Científicos de la Universidad Tecnológica de Durban en Sudáfrica han investigado los ángulos de inclinación óptimos para integrar sistemas fotovoltaicos en edificios de bajo costo.
«En el Sur Global (SG), el acceso a electricidad asequible y confiable sigue siendo un desafío, particularmente en viviendas de bajos ingresos. La energía solar fotovoltaica surge como la opción renovable más adecuada, aprovechando la alta irradiancia solar y la escalabilidad para satisfacer las necesidades energéticas rurales y urbanas», dijo el equipo. «Este estudio se centra en cerrar las brechas de acceso energético, asequibilidad y sostenibilidad en viviendas de bajos ingresos evaluando fuentes de electricidad limpia, sus limitaciones y su idoneidad para integrarse en proyectos habitacionales sostenibles y rentables».
El grupo desarrolló un modelo computacional usando el software de simulación PVSOL, en el que investigaron el rendimiento fotovoltaico bajo diversas condiciones. El sistema fue simulado para operar en una zona rural del sur de Nigeria.
Para el escenario experimental, la irradiancia medida fue de 140 a 165 kWh/m²/mes, con una irradiancia horizontal global (GHI) de 1926,01 kWh/m²/año y una temperatura promedio de 25,9 °C. Se asumió que la vivienda tenía un techo a dos aguas con un área de 140 m² y una familia de cinco personas, con un consumo de 5,000 kWh/año. El techo podía acomodar módulos fotovoltaicos de 80 W a 300 W, con 40 módulos en su lado norte y 40 en su lado sur. La capacidad total era de 24 kW.
Según los investigadores, una inclinación de 25° es el mínimo requerido para crear espacio para 80 módulos fotovoltaicos. Por lo tanto, el ángulo de inclinación del techo se simuló en un rango de 25° a 45°. Además, los investigadores consideraron casos en los que los módulos se instalan en un solo lado del techo (ya sea el norte o el sur) o en ambos.
«La inclinación del techo influye en el área utilizable para la instalación fotovoltaica, particularmente en techos empinados. La inclinación teórica óptima para la producción de energía en esta ubicación es aproximadamente 5,67°. Sin embargo, una inclinación de 25° permite suficiente espacio para 80 paneles (de 300 W cada uno) para alcanzar la capacidad diseñada de 24 kW», afirmaron los académicos.
Se encontró que los techos orientados al sur reciben un 8% más de radiación solar (1,845.93 kWh/m²) que los techos orientados al norte (1,710.12 kWh/m²), aunque los techos orientados al norte lograron un índice de rendimiento ligeramente superior (87.04% frente a 86.09%). Además, el grupo encontró que la generación de energía fue mayor en el techo orientado al sur con 19,082.96 kWh/año, lo que representa un 6.8% más que los 17,873.97 kWh/año del techo orientado al norte.
Además, las simulaciones mostraron que el sistema evita aproximadamente 18,703 kg de emisiones de CO2 por vivienda anualmente, totalizando 1,870,300 kg/año para un conjunto residencial de 100 unidades. Debido a esto, el equipo recomendó que los responsables políticos en el Sur Global exijan sistemas fotovoltaicos en techos de viviendas de bajo costo.
«Priorizar la orientación de los paneles hacia el sur para maximizar la exposición a la radiación solar», concluyeron los investigadores. «Cuando se utilice montaje en ambos lados, asegúrese de una mayor utilización de la capacidad del techo orientado al sur. Esto puede incorporarse en el plan de construcción durante las etapas de diseño y distribución».
Sus hallazgos fueron presentados en «Integrating rooftop PV system in low-cost building plan: A pathway to improving energy access and environmental sustainability» (Integración de sistemas fotovoltaicos en techos en planes de edificios de bajo costo: un camino para mejorar el acceso a la energía y la sostenibilidad ambiental), publicado en Energy & Buildings.
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