Beneficios de las placas solares en cubiertas vegetales

Con la normativa actual en muchos países es obligatorio la instalación de placas solares en las cubiertas de las edificaciones, en función de diferentes requisitos. Cuando en nuestro edificio tenemos proyectado un acabado verde y a su vez la instalación de estos elementos, la primera duda que nos surge es la compatibilidad de ambos sistemas. Hoy os queremos mostrar los beneficios de las placas solares en cubiertas vegetales.

Solar-Greenroof

Ejemplo de integración de placas solares en cubiertas vegetales extensivas / Vía Green Roof Technology

Para resolver estas cuestiones en primer lugar debemos diferenciar entre los tipos de placas solares existentes en el mercado, ya que por un lado tenemos las placas fotovoltaicas y por otro los captadores solares y no funcionan de la misma manera, por lo que tampoco se comportan igual en una cubierta vegetal.

Las placas solares fotovoltaicas son paneles formados por células fotovoltáicas. En estas células se consigue la transformación de la energía luminosa del sol (fotones) en energía eléctrica. Están formadas por dos capas de diferentes materiales semiconductores, la capa superior tiene carga positiva mientras que la capa inferior tiene carga negativa. Cuando un rayo solar incide sobre una célula fotovoltaica libera electrones de la capa inferior que son atraídos por la carga positiva de la capa superior, esto produce un movimiento de electrones y por tanto una corriente eléctrica.

Los captadores solares, también conocidos como colectores solares son dispositivos que transforman la energía solar en energía térmica. Este proceso se lleva a cabo gracias a la transferencia de la energía calorífica solar a un fluido caloportador que circula por el interior del captador calentándose. Posteriormente en un intercambiador, el fluido cede calor al agua de consumo.

En el primer caso el funcionamiento se basa en el desplazamiento  de electrones y en el segundo en el calentamiento de un fluido. Teniendo en cuenta estos comportamientos diferentes es de esperar que la temperatura ambiente no les afecte de la misma forma.

Es en el caso de las placas fotovoltaicas una temperatura ambiente inferior beneficia a la mayor producción de electricidad como vamos a ver a continuación:

eficiencia de placas fotovoltaicas

Intensidad y voltaje de una célula en función de la temperatura

En esta gráfica extraída de la página web Ingelibre, se aprecia que el voltaje de la célula disminuye cuando aumenta su temperatura. En el caso de la intensidad, cuando aumenta la temperatura también aumenta su valor, pero en menor medida, por lo que si recurrimos a la fórmula P=V x I tendremos que a mayor temperatura de la célula, menor potencia obtenida.

Si trasladamos estos datos a las cubiertas, lugares donde principalmente se localizan estos dispositivos, sabemos que uno de los beneficios que presentan las cubiertas vegetales es que las temperaturas de la superficie son inferiores a las de una cubierta convencional, llegando a conseguir unos 25ºC en días calurosos de verano frente a los 70ºC que se pueden alcanzar en el resto de tipologías. Esto es gracias a dos capacidades:

  1. Enfrían el aire de su superficie en el proceso conocido como transpiración dónde la planta absorbe humedad de la tierra y la expulsa en forma de vapor de agua.
  2. Tienen un porcentaje de reflexión de la radiación solar de un 25% frente a un 8% que suelen tener los acabados convencionales de las cubiertas.

Con estos datos podemos concluir que las cubiertas vegetales mejoran el rendimiento de las placas fotovoltaicas al conseguir disminuir la temperatura ambiente próxima a la superficie de la placa, alcanzando una mejora del 0,3 – 0,5% en el rendimiento por cada grado menos de temperatura.

En el caso de los captadores solares lo más importante es que el fluido caloportador alcance la temperatura necesaria para poder conseguir que la temperatura de consumo se encuentre a  60oC como exige la normativa.

A continuación vamos a centrarnos en el rendimiento de un panel solar a través de las fichas técnicas que facilita una casa comercial Salvador Escoda:

Curva de eficiencia de colectores solares

Curvas de eficiencia energética de un modelo de captador solar

Como podemos observar en la tabla, en el eje Y se representa el coeficiente de eficiencia mientras que en el eje X se representa la diferencia de temperaturas entre la temperatura media del fluido caloportador y la temperatura ambiente del aire en contacto con el colector. A medida que esta diferencia es mayor el rendimiento es menor por lo que si consideramos que la temperatura del fluido es de 80oC será beneficioso para el sistema que la temperatura exterior esté lo más próximo a este valor y por lo tanto que esta diferencia sea menor.

Este aspecto también queda reflejado en la siguiente formula del rendimiento de un captador solar:

ƞ= ƞ0 -a1 [ (Te -Ta) / I ]

Donde:

ƞ= rendimiento 

ƞ0 = es el coeficiente óptico y representa la eficiencia máxima del captador

a1 =es el coeficiente de pérdidas

Te = temperatura de entrada del fluido caloportador

Ta = temperatura ambiente

I = irrancia solar (W/m2)

Como hemos comentado, las cubiertas vegetales tienen la capacidad de reducir la temperatura superficial de las cubiertas en régimen de verano y por consiguiente reducir la temperatura del entono de las placas. En este caso esa cualidad no es beneficiosa para el rendimiento de estos dispositivos pues necesitamos contar con una temperatura próxima a los 50-60ºC (temperatura de entrada del fluido caloportador). Sin embargo, también hemos expuesto en algunos de nuestros artículos anteriores la capacidad aislante de las cubiertas verdes y su consiguiente ahorro energético en sistemas de climatización, por lo que podemos concluir que el acabado vegetal a pesar de no ser beneficioso para el rendimiento de las placas si que permite una reducción de la demanda de agua caliente sanitaria en el ámbito de la climatización y por tanto en la rentabilización de la instalación.

En resumen y con todos los datos expuestos, desde Urbanarbolismo os queremos transmitir la idea de que sea cual sea nuestro sistema, existen beneficios de las placas solares en cubiertas vegetales, ya sea en la producción o en la demanda de energía.

Arq. Lorena González Ciller

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