El potencial completo de la integración de la tecnología de recolección solar en todas las superficies de los edificios sigue sin explotarse en Europa. Para avanzar en ello ha trabajado el proyecto europeo Envision, que ha desarrollado soluciones para la generación de energía solar completamente integrada en los edificios, de una manera estéticamente agradable y eficiente desde el punto de vista energético. El proyecto creó un concepto de rehabilitación de edificios que integra la generación de energía solar en todas las superficies, transparentes y opacas.
Según los investigadores del proyecto, en la Unión Europea hay alrededor de 60.000 millones de m2 de superficies de fachada sin usar disponibles y una cantidad similar de espacio en los tejados donde se podría generar energía solar. El proyecto Envision desarrolló varias soluciones para extraer la energía solar y el calor de toda la superficie de los edificios: fachadas, tejados e incluso ventanas.
Envision ha contado con cerca de 4,9 millones de euros de financiación de fondos europeos del programa Horizonte 2020, y ha sido coordinado por TNO (Países Bajos). El consorcio ha estado integrado por 13 socios de Países Bajos, Alemania, Reino Unido, Francia, Italia y Polonia, involucrando a todas las partes interesadas de la cadena de valor completa, desde viviendas sociales hasta fabricantes de materiales.
Aprovechamiento total de la energía solar en el entorno construido
En primer lugar, el proyecto se centró en elementos de fachada invisibles capaces de absorber el calor solar. Después se desarrolló un concepto de fachada fotovoltaica modular y flexible con un sistema de montaje a presión, y también se probaron y validaron soluciones para el vidrio.
Los sistemas de calefacción central existentes fueron reemplazados por bombas de calor eficientes y sostenibles, alimentadas con electricidad generada a partir de paneles solares. Se llevaron a cabo demostraciones a gran escala de este sistema integrado en varios edificios residenciales y de oficinas.
Los resultados de estas demostraciones subrayan los posibles beneficios económicos y ambientales del aprovechamiento total de la energía solar en y para el entorno construido. El equipo del proyecto estima que la tecnología podría amortizarse en siete años o menos.
Concepto del proyecto Envision
El proyecto Envision ha demostrado un concepto de renovación total que, por primera vez, aprovecha la energía de todas las superficies del edificio, transparentes y opacas. Se centra en la captación de energía de la fachada y funciona absorbiendo la parte invisible de la radiación solar, la parte del infrarrojo cercano (NIR), que constituye aproximadamente el 50% del espectro de energía solar, lo que permite conservar los aspectos visibles.
La recolección de energía solar Envision se logra a través de elementos de fachada no transparentes y estéticamente agradables que recogen el calor mediante la captación de la radiación solar NIR; vidrio ventilado de recolección de calor; y soluciones de acristalamiento fotovoltaico.
El proyecto Envision ha desarrollado cuatro tecnologías, tanto para la parte opaca como para la parte transparente de las fachadas de los edificios: colectores de calor solar basados en el uso de recubrimientos coloreados que absorben NIR; colectores de calor solar cubiertos mediante vidrios transparentes NIR de colores; la ventana ventilada inteligente provista de una solución de vidrio ventilado que recoge el calor de la parte infrarroja de la radiación solar; y el vidrio BIPV con apariencia transparente y eficiencia mejorada que recolecta electricidad de la parte fotovoltaica del vidrio.
Demostraciones en el norte y sur de Europa
Se rehabilitaron varias viviendas en Eindhoven y Helmond, en Países Bajos. Estos edificios fueron provistos de aislamiento de tejado, paneles solares, una bomba de calor, y una fachada de captación de calor, capaz de absorber un nivel significativo de calor procedente de la radiación solar. La energía recolectada se utilizó para calentar las casas y proporcionar agua caliente.
En Helmond, tres viviendas se equiparon con paneles solares en el tejado, elementos de fachada que recolectan calor y una bomba de calor. En las otras tres ubicaciones de demostración del norte en Eindhoven, se construyó un cobertizo de jardín de energía, junto a los paneles solares en el tejado de la casa. Los cobertizos de energía se construyeron con elementos de techo y fachada que recolectan calor, además de estar equipados con una bomba de calor.
Para ambos sitios de demostración holandeses, el concepto es similar: los paneles solares generan electricidad que se utiliza para operar la bomba de calor, que recolecta calor de la fachada de la vivienda y el cobertizo, respectivamente. La energía generada se utiliza para calentar eficientemente la vivienda, equipada con un sistema de ventilación adecuado y bien aislada para evitar pérdidas de calor innecesarias.
El objetivo de la demostración holandesa fue demostrar que la combinación de paneles solares, bomba de calor y elementos de fachada pueden dar como resultado edificios estéticamente agradables con energía neutra o energía positiva, y alejarse del gas natural como fuente de calor.
La demostración a gran escala de ventanas de recolección de energía se realizó en edificios de oficinas en Bischofshofen (Austria) y Enschede (Países Bajos).
La intervención tuvo como objetivo la rehabilitación de la fachada frontal de NSG – Pilkington, ubicada en Austria. Las ventanas existentes fueron reemplazadas por Pilkington SunplusTM BIPV Vision que, como solución transparente, está cubierta solo parcialmente con franjas de células solares y garantiza una buena conexión visible con el mundo exterior. Para las piezas de enjuta, se utilizó Pilkington SunplusTM BIPV Spandrel, completamente cubierto por la tecnología de banda de células solares.
La nueva fachada no solo garantiza un rendimiento térmico óptimo (Ug= 0,65W/m2K) sino que también permite la generación de electricidad.
Por otro lado, en el sur de Europa, se desarrollaron y probaron sistemas en el campus de la Universidad de Génova (Italia), para distribuir de forma inteligente la energía solar y el calor generados, tanto a nivel de edificio como de red, para incluir redes y sistemas de calefacción existentes.
Esta demostración se llevó a cabo en el campus de la Universidad de Savona (una de las sedes de la Universidad de Génova) donde ya estaba instalada una microrred inteligente de poligeneración para suministrar energía eléctrica y térmica con una red de calefacción urbana a los edificios del campus.
El sitio de demostración del sur de Europa integró los paneles de recolección Envision y una innovadora bomba de calor de alta eficiencia con el objetivo de probar el rendimiento de las soluciones de Envision y su integración con otros dispositivos en una especie de microrred. La disminución del consumo de energía primaria, el aumento de las energías renovables y una mejor eficiencia energética ayudarán significativamente a reducir el impacto ambiental de los edificios.
Energía solar en todas las superficies del edificio
Con la demostración de estas soluciones, en el marco del proyecto Envision se desarrolló un concepto de renovación completa que, por primera vez, aprovecha la energía de todas las superficies del edificio. Estas soluciones recogen cantidades máximas de energía solar, al mismo tiempo que conservan las propiedades estéticas y funcionales de la fachada.
La fachada de recuperación de calor del proyecto se ha introducido en el mercado a través de la empresa conjunta Calosol. El vidrio fotovoltaico, desarrollado por otro socio del proyecto, saldrá al mercado en breve.
Aunque el proyecto acabó oficialmente en septiembre de 2022, tras cinco años de investigación, el equipo del proyecto Envision ahora busca aplicar su tecnología con socios en futuros proyectos de rehabilitación y nueva construcción. La posibilidad de conectar los elementos de fachada y ventanas de captación de calor con una red de calefacción urbana se investigará más a fondo en el futuro.