ENERGIA SOLARPotencial d'aprofitament solar en cobertes d'edificis del Pirineu

Aquest projecte, liderat per l'Observatori de la Sostenibilitat d'Andorra, caracteritza el potencial de l’energia solar fotovoltaica integrada en edificis a diferents zones del Pirineu i molt especialment a Andorra. Aquesta web aporta informació sobre el potencial energètic, la rendibilitat econòmica i els beneficis mediambientals d’hipotètiques instal·lacions d’energia solar en les cobertes dels edificis de diferents zones avaluades al llarg del Pirineu. Les primeres zones d’estudi seleccionades han estat les parròquies d’Andorra la Vella, Escaldes-Engordany, Ordino i Sant Julià de Lòria, tot i que la metodologia desenvolupada permet fer-ho extensible a altres demarcacions del Pirineu.

El projecte “Potencial d'aprofitament del recurs solar en cobertes d'edificis del Pirineu” està finançat pel Govern d’Andorra en el marc dels ajuts a la recerca de la Comunitat de Treball dels Pirineus (ACTP023-AND/2014) i realitzat en col·laboració amb l’empresa Sud Energies Renovables, la Universitat Politècnica de Catalunya i l’Oficina de l’Energia i el Canvi Climàtic d’Andorra

El potencial fotovoltaic de les cobertes de les zones d'estudi s'ha estimat mitjançant un model SIG-3D d'Andorra per tal de representar de forma acurada les zones urbanes i la topografia del seu entorn. Per la generació del model 3D s'han utilitzat dades LiDAR (Light Detection And Ranging), amb les que s'ha construït un model digital d'elevacions d'1x1 m de resolució. Tot i la precisió dels models SIG-3D, cal tenir present que els resultats mostrats en aquesta web són estimacions realitzades a gran escala. En aquest sentit, no són substitut d'un anàlisi tècnic específic realitzat per una enginyeria, sinó que pretenen ajudar a identificar zones i cobertes potencialment interessants.

En aquest document es detalla la metodologia seguida per a l'obtenció dels resultats mostrats en el mapa “Aprofitament fotovoltaic” en totes les parròquies analitzades

Considerant únicament les cobertes que ofereixen períodes de retorn inferiors als 20 anys, l'anàlisi realitzat a Ordino mostra un potencial de generació elèctrica mitjançant panells solars fotovoltaics d'uns 7,4 GWh anuals, aproximadament un 22% de la demanda elèctrica de la parròquia. Aquest valor equival al consum anual d'unes 1500 llars i permetria estalviar 26696 TCO2 en els 20 anys de vida de les instal·lacions fotovoltaiques.

A Ordino, tal com s'observa en la Fig. 1, hi predominen cobertes amb superfícies al voltant dels 100 m2 i orientacions nord-oest i oest

Nombre de cobertes segons superfície Orientacions de les cobertes
Fig. 1. Nombre de cobertes segons superfície i diagrama d'orientacions de les cobertes

Considerant únicament les cobertes que ofereixen períodes de retorn inferiors als 20 anys, l'anàlisi realitzat a Andorra la Vella mostra un potencial de generació elèctrica mitjançant panells solars fotovoltaics d'uns 36 GWh anuals, aproximadament un 22% de la demanda elèctrica de la parròquia. Aquest valor equival al consum anual de més de 7500 llars i permetria estalviar 130258 TCO2 en els 20 anys de vida de les instal·lacions fotovoltaiques.

A Andorra la Vella, tal com s'observa en la Fig. 1, hi predominen cobertes amb superfícies al voltant dels 200 m2 i orientacions nord-oest i sud-est.

Nombre de cobertes segons superfície Orientacions de les cobertes
Fig. 1. Nombre de cobertes segons superfície i diagrama d'orientacions de les cobertes

Considerant únicament les cobertes que ofereixen períodes de retorn inferiors als 20 anys, l'anàlisi realitzat a Sant Julià de Lòria mostra un potencial de generació elèctrica mitjançant panells solars fotovoltaics d'uns 10 GWh anuals, aproximadament un 15% de la demanda elèctrica de la parròquia. Aquest valor equival al consum anual d'unes 2100 llars i permetria estalviar 36079 TCO2 en els 20 anys de vida de les instal·lacions fotovoltaiques.

A Sant Julià de Lòria, tal com s'observa en la Fig. 1, hi predominen cobertes amb superfícies al voltant dels 120m2.

