Los sistemas montados en tejados son pequeños en comparación con las centrales fotovoltaicas solares montadas en el suelo a gran escala con capacidades en el rango de megavatios , por lo que son una forma de generación distribuida . La mayoría de las estaciones fotovoltaicas en tejados son sistemas de energía fotovoltaica conectados a la red . Los sistemas fotovoltaicos en los tejados de edificios residenciales suelen tener una capacidad de entre 5 y 20 kilovatios (kW), mientras que los montados en edificios comerciales suelen alcanzar entre 100 kilovatios y 1 megavatio (MW). Los tejados muy grandes pueden albergar sistemas fotovoltaicos a escala industrial en el rango de 1 a 10 MW.
En 2022, alrededor de 25 millones de hogares en todo el mundo dependerán de la energía solar en los tejados. [3] Australia tiene, con diferencia, la mayor capacidad solar per cápita en tejados. [4]
Instalación
Trabajadores instalan paneles solares en tejados residencialesSistemas fotovoltaicos en tejados en Googleplex , California
El entorno urbano proporciona una gran cantidad de espacios vacíos en las azoteas y puede evitar inherentemente el posible uso del suelo y las preocupaciones ambientales. Estimar la insolación solar de los tejados es un proceso multifacético, ya que los valores de insolación en los tejados se ven afectados por lo siguiente:
Sombreado de edificios y vegetación adyacentes [5]
Existen varios métodos para calcular posibles sistemas de techos solares fotovoltaicos, incluido el uso de lidar [6] y ortofotos. [7] Modelos sofisticados pueden incluso determinar las pérdidas de sombra en grandes áreas para el despliegue fotovoltaico a nivel municipal. [8]
Componentes de un panel solar en la azotea:
La siguiente sección contiene los componentes más utilizados de un panel solar en el tejado. Aunque los diseños pueden variar según el tipo de techo (por ejemplo, metal o tejas), el ángulo del techo y las cuestiones de sombreado, la mayoría de los conjuntos constan de alguna variación de los siguientes componentes.
Los paneles solares producen electricidad libre de carbono cuando se irradian con luz solar. Los paneles solares, a menudo hechos de silicio, están hechos de células solares más pequeñas que normalmente tienen seis células por panel. Varios paneles solares unidos forman un panel solar. Los paneles solares generalmente están protegidos por vidrio templado y asegurados con un marco de aluminio. [9] La parte frontal de un panel solar es muy duradera, mientras que la parte posterior de un panel es generalmente más vulnerable.
Las abrazaderas de montaje generalmente consisten en soportes de aluminio y pernos de acero inoxidable que aseguran los paneles solares entre sí en el techo y en los rieles. Las abrazaderas a menudo varían en diseño para tener en cuenta diversas configuraciones de techo y rieles. [10]
Las estanterías o rieles están hechos de metal y, a menudo, se encuentran en una configuración paralela en el techo para que se apoyen los paneles. Es importante que los rieles estén lo suficientemente nivelados para que los paneles queden montados de manera uniforme. [11]
Los soportes fijan los rieles y todo el conjunto a la superficie del techo. Estos soportes suelen ser soportes en L que se atornillan a través del tapajuntas y en las vigas del techo. Los soportes varían en diseño debido a la amplia gama de configuraciones y materiales del techo. [10]
Los tapajuntas son una placa de metal duradera que proporciona un sello resistente al agua entre los soportes y la superficie del techo. A menudo, se usa masilla para sellar el tapajuntas del techo y se asemeja a una teja de metal.
El cableado CC/CA para inversores conecta cables entre paneles y en un microinversor o inversor de cadena. [11] Ningún cable debe tocar la superficie del techo ni colgar del conjunto para evitar la intemperie y el deterioro de los cables.
