Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de la Información de Nanjing (China) han propuesto un novedoso método para calcular el potencial de energía solar de los tejados a escala urbana. Mientras que los métodos tradicionales centran su cálculo en gran medida en la superficie de tejado disponible, la técnica propuesta se basa en los parámetros de instalación, así como en la viabilidad económica.
«El método evalúa la viabilidad económica de las zonas de tejado adecuadas para la instalación de paneles solares fotovoltaicos a través de la demanda de energía requerida y los tiempos de amortización, y calcula el potencial de generación de energía solar fotovoltaica de los tejados urbanos basándose en la colocación de paneles solares fotovoltaicos», explica el equipo. «Pocos estudios han tenido en cuenta la disposición real de la instalación de paneles solares FV en las evaluaciones del potencial solar FV en tejados a escala urbana».
El método propuesto consta de cuatro pasos. En primer lugar, un modelo empírico basado en la duración de la insolación utiliza datos tridimensionales para calcular la irradiancia solar en los tejados de los edificios. El segundo paso considera la disposición ideal de los paneles fotovoltaicos, calculando el rectángulo mínimo que delimita cada tejado. A continuación, se utiliza un algoritmo alimentado de la literatura científica anterior para colocar tantos paneles como sea posible, evitando los obstáculos. También se tienen en cuenta los márgenes de seguridad cerca de los bordes del tejado.
En el tercer paso, el método calcula un umbral para la irradiancia solar mínima necesaria para que los paneles solares sean económicamente viables. Los parámetros del cálculo incluyen los costos de instalación, el tiempo de amortización, la proporción de electricidad vendida a la red, la tarifa de alimentación, el precio de la electricidad, la superficie de los paneles y su eficiencia. En el cuarto y último paso se compara si la irradiancia solar recibida por cada panel fotovoltaico supera el umbral de irradiancia solar.
«Se excluyen los paneles fotovoltaicos con una irradiancia solar media inferior al umbral calculado», explica el grupo. «Este proceso da como resultado la disposición final de los paneles fotovoltaicos y la irradiancia solar correspondiente. A continuación, se aplica la eficiencia del módulo de los paneles solares fotovoltaicos para calcular la distribución potencial de la generación de energía solar fotovoltaica en tejados».
Para demostrar la novedosa técnica se realizó un estudio de caso en la ciudad de Nanjing, al este de China. Se tomaron diversos datos de teledetección, datos vectoriales y parámetros meteorológicos de fuentes como el mapa AutoNavi, el modelo digital de elevación (DEM), la NASA y la Oficina Meteorológica de Nanjing. El módulo LR5-72HPH-550 M de Longi se utilizó como referencia para los datos sobre precio, tamaño y eficiencia.
«Calculamos el umbral de irradiancia solar fijando el plazo de amortización en 10 años para garantizar que la mayoría de las ubicaciones de paneles solares fotovoltaicos sean económicamente viables», añaden los científicos. «El parámetro del escenario eléctrico se fija en 1, lo que significa que toda la generación de energía solar fotovoltaica se vende. El precio de la electricidad distribuida totalmente en red es de 0,49 yuanes/kWh (0,07 dólares/kWh) en Nanjing. El costo de un panel solar fotovoltaico es de 672 yuanes (94,8 dólares). La eficiencia del módulo es del 21,3%».
Según los resultados del nuevo método, la superficie de tejado disponible para la energía fotovoltaica en Nanjing es de 122 km2, con un potencial de 28,87 TWh de electricidad al año. Esos resultados podrían satisfacer el 39,85% de la demanda de electricidad de la ciudad en 2022, que era de 72,45 TWh. En comparación con el método tradicional de estimación del potencial solar fotovoltaico, la novedosa técnica evita sobrestimar el potencial de generación por unidad de superficie en un 13,08%.
La nueva herramienta se presentó en «Evaluating solar photovoltaic potential of buildings based on the installation parameters of photovoltaic modules» (Evaluación del potencial solar fotovoltaico de los edificios en función de los parámetros de instalación de los módulos fotovoltaicos), publicado en Solar Energy.
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