aumento del 50% en sistemas BIPV entre 2014 y 2015
   • No hay suficiente conocimiento sobre el impacto del polvo en los BIPV
   • El programa de limpieza puede aumentar el impacto económico
   • Se especifican otros factores de degradación.
   • Una instalación incorrecta podría ser perjudicial para el edificio.
3. Resultados y discusión
   • Pérdida del 12,3 % debido al efecto de la temperatura en el Diseño 1
   • a-Si -> baja eficiencia
   • Escenario 3: PR entre 78% y 84,9%
   • Escenario 3 de CdTe -> mayor eficiencia; menores pérdidas de temperatura -> mayor costo
   • La energía fotovoltaica de fachada tiene un PR más bajo en comparación con la energía fotovoltaica de techo
   • Los resultados reducirán la huella de carbono del edificio
   • La película delgada no es económicamente viable
   • Mejor opción económicamente -> escenario 5
   • Diseño 3 -> 992 toneladas de reducción de CO2; 7,3 años EPBT
4. Métodos
   • Investigación de diferentes tecnologías fotovoltaicas: CIGS Flex; a-Si Flex; mono c-Si Flex; CdTe estándar sin marco; mono c-Si estándar; poli c-Si estándar
   • Modelado energético
   • Tabla de escenarios del sistema fotovoltaico

• • Modelado arquitectónico 3D
  • Análisis económico -> VPN explicado en detalle
  • El factor de inclinación-orientación (TOF) no óptimo en la arquitectura BIPV limita la eficiencia de la misma

Diseño óptimo de un módulo fotovoltaico integrado en un edificio como dispositivo de sombreado móvil ^{[ 20 ]}

Resumen

Los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) pueden utilizarse como dispositivo de sombreado externo y como generador de electricidad. En este estudio, se investigó la eficiencia energética de un sistema de sombreado BIPV móvil instalado sobre las ventanas. En una primera etapa, se calculó la generación eléctrica mensual de los paneles fotovoltaicos con diferentes ángulos de inclinación y la carga térmica mensual del edificio para las diferentes profundidades de alero de las ventanas. Con base en los datos obtenidos de estos análisis, se determinaron las condiciones óptimas para el panel fotovoltaico y el alero para cada mes. En el siguiente paso, se diseñó la geometría del panel BIPV para que cada mes proporcionara las condiciones obtenidas. El sombreado BIPV móvil se comparó con los modos fijos: BIPV instalado sobre la ventana con distancia, BIPV instalado sobre la ventana sin distancia, alero y sin modo de sombreado con sistemas fotovoltaicos fijos en el tejado. La carga térmica anual del edificio integrada con el sistema móvil, en comparación con los cuatro modos fijos mencionados, es un 12 %, 16 %, 15 % y 20 % menor, y la generación de electricidad, en exceso de la demanda térmica del edificio, es un 70 %, 142 %, 113 % y 290 % mayor, respectivamente. La electricidad anual generada por el sistema fotovoltaico móvil es solo un 2 % superior a la del modo fijo.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Eliminación de materiales de construcción comunes mediante BIPV
   • Alta aceptación social de BIPV -> referencia proporcionada
   • Usos de BIPV con referencia: pared, techo, ventana, dispositivo de sombreado
   • Lista de análisis de sombreado BIPV realizados anteriormente
   • Conflicto entre el ángulo de inclinación óptimo para la generación de electricidad y el ángulo óptimo para la reducción de cargas de calor/frío -> referencia proporcionada
   • Solución potencial -> utilizar BIPV móvil
   • BIPV móvil útil para reducir las cargas de calefacción y refrigeración (reducción del 20-80%) -> referencia proporcionada
   • BIPV móvil útil para el confort visual
   • Objetivo: aumentar el rendimiento energético del dispositivo de sombreado BIPV y reducir la carga térmica del edificio y aumentar su generación de energía haciendo posible el movimiento de los paneles BIPV y optimizando su geometría.
2. Resultados y discusión
   • Los sistemas móviles son complejos y costosos
   • El sistema móvil propuesto ofrece una generación de electricidad ligeramente superior a la de los sistemas fijos: un 2 %.
   • El sistema propuesto ofrece una mayor reducción de la carga térmica y de refrigeración -> valores proporcionados
   • El rendimiento del sistema depende de la eficiencia de los sistemas de refrigeración y calefacción.
3. Métodos
   • Parámetros: cargas de calefacción, cargas de refrigeración, ángulo de inclinación del BIPS
   • Ubicación Teherán
   • Objetivo de optimización: Minimizar la electricidad de la red
   • Software: EnergyPlus , MATLAB
   • Supuesto 1: no hay sombras de los edificios vecinos
   • Supuesto 2: Módulos fotovoltaicos de 2,5 mx 1 m
   • Supuesto 3: Toda la electricidad vendida a la red