Los microinversores están montados en la parte inferior del panel y convierten la energía CC de los paneles en energía CA que puede enviarse a la red. Los microinversores permiten la optimización de cada panel cuando se produce sombra y pueden proporcionar datos específicos de paneles individuales. [11]
Energía solar de película delgada sobre tejados metálicos
Con la creciente eficiencia de la energía solar de película delgada, su instalación en techos metálicos se ha vuelto competitiva en costos con respecto a las células solares monocristalinas y policristalinas tradicionales . Los paneles de película delgada son flexibles y se deslizan por los techos metálicos con junta alzada y se adhieren al techo metálico con adhesivo , por lo que no se necesitan agujeros para su instalación. Los cables de conexión pasan por debajo de la cumbrera en la parte superior del techo. La eficiencia oscila entre el 10% y el 18%, pero solo cuesta entre $2,00 y $3,00 por vatio de capacidad instalada, en comparación con el monocristalino, que tiene una eficiencia del 17% al 22% y cuesta entre $3,00 y $3,50 por vatio de capacidad instalada. La energía solar de película delgada pesa entre 7 y 10 onzas por pie cuadrado. Los paneles solares de película delgada duran entre 10 y 20 años [12] , pero tienen un retorno de la inversión más rápido que los paneles solares tradicionales; los techos de metal duran entre 40 y 70 años antes de ser reemplazados, en comparación con los 12 a 20 años de un techo de tejas de asfalto . [13] [14]
Los incentivos solares por estado en EE. UU. pueden ayudar a compensar el costo inicial de instalación y hacer que la energía solar sea más asequible. En Estados Unidos, cada estado tiene su propio conjunto de incentivos y reembolsos para la energía solar, incluidas declaraciones de impuestos, créditos fiscales y medición neta para sistemas de energía solar conectados a la red. [dieciséis]
Tendencias de costos
A mediados de la década de 2000, las empresas de energía solar utilizaban diversos planes de financiación para los clientes, como arrendamientos y acuerdos de compra de energía. Los clientes podrían pagar sus paneles solares durante un período de años y obtener ayuda con los pagos de créditos de programas de medición neta. En mayo de 2017, la instalación de un sistema solar en el tejado cuesta un promedio de 20.000 dólares. En el pasado, había sido más caro. [17]
Utility Dive escribió: "Para la mayoría de las personas, agregar un sistema solar además de otras facturas y prioridades es un lujo" y "las empresas de energía solar en tejados en general atienden a los sectores más ricos de la población estadounidense". [17] La mayoría de los hogares que obtienen paneles solares son de "ingresos medios altos". El salario familiar medio de los clientes de energía solar es de unos 100.000 dólares. [17] Sin embargo, "un número sorprendente de clientes de bajos ingresos" apareció en un estudio sobre ingresos y compras de sistemas solares. "Basándose en los resultados del estudio, los investigadores de GTM estiman que los cuatro mercados solares incluyen más de 100.000 instalaciones en propiedades de bajos ingresos". [17]
Un informe publicado en junio de 2018 por Consumer Energy Alliance que analizó los incentivos solares de EE. UU. mostró que una combinación de incentivos federales, estatales y locales, junto con la disminución del costo neto de la instalación de sistemas fotovoltaicos, ha provocado un mayor uso de energía solar en tejados en todo el país. . Según Daily Energy Insider , "En 2016, la capacidad de energía solar fotovoltaica residencial creció un 20 por ciento con respecto al año anterior, según el informe. Mientras tanto, el costo promedio instalado de la energía solar residencial cayó un 21 por ciento a $ 2,84 por vatio de CC en el primer trimestre de 2017 versus el primer trimestre de 2015." [18] De hecho, en ocho estados que el grupo estudió, los incentivos gubernamentales totales para instalar un sistema solar fotovoltaico en el tejado en realidad excedieron el costo de hacerlo. [19]
En 2019, el costo promedio nacional en los Estados Unidos, después de los créditos fiscales, para un sistema residencial de 6 kW fue de $2,99/W, con un rango típico de $2,58 a $3,38. [20]
Debido a las economías de escala , los sistemas solares montados en el suelo de tamaño industrial producen energía a la mitad del costo (2 c/kWh) que los sistemas pequeños montados en el techo (4 c/kWh). [21]
Mecanismo de tarifa de alimentación
En una central fotovoltaica en tejado conectada a la red , la electricidad generada a veces se puede vender a la empresa de servicio eléctrico para su uso en otro lugar de la red. Este acuerdo permite amortizar la inversión del instalador. Muchos consumidores de todo el mundo están adoptando este mecanismo debido a los ingresos obtenidos. Una comisión de servicios públicos generalmente fija la tarifa que la empresa paga por esta electricidad, que podría ser la tarifa minorista o la tarifa mayorista más baja, lo que afecta en gran medida la recuperación de la energía solar y la demanda de instalación.
