Study of the potential for the implementation of photovoltaic systems on facades and roofs at the Universitat Politècnica de Valencia

Abstract

[ES] A lo largo de los años, y más expresamente en la actualidad, se está realizando la transición hacia el uso de energías renovables en sustitución de los combustibles fósiles. Los sistemas fotovoltaicos se incluyen dentro de los medios para obtener esta energía renovable. El presente TFM incluye el diseño de un sistema fotovoltaico en todo el campus de Vera de la UPV con el que se intenta cubrir el mayor porcentaje posible de demanda energética. Para la implementación de los módulos se van a utilizar las cubiertas de los edificios permitiendo paneles fotovoltaicos con una inclinación determinada que optimice la generación de energía y, como complemento, se va a utilizar sistemas fotovoltaicos integrados en las fachadas este, oeste y sur de los edificios. Se ha realizado una revisión del estado del arte mediante el cual se observa la tecnología disponible en la actualidad, y cuáles son los principales desafíos que los paneles fotovoltaicos integrados en fachadas presentan. Una vez terminado, se pasa a la parte de diseño y simulaciones donde se calcula y diseña todo lo relacionado con las características de los paneles: la orientación, el número, el modelo, el tamaño, disposición, inversor, entre otros. Por otro lado, se suprime el uso de las fachadas orientadas hacia el norte debido, como se ve en el trabajo, a que son las menos eficientes. Todas las simulaciones del sistema fotovoltaico se realizan mediante el uso del software ¿SAM¿. Se han desarrollado dos escenarios energéticos para el sistema, el primero consiste en simular el uso de cubiertas y fachadas con tres orientaciones diferentes, con una potencia instalada total de 15 MW, divididas entre 6.3 MW en las cubiertas, 2.58 MW en las fachadas este, 3.46 en las fachadas sur y 2.68 en las fachadas oeste. En este escenario, se ha llevado a cabo un estudio de sensibilidad económica, variando los precios de venta de energía del OMIP según la proyección futura. El modelo elegido como el más representativo propone una disminución en el precio de venta de energía según la tendencia del OMIP, pasando de los actuales 91.15 €/MWh a 42.95 €/MWh proyectado para 2032 y hasta 2047. En este contexto, la inversión inicial asciende a 13,101,523.32 €, con un período de retorno de 5.8 años y una tasa interna de retorno del 5.71%. El segundo escenario corresponde al modelo de tendencia económica obtenido previamente, simulando el sistema y excluyendo las fachadas Oeste debido a su baja eficiencia energética. En este caso, la inversión inicial se reduce a 10,801,691.15 €, con un período de retorno de 4.9 años y una tasa interna de retorno del 14.41%. Finalmente, después de completar el modelo total en "SAM", se lleva a cabo un análisis del estudio de reducción de emisiones de CO2 en ambos escenarios, así como el presupuesto específico del sistema y de la investigación del trabajo.

[EN] Over the years, and more specifically nowadays, the transition towards the use of renewable energies to replace fossil fuels is taking place. Photovoltaic systems are included among the means to obtain this renewable energy. This TFM includes the design of a photovoltaic system throughout the Vera campus of the UPV with which it is intended to cover the highest possible percentage of energy demand. For the implementation of the modules, the roofs of the buildings will be used allowing photovoltaic panels with a certain inclination to optimize energy generation and, as a complement, integrated photovoltaic systems will be used on the east, west and south facades of the buildings. A review of the state of the art has been carried out to see what technology is currently available, and what are the main challenges that facade-integrated photovoltaic panels present. Once finished, we move on to the design and simulations part where everything related to the characteristics of the panels is calculated and designed: orientation, number, model, size, layout, inverter, among others. On the other hand, the use of north-facing facades is eliminated because, as seen in the work, they are the least efficient. All simulations of the photovoltaic system are carried out using the "SAM" software. Two energy scenarios have been developed for the system, the first one consists of simulating the use of roofs and facades with three different orientations, with a total installed power of 15 MW, divided between 6.3 MW on the roofs, 2.58 MW on the east facades, 3.46 on the south facades and 2.68 on the west facades. In this scenario, an economic sensitivity study has been carried out, varying the OMIP energy sales prices according to the future projection. The model chosen as the most representative one proposes a decrease in the energy selling price according to the OMIP trend, from the current 91.15 €/MWh to 42.95 €/MWh projected for 2032 and until 2047. In this context, the initial investment amounts to 13,101,523.32 €, with a payback period of 5.8 years and an internal rate of return of 5.71%. The second scenario corresponds to the economic trend model obtained previously, simulating the system and excluding the West facades due to their low energy efficiency. In this case, the initial investment is reduced to 10,801,691.15 €, with a payback period of 4.9 years and an internal rate of return of 14.41%. Finally, after completing the total model in "SAM", an analysis of the CO2 emission reduction study in both scenarios is carried out, as well as the specific budget of the system and the research work.

[CAT] Al llarg dels anys, i més expressament en l'actualitat, s'està realitzant la transició cap a l'ús d'energies renovables en substitució dels combustibles fòssils. Els sistemes fotovoltaics s'inclouen dins dels mitjans per a obtenir aquesta energia renovable. El present TFM inclou el disseny d'un sistema fotovoltaic en tot el campus de Vera de la UPV amb el qual s'intenta cobrir el major percentatge possible de demanda energètica. Per a la implementació dels mòduls s'utilitzaran les cobertes dels edificis permetent panells fotovoltaics amb una inclinació determinada que optimitzi la generació d'energia i, com a complement, s'utilitzarà sistemes fotovoltaics integrats en les façanes aquest, oest i sud dels edificis. S'ha realitzat un una revisió de l'estat de l'art mitjançant el qual s'observa la tecnologia disponible en l'actualitat, i quins són els principals desafiaments que els panells fotovoltaics integrats en façanes presenten. Una vegada acabat, es passa a la part de disseny i simulacions on es calcula i dissenya tot el relacionat amb les característiques dels panells: l'orientació, el número, el model, la grandària, disposició, inversor, entre altres. D'altra banda, se suprimeix l'ús de les façanes orientades cap al nord degut, com es veu en el treball, al fet que són les menys eficients. Totes les simulacions del sistema fotovoltaic es realitzen mitjançant l'ús del programari “SAM”. S'han desenvolupat dos escenaris energètics per al sistema, el primer consisteix a simular l'ús de cobertes i façanes amb tres orientacions diferents, amb una potència instal·lada total de 15 MW. En aquest escenari, s'ha dut a terme un estudi de sensibilitat econòmica, variant els preus de venda d'energia del OMIP segons la projecció futura. El model triat com el més representatiu proposa una disminució en el preu de venda d'energia del OMIP, passant dels actuals 91.15 €/MWh a 42.95 €/MWh projectat per a 2032 i fins a 2047. En aquest context, la inversió inicial ascendeix a 13,101,523.32 €, amb un període de retorn de 5.8 anys i una taxa interna de retorn del 5.71%. El segon escenari correspon al model de tendència econòmica obtingut prèviament, simulant el sistema i excloent les façanes Oest a causa de la seva baixa eficiència energètica. En aquest cas, la inversió inicial es redueix a 10,801,691.15 €, amb un període de retorn de 4.9 anys i una taxa interna de retorn del 14.41%. Finalment, després de completar el model total en "SAM", es duu a terme una anàlisi de l'estudi de reducció d'emissions de CO₂ en tots dos escenaris, així com el pressupost específic del sistema i de la recerca del treball.