Estudio del rendimiento eléctrico de módulos fotovoltaicos de silicio c-coloreado integrados en edificios ^{[ 21 ]}

Resumen

Se explora la impresión cerámica digital sobre vidrio como solución para camuflar las células solares de silicio cristalino y mejorar la apariencia visual de los módulos fotovoltaicos de silicio cristalino para sistemas fotovoltaicos integrados en edificios. Sin embargo, la impresión sobre el vidrio frontal reduce la transmitancia de la luz y, por lo tanto, afecta el rendimiento del módulo. Mediante la combinación de experimentos y modelos de regresión, cuantificamos el efecto de seis colores diferentes con diferentes opacidades de impresión sobre los parámetros eléctricos del módulo en condiciones de prueba estándar. Nuestros resultados experimentales revelan que la opacidad y el color de la impresión tienen un impacto negativo significativo en la corriente de cortocircuito (Isc) y la potencia máxima (Pmpp) del módulo, pero afectan mínimamente la tensión de circuito abierto (Voc) y el factor de relleno (FF) del módulo. Tomando como ejemplo la impresión en negro con 100% de opacidad, el módulo monocromático muestra una pérdida de Isc del 75%, una pérdida de Pmpp del 74%, una pérdida de Voc del 6% y una ganancia de FF del 5% en comparación con un vidrio sin impresión. Además, se observa que, para cualquier opacidad de impresión, la impresión en negro presenta la mayor pérdida de rendimiento, mientras que la impresión en azul muestra la menor. Nuestro análisis de regresión muestra que el efecto de la opacidad de impresión en el módulo-Isc depende del color. Los modelos de regresión ajustados para los seis colores estudiados permiten predecir la pérdida de Isc para cualquier nivel de opacidad con un error cuadrático medio inferior al 1%.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Ubicaciones de aplicaciones fotovoltaicas: pastizales, satélites, vehículos espaciales, edificios, masas de agua
   • Las limitaciones de espacio limitan la instalación de sistemas fotovoltaicos a gran escala montados en el suelo -> referencia proporcionada
   • BIPV -> modernización de PV; construcción de PV como material
   • La estética se valora en BIPV
   • Primeros módulos utilizados en BIPV: película delgada; sensibilizados con colorante -> baja eficiencia -> números y referencias proporcionados
   • Los c-Si no siempre son visualmente atractivos
   • La impresión cerámica digital sobre vidrio es una de las soluciones propuestas para embellecer los BIPV de c-Si
   • La impresión afecta la transmitancia de la luz y el rendimiento eléctrico (curva IV)
   • Estudios citados que caracterizaron el rendimiento fotovoltaico -> referencia proporcionada
   • Objetivo: realizar experimentos para investigar el impacto de la impresión cerámica digital en las características I-V de los módulos BIPV con seis colores elementales de NCS y opacidad de impresión variable.
2. Resultados
   • Las pérdidas en Isc varían según el color -> referencia proporcionada
   • El azul tiene la menor pérdida; el negro la mayor.
   • El Voc tiene una correlación negativa con la opacidad de impresión -> valores proporcionados
   • Disminución de Pmp para todos los colores en comparación con la celda de referencia
3. Discusión
   • La pérdida de Isc aumenta con la opacidad
   • Conocer el cambio en la corriente de cortocircuito (y la corriente del punto de máxima potencia) es esencialmente más informativo ya que es una métrica crítica para la pérdida por desajuste y el problema de confiabilidad del punto caliente.
4. Métodos
   • Preparación de la muestra descrita en detalle
   • Parámetros investigados: Isc; Voc; FF; Pmpp
   • Modelado de regresión para encontrar la relación entre los parámetros y la opacidad de impresión

Diseño y evaluación de sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) para lograr edificios de energía neta cero en climas tropicales ^{[ 22 ]}