El FIT, como se lo conoce comúnmente, ha llevado a una expansión de la industria solar fotovoltaica en todo el mundo. Se han creado miles de puestos de trabajo gracias a esta forma de subsidio. Sin embargo, puede producir un efecto de burbuja que puede explotar cuando se retira el FIT. También ha aumentado la capacidad de producción localizada y generación integrada, reduciendo las pérdidas de transmisión a través de líneas eléctricas. [2]
Las tejas solares o tejas fotovoltaicas son paneles solares diseñados para parecerse y funcionar como materiales para techos convencionales, como tejas asfálticas o pizarra, y al mismo tiempo producen electricidad. Las tejas solares son un tipo de solución de energía solar conocida como energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV). [22]
Sistemas híbridos
Sistema híbrido fotovoltaico en tejado.
Se puede utilizar una estación de energía fotovoltaica en la azotea (ya sea dentro o fuera de la red) junto con otros componentes de energía como generadores diésel , turbinas eólicas , baterías, etc. Estos sistemas de energía solar híbrida pueden ser capaces de proporcionar una fuente continua de energía. [2]
Ventajas
Los instaladores tienen derecho a inyectar electricidad solar a la red pública y, por lo tanto, recibir una tarifa superior razonable por kWh generado que refleje los beneficios de la electricidad solar para compensar los costos adicionales actuales de la electricidad fotovoltaica. [2]
Desventajas
Un sistema de energía eléctrica que contenga una contribución del 10% de las estaciones fotovoltaicas requeriría un aumento del 2,5% en la capacidad de control de frecuencia de carga (LFC) con respecto a un sistema convencional [ jerga ] , un problema que se puede contrarrestar mediante el uso de convertidores sincrónicos en el sistema CC/CA. circuito del sistema fotovoltaico. En 1996 se determinó que el costo de equilibrio para la generación de energía fotovoltaica era relativamente alto para niveles de contribución inferiores al 10%. Si bien proporciones más altas de generación de energía fotovoltaica generan costos de equilibrio más bajos , las consideraciones económicas y de LFC imponen un límite superior de alrededor del 10% en las contribuciones fotovoltaicas a los sistemas energéticos generales. [23]
Quitar paneles solares para reemplazar el techo de tejas
Al reemplazar el techo de tejas de asfalto, será necesario desinstalar y quitar los paneles solares para volver a colocar las tejas del techo y reinstalarlos después de volver a colocar las tejas del techo. Durante ese tiempo podrían producirse cortes de energía en la casa. Los instaladores de paneles solares tendrían que salir dos veces para desinstalarlos y reinstalarlos en una fecha posterior, cuando el techo esté terminado, y su mano de obra suele ser más cara que lo que pagan los techadores de tejas asfálticas. [24]
Desafíos técnicos
Existen muchos desafíos técnicos para integrar grandes cantidades de sistemas fotovoltaicos en tejados a la red eléctrica.
Flujo de potencia inverso
La red eléctrica no fue diseñada para un flujo de energía bidireccional a nivel de distribución. Los alimentadores de distribución generalmente se diseñan como un sistema radial para el flujo de energía unidireccional transmitido a través de largas distancias desde grandes generadores centralizados hasta las cargas de los clientes al final del alimentador de distribución. Con la generación solar fotovoltaica localizada y distribuida en los tejados, el flujo inverso hace que la energía fluya hacia la subestación y el transformador, lo que genera importantes desafíos. Esto tiene efectos adversos sobre la coordinación de protecciones y los reguladores de voltaje.