Nombre de cobertes segons superfície
Fig. 1. Nombre de cobertes segons superfície

Considerant únicament les cobertes que ofereixen períodes de retorn inferiors als 20 anys, l'anàlisi realitzat a Escaldes-Engordany mostra un potencial de generació elèctrica mitjançant panells solars fotovoltaics d'uns 17 GWh anuals, aproximadament un 17% de la demanda elèctrica de la parròquia. Aquest valor equival al consum anual de més de 3600 llars i permetria estalviar 62629 TCO2 en els 20 anys de vida de les instal·lacions fotovoltaiques.

A Escaldes-Engordany, tal com s'observa en la Fig. 1, hi predominen cobertes amb superfícies al voltant dels 120 m2 i orientacions nord i sud.

Nombre de cobertes segons superfície Orientacions de les cobertes
Fig. 1. Nombre de cobertes segons superfície i diagrama d'orientacions de les cobertes

En els mapes "Potencial fotovoltaic", "Consum elèctric" i "Consum vs Generació", s'observa la distribució geogràfica del potencial de generació mitjançant panells solars fotovoltaics juntament amb el consum elèctric de la parròquia. Els dos primers són a escala mensual permetent visualitzar la variabilitat estacional mentre el tercer permet identificar les zones amb major potencial en paral·lel amb les ubicacions amb consums més elevats. La Fig. 2 presentada a continuació mostra conjuntament el consum elèctric mensual de la parròquia i el potencial de generació a través d’energia solar fotovoltaica observant-se clarament la major aportació fotovoltaica els mesos d’estiu.

Perfil mensual
Fig. 2. Perfil mensual de generació fotovoltaica i consum elèctric de la parròquia d'Escaldes-Engordany (any 2014)

Val a dir que tant els mapes com la Fig. 2 únicament inclouen consums elèctrics relatius a hotels, administració i escoles degut a les dades disponibles en aquest estudi. En aquest sentit, la incorporació dels consums residencials variaria significativament la corba de consum elèctric. L'article presentat a la European PV Solar Energy Conference and Exhibition 2017 detalla la metodologia desenvolupada en el càlcul del potencial màxim de generació solar fotovoltaica.

L'energia solar és una energia renovable obtinguda a través de l'aprofitament de la radiació electromagnètica procedent del Sol. Tot i que a escala global no està entre les fonts energètiques amb una major presència, l'energia solar no tan sols té un potencial enorme, sinó que la major part de les altres energies renovables en deriven.

L'energia solar té un potencial teòric immens. La radiació que intercepta anualment sobre la Terra és més de 1.000 vegades superior a l'ús d'energia mundial però aspectes com la variabilitat temporal i geogràfica, les condicions climàtiques o la disponibilitat de terreny fan que el potencial real sigui més limitat. Tot i això, segons el Programa de Nacions Unides per al Desenvolupament, el potencial de l'energia solar és més que suficient per cobrir la totalitat de les necessitats energètiques globals fins l'any 2100.

Tal com s'observa en l'animació següent, la potència de radiació del Sol sobre la Terra és molt variable al llarg de l'any i les diferents latituds. La major presència de radiació solar en països amb un menor desenvolupament econòmic, fa que sigui vista per alguns com una solució per estimular el desenvolupament socioeconòmic de les regions més desfavorides del món.

Global solar irradiation

En la latitud en que es troben els Pirineus, la irradiació solar rebuda en 1 m2 durant un any equival aproximadament a l'energia present en un barril de petroli. Actualment, la calor i la llum del Sol poden aprofitar-se mitjançant diferents tipus de captadors obtenint energia elèctrica o tèrmica. A continuació es descriuen breument dos dels principals mètodes d'aprofitament de l'energia solar: l'energia fotovoltaica i l'energia solar tèrmica.

 

Energia solar fotovoltaica

L'energia fotovoltaica consisteix en l'obtenció d'electricitat mitjançant dispositius semiconductors (cèl·lules fotovoltaiques) que, en exitar-se per la llum procedent del Sol, donen lloc a una petita diferència de potencial entre els seus extrems. La connexió en sèrie de diferents cèl·lules formen un mòdul fotovoltaic amb el qual s'obtenen voltatges i corrents utilitzables en tot tipus d'instal·lacions.