Resumen

La reciente tendencia al incremento de la demanda de generación de energía renovable ha revolucionado la forma en que la civilización moderna aprovecha la energía de fuentes renovables, especialmente la energía solar. Según IRENA, se ha informado de un aumento de alrededor del 53% de la capacidad instalada de energía solar entre el año 2017 y el 2021. Se espera que esta tendencia se duplique, ya que la Directiva revisada de Eficiencia Energética (UE) se compromete a añadir la cuota de energías renovables del 17% de 2015 al 34% en 2030. Entre los esfuerzos para lograr el objetivo destacado por la Agencia Internacional de la Energía (AIE) en su Hoja de Ruta Net Zero para 2050 se encuentra el desarrollo o la mejora de la gestión energética en edificios existentes y nuevos para cumplir con los edificios de energía neta cero. Una de las soluciones emergentes y de rápido crecimiento es la implementación de la Integración Fotovoltaica en Edificios (BIPV), ya que ofrece no solo generación de electricidad limpia, sino también un aspecto de integración perfecta en la envolvente del edificio. Sin embargo, debido a un factor limitante como la infraestructura BIPV insuficiente que se basa predominantemente en los países europeos. Este escenario limita el progreso tecnológico, especialmente en los países asiáticos. Aunque el sistema BIPV muestra un beneficio atractivo, aún presenta una limitación crucial en la apariencia visual y estética, que los espectadores consideran "poco atractiva" para la apariencia del edificio. Por lo tanto, será un gran problema implementar BIPV en edificios arquitectónicamente sensibles, como edificios históricos y emblemáticos. Para resolver este problema, se realizó un estudio piloto del rendimiento del sistema BIPV coloreado en un edificio icónico en una región de clima tropical, el Edificio Daya Bumi, Kuala Lumpur, Malasia. El método adoptado se basa en una plataforma cruzada entre la simulación de modelado 3D en el software Building Information Modelling (BIM) y el análisis solar detallado (PVsyst) para obtener resultados de análisis precisos. Se evalúan y comparan varios módulos fotovoltaicos coloreados para obtener la configuración óptima del sistema BIPV. El sistema BIPV propuesto es capaz de producir energía de 679,72 MW anualmente con un ahorro de carbono de 10367,66 tCO2/año de emisiones de CO2. Se espera que la aplicación de BIPV coloreado disimule la apariencia del panel fotovoltaico en el edificio, preservando así la estética arquitectónica original. Esta investigación promueve la concienciación sobre el BIPV como una solución innovadora crucial para la implementación de paneles fotovoltaicos en edificios sin sacrificar su valor estético. Además, el diseño de sistemas BIPV mediante software BIM puede replicarse para facilitar la transición fluida entre la arquitectura, la ingeniería estructural, la ingeniería de energías renovables y la operación del edificio. Esto se alinea con el esfuerzo del Marco 10-10MySTIE de Malasia por transformarse en una economía basada en el conocimiento y la innovación, que incluya la producción, gestión y distribución de energía procedente de fuentes renovables.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Los BIPV mejoran la estética del edificio y contribuyen a una infraestructura verde de cero emisiones.
   • Limitaciones de los BIPV -> edificación vertical en ciudades densamente pobladas
   • Solución: integrar BIPV en fachada, ventanas y paredes
   • La generación de electricidad BIPV es menor que la PV normal -> referencia proporcionada
   • Los sistemas BIPV son más desafiantes en edificios de gran altura debido a las diferencias en las formas -> área de techo limitada, formas de fachada complejas (áreas de instalación reducidas)
   • Los BIPV requieren un alto coste de capital
   • BIPV limitado por el valor estético dependiendo del material fotovoltaico
   • BIPV puede reducir las cargas de refrigeración y calefacción en un edificio -> referencia proporcionada
   • El uso de PV en color aumenta la aceptación pública -> referencia proporcionada
   • Objetivo: investigar y evaluar el rendimiento y la eficiencia del sistema fotovoltaico coloreado y del sistema BIPV en un edificio de gran altura en un clima tropical para cumplir con los criterios de construcción de cero emisiones netas.
2. Resultados y discusión
   • La energía BIPV de color más alta es el 75 % de la energía fotovoltaica convencional
   • La energía más baja (amorfo coloreado) es el 24% de la energía convencional
   • Diferencias en PR para el edificio: azotea (82,9%); fachada este (63%); fachada oeste (58,6%) -> mayores pérdidas por desajuste
   • Ahorro de CO2: azotea: 5,3 ktons CO2; fachada oeste (2,9 ktons CO2); fachada este (2,2 ktons CO2)
   • El costo de los BIPV es alto en comparación con los convencionales -> números proporcionados
   • PBT: azotea (5,5 años); fachada este (13,3 años); fachada este (19,8 años)
   • ROI: azotea (322,4%); fachada este (42,5%); fachada oeste (-6,5%)
3. Métodos
   • Software BIM + Autodesk Revit + PVSyst
   • Pasos:
   • Selección de edificios
   • Modelado 3D de edificios
   • Diseño de sistemas BIPV
   • Evaluación detallada de BIPV (producción de electricidad + emisiones de carbono + desempeño financiero)
   • Evaluación con: rendimiento energético de referencia, rendimiento del conjunto de paneles, rendimiento final, relación de rendimiento, CO2 ahorrado, ROI