Tarifas de rampa
Las rápidas fluctuaciones de generación de los sistemas fotovoltaicos debido a las nubes intermitentes provocan niveles indeseables de variabilidad de voltaje en el alimentador de distribución. Con una alta penetración de energía fotovoltaica en los tejados, esta variabilidad de voltaje reduce la estabilidad de la red debido al desequilibrio transitorio en la carga y la generación y hace que el voltaje y la frecuencia excedan los límites establecidos si no se contrarrestan con controles de energía. Es decir, los generadores centralizados no pueden aumentar lo suficientemente rápido para igualar la variabilidad de los sistemas fotovoltaicos, lo que provoca un desajuste de frecuencia en el sistema cercano. Esto podría provocar apagones. Este es un ejemplo de cómo un simple sistema fotovoltaico localizado en un tejado puede afectar a la red eléctrica más grande. El problema se mitiga parcialmente distribuyendo paneles solares en un área amplia y agregando almacenamiento .
Operación y mantenimiento
La operación y el mantenimiento de la energía solar fotovoltaica en tejados tiene costes más elevados en comparación con las instalaciones terrestres debido a la naturaleza distribuida de las instalaciones en tejados y al acceso más difícil. En los sistemas solares de tejado, normalmente lleva más tiempo identificar un mal funcionamiento y enviar un técnico, debido a la menor disponibilidad de suficientes herramientas de monitoreo del rendimiento del sistema fotovoltaico y a los mayores costos de mano de obra humana. Como resultado, los sistemas solares fotovoltaicos en tejados suelen sufrir una menor calidad de operación y mantenimiento y niveles esencialmente más bajos de disponibilidad del sistema y producción de energía.
^ Armstrong, Robert (12 de noviembre de 2014). "El caso de los estacionamientos con energía solar". Acero absoluto . Consultado el 15 de noviembre de 2014 .
^ abcd "Generación de energía fotovoltaica en los edificios. Fotovoltaica integrada en edificios – BIPV" (PDF) . bef-de.org . Consultado el 20 de junio de 2011 .
^ "Aproximadamente 100 millones de hogares dependerán de la energía solar fotovoltaica en los tejados para 2030". Agencia Internacional de Energía . 2022 . Consultado el 7 de abril de 2024 .
^ Chandak, Pooja (21 de marzo de 2022). "Las instalaciones solares mundiales en tejados casi se duplicarán para 2025, según el informe". Barrio Solar . Consultado el 7 de abril de 2024 .
^ "Recursos energéticos y criterios de recursos". greenip.org. Archivado desde el original el 28 de agosto de 2013 . Consultado el 20 de junio de 2011 .
^ Ha T. Nguyen, Joshua M. Pearce, Rob Actually y Gerald Barber, "La aplicación de LiDAR a la evaluación del potencial de implementación de energía solar fotovoltaica en tejados en una unidad de distrito municipal", Sensores , 12 , págs. 4534-4558 (2012) .
^ LK Wiginton, HT Nguyen, JM Pearce, "Cuantificación del potencial solar fotovoltaico a gran escala para la política regional de energías renovables", Computadoras, medio ambiente y sistemas urbanos 34 , (2010) págs. [1]Acceso abierto
^ Nguyen, Ha T.; Pearce, Josué M. (2012). "Incorporación de las pérdidas de sombreado en la evaluación del potencial solar fotovoltaico a escala municipal". Energía solar . 86 (5): 1245-1260. Código Bib :2012SoEn...86.1245N. doi :10.1016/j.solener.2012.01.017. S2CID 15435496.
^ "Estructura del módulo | PVEducation". www.pveducation.org . Consultado el 8 de mayo de 2019 .
^ ab "Estantería de paneles solares para montaje solar en techo y suelo". ilimitadosolar.com . Consultado el 8 de mayo de 2019 .
^ abc "Anatomía de un sistema de montaje solar en tejado". Mundo de la energía solar . 2014-03-19 . Consultado el 8 de mayo de 2019 .
^ "Paneles solares de película delgada | Sociedad Estadounidense de Energía Solar".
^ "Pros y contras de los techos metálicos para su hogar".
^ "Paneles solares versus laminados de película delgada: costos, ventajas y desventajas, mejores marcas". 19 de enero de 2022.