Segons si la instal·lació està o no connectada a la xarxa elèctrica, existeixen dues formes principals d'utilització de l'energia solar fotovoltaica. Els sistemes sense connexió a xarxa són freqüents en zones aïllades i requereixen d'acumuladors d'electricitat o suport d'altres formes de generació (p. ex., un grup electrogen) per compensar les hores en que no es disposa de llum solar. En els sistemes fotovoltaics amb connexió a la xarxa, l'energia generada pot ser injectada directament a la xarxa elèctrica posant-se a disposició de tots els usuaris connectats a aquesta o bé consumir-se internament i injectar l'electricitat sobrant. En el primer dels casos, com fa qualsevol client convencional, s'utilitza la xarxa per cobrir la demanda interna d'electricitat. En el segon, únicament s'utilitza la xarxa per cobrir les hores en que la generació fotovoltaica és insuficient i, en aquests casos, se solen comptabilitzar les diferències entre l'energia emesa i l'energia injectada a la xarxa. La legislació vigent en cada territori acostuma a determinar el tipus d'instal·lació connectada a la xarxa. Per exemple, les instal·lacions fotovoltaiques existents a Andorra injecten tota la generació a la xarxa ja que la regulació actual estableix una tarifa de compra de l'electricitat generada amb fotovoltaica molt superior al cost de compra de l'electricitat com a consumidor.

© Institut Català de l'Energia

 

Energia solar tèrmica

L'aprofitament tèrmic de l'energia solar en l'àmbit domèstic consisteix en captar l'energia radiant que prové del Sol i acumular-la per poder-la subministrar quan ho exigeixi la demanda. L'ús principal en el sector residencial s'acostuma a centrar en la producció d'aigua calenta però també pot aplicar-se en altres àmbits com l'escalfament de piscines, suport a la calefacció o fins i tot en la refrigeració.

El captador és l'element principal d'un sistema solar tèrmic i s'encarrega de capturar l'energia del Sol i transformar-la en calor. Existeixen diferents tipus de captadors, dissenyats específicament segons l'ús al que estan destinats. Les aplicacions a baixa temperatura (menys de 80ºC) com la climatització de piscines, la producció d'aigua calenta sanitària o fins i tot la calefació, utilitzen principalment captadors solars plans.

© Institut Català de l'Energia

La situació energètica d'Andorra es caracteritza per una dependència gairebé total de l'exterior (>95%) i una alta supeditació als combustibles fòssils, un recurs finit i subjecte a una alta volatilitat tant en preu com en disponibilitat. En el cas de l'energia elèctrica, tan sols un 15% de la demanda nacional es generada de forma autòctona gairebé íntegrament a partir de l'energia hidroelèctrica.

L'energia solar ha demostrat tenir la capacitat de convertir àrees amb usos eminentment residencials i comercials en punts de generació energètica local. Segons una estimació del Llibre Blanc de l'Energia, cobrint l'1,1% del territori amb panells fotovoltaics permetria satisfer el consum elèctric actual d'Andorra (uns 600 GWh a l'any). En tot cas, s'ha de matisar que la legislació actual existent limita aquest tipus d'instal·lacions a les edificacions. L'any 2013 va entrar en vigor a Andorra la reglamentació que regula les instal·lacions fotovoltaiques incorporades en edificacions i que en garanteix la venda de l'energia generada (més informació a la web de Medi Ambient). Aquest Reglament representa el tret de sortida al desenvolupament de l'energia fotovoltaica al nostre país i conjuntament amb els mapes de potencial presentats a continuació s'espera que serveixin d'impuls a aquesta tecnologia econòmicament rendible i a més respectuosa amb el medi ambient. A finals de l'any 2015, Andorra disposava de 26 instal·lacions d'energia fotovoltaica connectada a la xarxa amb una potència instal·lada de 342 kWp. La legislació actual d'Andorra, la qual estableix una tarifa de compra d'entre 0,20-0,24 € el kWh d'electricitat generada, permet implementar instal·lacions fotovoltaiques amb rendibilitats molt atractives.

En el cas de l'energia solar tèrmica, és el Reglament energètic en l'edificació (BOPA 57/2010) el que regula aquestes instal·lacions. Cal tenir en compte també, el decret de modificació del d'aquest reglament aprovat recentment (BOPA 80/2015), en el qual s'exigeix que almenys el 40% de la producció d'ACS de les noves construccions ha de provenir d'energies renovables. En aquest sentit, l'energia solar tèrmica acostuma a representar una molt bona opció per assolir aquest objectiu.

L'accidentada orografia en les zones de muntanya provoca que la disponibilitat del recurs solar sigui més limitada i més heterogènia que en zones planes. En aquest sentit, els diferents casos d'estudi plantejats en aquest projecte tenen com a objectiu entendre millor la influència de la topografia i la variabilitat arquitectònica sobre el potencial solar. La metodologia implementada per extreure els mapes de potencial d'aprofitament solar de cada una de les zones s'inicia amb la creació d'un mapa digital de superfície mitjançant dades LiDAR d'alta resolució, a continuació es realitzen les simulacions per extreure la irradiació mensual (veure següent vídeo), seguidament s'extreu la irradiació incident en cada coberta i finalment es realitzen els càlculs de les instal·lacions potencials en cada coberta.

© Observatori de la Sostenibilitat d'Andorra