Rendimiento de los paneles fotovoltaicos integrados en paredes y techos como material de construcción ^{[ 23 ]}

Resumen

El rendimiento del módulo fotovoltaico (FV) como material de construcción se analiza mediante la predicción de la variación horaria de la temperatura ambiente en comparación con el caso base (material convencional). Se utiliza un modelo de simulación por ordenador del método de admitancia de Fourier para el análisis. La fluctuación media de temperatura del techo y la pared fotovoltaica, en comparación con el caso base, es de 6,58 °C y, para la pared fotovoltaica, de 2,91 °C, respectivamente. La generación total diaria de energía de la pared fotovoltaica se encuentra en un rango de 6,7 kWh a 11,86 kWh, y para el techo fotovoltaico, de 17,24 kWh a 22 kWh. Debido a la fluctuación de temperatura, la carga máxima diaria adicional de refrigeración obtenida en el caso del techo fotovoltaico es de 94,7 kWh y, para la pared fotovoltaica, de 41,97 kWh.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Primer estudio citado sobre el muro fotovoltaico -> referencia proporcionada
   • Los BIPV pueden alterar/desviar el confort térmico del edificio, principalmente en los meses de verano.
   • Objetivo: análisis del efecto de sólo módulos fotovoltaicos como pared sur y techo sobre la variación de la magnitud de la temperatura ambiente (Tr) para un ciclo de 24 horas.
2. Resultados y discusión
   • Las habitaciones cubiertas con PV muestran un aumento de temperatura
   • El techo fotovoltaico aumentó su temperatura más que las paredes fotovoltaicas
   • Mayor producción de energía a partir de techos fotovoltaicos
3. Métodos
   • Método de admitancia de Fourier y balance de energía
   • Modelo fotovoltaico simple:migramo=0.12APAGVIT[1−0.04(Ta+ω0.328.91+2.0VFIT−25)]

Avances recientes en las tecnologías de productos BIPV: una revisión ^{[ 24 ]}

Resumen

La aplicación de la tecnología fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) en la envolvente de los edificios proporciona una apariencia estética y moderna. BIPV es una tecnología práctica, innovadora y prometedora para edificios con cero emisiones netas. Este artículo presenta los mejores productos BIPV y sus propiedades, junto con las directrices y estándares de prueba internacionales. Se destacan los productos BIPV para tejados, fachadas y ventanas. Las propiedades de los productos BIPV incluyen la eficiencia solar fotovoltaica, el COV, el ISC, la Pmáx y el factor de llenado (FF). Se ha revisado la evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida del módulo BIPV examinando el tiempo de recuperación de la energía y las emisiones de GEI.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • BIPV es importante para el ahorro energético
   • BIPV transforma el edificio de consumidor de energía a productor de energía
   • BIPV en azotea -> 80% del mercado; BIPV de fachada -> 20% del mercado
   • BIPV sirve como protección contra la intemperie, aislamiento térmico y protección contra el ruido.
   • La energía solar en azoteas es popular debido a la falta de espacio en el suelo y la disponibilidad de espacio sin usar en la azotea.
   • 5 categorías de BIPV: • Láminas BIPV; • Tejas BIPV; • Módulos BIPV; • Acristalamiento de células solares BIPV; • BAPV
   • Objetivo: Revisión de las tecnologías BIPV
2. Contenido
   • Tabla proporcionada que compara diferentes tipos de BIPV (Tabla 6 en el documento)
   • Las especificaciones de los fabricantes de los diferentes tipos de BIPV se proporcionan en las Tablas 7 a 12
   • LCA de diferentes BIPV que se muestran en la Tabla 13 y la Tabla 14
   • Ubicación preferida para BIPV -> azotea
   • Amplio espacio en fachada disponible.