^ "Paneles solares versus laminados de película delgada: costos, ventajas y desventajas, mejores marcas". 19 de enero de 2022.
^ "Guía compacta de incentivos solares por estado en EE. UU.". 2023-02-07.
^ abcd Shallenberger, Krysti (27 de abril de 2017). "¿Es la energía solar en los tejados sólo un juguete para los ricos?". Buceo de utilidad . Consultado el 5 de mayo de 2017 .
^ Galford, Chris (14 de junio de 2018). "Los incentivos gubernamentales para la energía solar en tejados suelen ser mayores que el coste total del sistema, según un informe de la CEA". Información privilegiada sobre energía diaria . Consultado el 4 de julio de 2018 .
^ kimi, imad. "Explorando los cinco beneficios de la energía solar en las azoteas de las escuelas". Voltajea . Dr. imad . Consultado el 29 de diciembre de 2022 .
^ "¿Cuánto cuestan los paneles solares en EE. UU. en 2018?". energíasage . Consultado el 26 de octubre de 2018 .
^ Asano, H.; Yajima, K.; Kaya, Y. (marzo de 1996). "Influencia de la generación de energía fotovoltaica en la capacidad requerida para el control de frecuencia de carga". Transacciones IEEE sobre conversión de energía . 11 (1): 188-193. Código bibliográfico : 1996ITEnC..11..188A. doi : 10.1109/60.486595. ISSN 0885-8969.
^ "4 cosas que necesita saber al cambiar el tejado de su casa con paneles solares".
^ Tenga en cuenta que la potencia nominal puede ser CA o CC , según la planta. Consulte el enigma de AC-DC: las últimas locuras en las clasificaciones de plantas de energía fotovoltaica se centran en la inconsistencia de los informes (actualización) Archivado el 19 de enero de 2011 en Wayback Machine.
^ "Sungrow suministra inversores a una planta fotovoltaica en azotea C&I de 120 MW". www.saurenergy.com . 22 de julio de 2021.
^ "Un productor de calzado taiwanés vincula a una empresa vietnamita para encontrar soluciones de energía renovable". Noticias de Vietnam . 26 de enero de 2021 . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
^ "GRUPO LAIYIH". indefol . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
^ "SEIA Solar Means Business: datos completos de la edición 2016". seia.org . Asociación de Industrias de Energía Solar . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
^ "Las instalaciones solares de Mai Dubai produjeron más de 30 millones de kWh de energía en 2020". Servicios públicos Oriente Medio . 11 de febrero de 2021 . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
^ "El techo solar más potente". Energía Heylen . Consultado el 17 de abril de 2020 .
^ "Se completó la instalación del techo solar más potente del mundo que actualmente funciona en el centro de logística y almacén de última generación de PVH Europa". 6 de octubre de 2020.
^ "La nueva sede de Apple establece récords en construcción solar y ecológica". www.renewableenergyworld.com . 2017-03-03 . Consultado el 9 de mayo de 2017 .
^ "Arvind presenta el proyecto solar sobre tejados más grande de la India con 16,2 MW". Semana de la construcción India . 13 de febrero de 2019 . Consultado el 17 de mayo de 2019 .
^ Instalación de techo solar de 50 acres en funcionamiento en San Pedro, Curbed, Los Ángeles, 26 de junio de 2017
^ Folleto de descripción general corporativa de Uni-Solar
^ GM instala los paneles solares en tejados más grandes del mundo
^ Inaugurada la planta solar en azotea 'más grande del mundo' en Beas dera, Hindustan Times , 18 de mayo de 2016
^ Se completó formalmente la planta de energía solar en azoteas más grande de América del Norte
^ Riverside Energía Renovable LLC
^ "Holt Logistics agrega capacidad adicional a la innovadora instalación solar de 2011 en la terminal marítima de Gloucester de Nueva Jersey". Independencia Solar . 2019-07-16 . Consultado el 2 de marzo de 2022 .
.jpg/1280px-Children_of_the_Sun_Solar_Initiative_(48132850231).jpg)