Marquesinas solares fotovoltaicas

Un estudio exploratorio sobre un túnel de carretera con cubierta fotovoltaica semitransparente: desde las perspectivas de ahorro energético y seguridad contra incendios ^{[ 25 ]}

Resumen

Los túneles de carretera consumen una gran cantidad de energía, especialmente en el frío clima canadiense, donde las carreteras se calientan eléctricamente o se descongelan durante el invierno. Para lograr un sistema energético más sostenible y resiliente en túneles de carretera, realizamos un estudio exploratorio sobre la instalación de una cubierta fotovoltaica semitransparente (STPV) en las entradas y salidas de un túnel bajo un río. El sistema propuesto genera electricidad con energía solar, mejora las condiciones térmicas y visuales, y reduce la carga energética. En este estudio, se realizaron mediciones de campo de la temperatura de la superficie de la carretera y del aire, y simulaciones numéricas con y sin STPV para estudiar las temperaturas del aire y de la superficie de la carretera a diferentes velocidades de tráfico. Las mediciones de campo muestran que las temperaturas de la superficie de la carretera son superiores a la temperatura del aire en promedio. La temperatura del aire interior y de la superficie de la carretera se midieron por encima de 0 °C, a pesar de que la temperatura exterior es muy inferior a 0 °C, lo que reduce significativamente la necesidad de descongelar en invierno con sales. Las simulaciones muestran que la temperatura del aire y de la superficie aumenta debido al calor transmitido por la luz solar a través de la cubierta del STPV, lo que reduce significativamente el consumo de energía para la descongelación. El análisis de seguridad contra incendios también indicó que la abertura superior del sistema propuesto debería ubicarse cerca de la entrada del túnel, en lugar de la entrada de la cubierta, para una mejor evacuación del humo durante un incendio.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Los túneles de carretera requieren una cantidad considerable de energía para su mantenimiento -> empeorado por el cambio climático
   • Es posible utilizar energía fotovoltaica para alimentar túneles de carretera -> referencias proporcionadas
   • Los estudios anteriores no se centraron en el aspecto térmico de la energía fotovoltaica semitransparente para túneles de carretera.
   • No existe un estudio claro sobre el impacto de las cubiertas fotovoltaicas en los escapes de incendios de los túneles de carretera
   • Objetivo: explorar tecnologías avanzadas para túneles de carreteras subterráneos; impacto de los STPV en la seguridad contra incendios y el rendimiento térmico y energético;
2. Resultados y discusión
   • Durante las horas pico, el STPV ofrece un aumento de temperatura de ~2,1 °C para la temperatura de la carretera y del aire.
   • No hay un aumento evidente de temperatura con STPV fuera de las horas punta -> alrededor de 0,9 °C para el aire y 0,2 °C para la carretera
   • Sin hora punta => menos coches => mayor velocidad de los coches => mayor flujo de aire => mayor pérdida de calor
   • El STPV actúa como invernadero
   • Reducción de la carga de calefacción mediante STPV -> aún más eficaz en horas punta
   • El estudio del incendio mostró la ubicación del escape
   • No hay datos experimentales para los resultados de simulación de incendios
3. Métodos
   • Medición de campo / CFD / Simulador dinámico de incendios (FDS)
   • Túnel de carretera en Montreal bajo el río -> descripción proporcionada
   • Marquesinas STPV de 140 m de longitud instaladas en la entrada y salida del túnel
   • Medición de la temperatura de la superficie de la carretera y del aire utilizando un vehículo que circula por el túnel
   • Modelo térmico de marquesinas fotovoltaicas
   • Análisis CFD de estado estacionario

Evaluación de una marquesina fotovoltaica con potencial de carga para vehículos eléctricos ^{[ 26 ]}

Resumen

Si bien la movilidad sostenible y la descarbonización del sector del transporte se encuentran entre las soluciones más integrales al problema del cambio climático, los vehículos eléctricos (VE) son cada vez más populares como el futuro modo de transporte. En este estudio, se analiza la integración de una marquesina solar para cochera en una posible estación de carga de VE, utilizando diversas condiciones operativas. Se presenta un análisis detallado de la cochera ubicada en la ciudad de Kaohsiung, al sur de Taiwán, donde se analiza la generación de electricidad, el impacto de las emisiones y el análisis financiero de la estación de carga solar para VE. Los resultados de un estudio de caso mostraron un potencial de 140 MWh/año de producción de energía solar, lo que podría proporcionar electricidad solar a más de 3000 vehículos al mes con una hora de estacionamiento, generando un 94% menos de emisiones totales de dióxido de carbono que la electricidad producida con los métodos de red tradicionales. Considerando el impacto de la implementación del impuesto al carbono en la economía de los conductores, los resultados demostraron la viabilidad de estas estaciones de carga basadas en energía fotovoltaica (FV), particularmente ante posibles escenarios futuros con impuestos al carbono más altos. Los resultados presentados se pueden implementar a mayor escala, ofreciendo pautas y herramientas para construir infraestructura de estaciones de carga de vehículos eléctricos alimentadas por energía solar.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • 2050 -> 2/3 de los humanos vivirán en ciudades => amenaza para la sostenibilidad
   • La electrificación del transporte, esencial para la descarbonización y la transición energética
   • Los sistemas fotovoltaicos necesitan un terreno considerable -> referencia proporcionada
   • BIPV es un desafío debido a su geometría compleja
   • La energía fotovoltaica supone un desafío en las zonas urbanas debido a la densidad, la estructura y el historial de construcción.
   • Posible solución -> convertir aparcamientos en marquesinas fotovoltaicas
   • La energía fotovoltaica proporciona sombra a peatones y vehículos -> buena para condiciones climáticas extremas
   • El estacionamiento ofrece preenfriamiento para vehículos => reducción en el aire acondicionado del vehículo
   • La densidad de población y el terreno pueden limitar la implementación de energía fotovoltaica en lugares con alto potencial fotovoltaico
   • Objetivo: presentar un marco para los enfoques técnicos y la evaluación económica de la implementación de paneles solares para sombreado de cocheras, así como una evaluación de viabilidad para una estación de carga de vehículos eléctricos en Kaohsiung, Taiwán.
2. Resultados y discusión
   • Diseño fotovoltaico capaz de cargar entre 2458 y 3592 vehículos en promedio -> tiempo de carga/estacionamiento: 2 h a 30 min
   • Producción anual de energía -> 140 MWh
   • Emisiones de CO2 -> 4 toneladas de CO2/año -> 94 % más bajas que la red eléctrica actual en Taiwán
   • Los propietarios de vehículos eléctricos pueden ahorrar hasta $60 al adoptar la carga de vehículos eléctricos basada en energía fotovoltaica si el impuesto al carbono es de $50 y la tarifa de estacionamiento mensual es de $85.
   • Posibles inconvenientes: incertidumbre sobre la hora de llegada y salida; intensidad de la demanda energética; falta de predicción sobre número de vehículos, tipos, distancias, tiempo de carga, etc.
   • Riesgo de subproducción en invierno y subutilización en verano
3. Métodos
   • Simulación de helioscopio y PVWatts
   • Ecuación proporcionada para el número de estaciones de carga y la distancia recorrida por carga
   • Estación EC conectada a la red

Diseño y optimización de una marquesina fotovoltaica para una estación de carga de vehículos eléctricos en entornos urbanos ^{[ 27 ]}

Resumen

Hoy en día, el uso de energías renovables y vehículos eléctricos ha cobrado especial relevancia para reducir los altos niveles de contaminación que rodean nuestras ciudades. El diseño de una marquesina fotovoltaica para la carga de vehículos eléctricos es una combinación muy prometedora que puede implementarse en zonas urbanas. Para favorecer su instalación en diferentes lugares, esta comunicación detalla los aspectos técnico-funcionales que se han considerado para su diseño e instalación, junto con otros aspectos estéticos y centrados en el usuario que ayudan a incentivar el uso de estas infraestructuras en nuestra sociedad.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Marquesinas -> útiles para proteger a los conductores y los coches del sol y el calor -> evitan las altas temperaturas en los coches
   • Marquesinas fotovoltaicas -> zona de descanso atractiva y cómoda para los usuarios
   • Objetivo: presentación de un diseño optimizado de una cubierta fotovoltaica para la carga de vehículos eléctricos
2. Resultados
3. Discusión
4. Métodos
   • Las regulaciones de ubicación y las características de un área de cubierta fotovoltaica deben tenerse en cuenta en el diseño de la cubierta fotovoltaica.
   • Marquesina fotovoltaica de 5,9 mx 12,2 m
   • Pendiente dictada por restricciones mecánicas, no por restricciones energéticas -> razones estéticas también
   • El toldo fotovoltaico ofrece zonas de asientos para mayor comodidad.
   • Diseño: Módulos fotovoltaicos + Estructura soporte + Inversor + Contador de energía generada + Redes de distribución y protecciones + Cableado y envolvente.
   • Paneles BIPV utilizados para mezcla -> Total 11,7 kW (325 W x 36 módulos)
   • Inversores trifásicos x 2
   • Cargador EV RAPTION-22 hasta 22kW de potencia de carga -> permite carga tanto de CC como de CA
   • Costes totales del sistema -> 185.052 €

Prueba de larga duración de un vehículo eléctrico cargado desde una cochera fotovoltaica ^{[ 28 ]}

Resumen

El artículo incluye investigaciones experimentales del consumo eléctrico de un vehículo eléctrico urbano pequeño a lo largo de una distancia de 30.000 km. Durante este periodo, el vehículo se cargó, en la mayoría de los casos, desde una cochera fotovoltaica con una potencia pico de 3 kWp. Los análisis incluyen el kilometraje del vehículo y el número de veces que se cargó la batería durante 5 años de funcionamiento. Además, se midió la cantidad de energía generada por la cochera fotovoltaica. Durante todo el periodo de investigación, el vehículo eléctrico pequeño se cargó con un estado de carga (SoC) del 50 % casi 900 veces. Posteriormente, se realizó un análisis para determinar la idoneidad de la selección de la potencia pico de la cochera para las necesidades energéticas del vehículo eléctrico.

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Los vehículos eléctricos no son tan limpios cuando se cargan con la red eléctrica convencional
   • Ventajas de los clientes de EV Drawing
   • Aumenta el número de puntos de carga de vehículos eléctricos
   • En algunos países, la infraestructura convencional de producción y distribución de electricidad no puede seguir el ritmo de la expansión de los vehículos eléctricos
   • Posible solución -> Carga fotovoltaica
   • Objetivo: investigaciones experimentales del consumo de electricidad en una distancia de 30.000 km por un pequeño vehículo eléctrico urbano.
2. Resultados y discusión
   • La energía promedio producida por PV es el doble que la que necesitan los EV.
3. Métodos / Especificaciones del coche
   • Modelo de coche -> Renault Twizy
   • Se proporcionan las especificaciones completas del vehículo.
   • Periodo de prueba de 4,5 años en condiciones de uso urbanas.
   • Periodo de uso: abril a septiembre
   • Distancia total -> 30.000 km
   • Se proporciona análisis detallado de kilometraje y energía.
   • Energía total consumida -> 2.721 kWh
   • Autonomía 65 km/carga completa -> 9,4 kWh/100 km
4. Métodos / Cochera fotovoltaica
   • 12 s-Ci PV
   • Cargador en red
   • Producción anual de 3 MWh
   • Vehículo consumido ~ 19% de la producción total

Barrera del sonido

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Resumen

Conclusiones clave

1. Introducción
   • Meta:
2. Resultados
3. Discusión
4. Métodos

Referencias

Datos de la página

Parte de	RÁPIDO
Palabras clave	Revisiones rápidas de literatura , energía fotovoltaica , uso del suelo , FV
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)	ODS07 Energía asequible y no contaminante
Autores	Koami Soulemane Hayibo
Licencia	CC-BY-SA-4.0
Idioma	Inglés (en)
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Creado	8 de febrero de 2023 por Koami Soulemane Hayibo
Última modificación	24 de enero de 2025 por Felipe Schenone
Citar como	Koami Soulemane Hayibo (2023–2025). "Uso del suelo para energía solar fotovoltaica: una revisión" . Appropedia . Consultado el 20 de junio de 2025 .
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