Energy refurbishment of buildings with new-generation hybrid photovoltaics systems and demand-side management: towards the path of net-zero energy buildings
- Autores: Giovani Almeida Dávi
- Directores de la Tesis: Estefanía Caamaño Martín (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ángel Egido Aguilera (presid.), Gustavo Nofuentes Garrido (secret.), Nuria Martín Chivelet (voc.), Enrique Larrumbide Gómez-Rubiera (voc.), Daniel Masa Bote (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Energía Solar Fotovoltaica por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Esta tesis propone una metodología de rehabilitación energética de edificios con el uso de nueva generación de sistema solar fotovoltaico híbrido combinado con estrategias de gestión de la demanda, a fin de optimizar el auto-consumo de la electricidad generada y los impactos con la red eléctrica en el marco de las reglamentaciones nacionales existentes en Brasil y España, contribuyendo para el desarrollo de Edificios de Energía Neta Cero (acrónimo en inglés, Net Zero-Energy Building - NZEB).
La metodología es basada en analices de indicadores de suministro de carga y de interacción con la red (acrónimo en inglés, Load Matching and Grid Interaction - LMGI), que caracterizan la correlación entre la generación fotovoltaica local y el consumo de la carga, así como la interacción con la red eléctrica, un importante aspecto en el panorama actual de generación distribuida. Parámetros económicos son también evaluados, como ahorros en la factura de electricidad, coste de producción de electricidad (acrónimo en inglés, Levelized Cost of Electricity - LCOE), paridad de red y tiempo de retorno de la inversión.
Las propuestas de rehabilitación de energía están basadas en simulaciones a través de varios métodos, incluyendo el estudio de consumo de electricidad típico de consumidores residenciales y comerciales. Así mismo, se realizan investigaciones de un controlador de batería basado en técnicas de gestión de la demanda (acrónimo en inglés, Demand-Side Management - DSM), como en el corte de picos de demanda de la red y en la reducción de la energía importada de la red. El trabajo realizado para validar la metodología es basado en analices de datos de alta resolución, disponibles en intervalos sub-horarios a partir de datos simulados y medidos.
La metodología ha sido validada en tres edificios diferentes bajo diferentes condiciones climáticas en Brasil y en España: un edificio residencial, llamado Casa Ekó, se analiza bajo diferentes condiciones climáticas brasileñas; un edificio comercial, llamado Gomendio, se evalúa bajo las condiciones climáticas de Madrid y, finalmente, un edificio comercial, llamado Eletrosul, se evalúa bajo las condiciones climáticas del sur de Brasil (ciudad de Florianópolis). Cada edificio investigado para rehabilitación energética se divide en diferentes casos, como escenarios sin fotovoltaica, escenarios con sistema fotovoltaico únicamente, casos con sistema fotovoltaico y sistema de almacenamiento de energía de batería (acrónimo en inglés, Battery Energy Storage System - BESS) y casos optimizados con sistema fotovoltaico, BESS y DSM. El estudio de Ekó House se realiza en dos partes: las primeras evaluaciones se realizan solo con sistema fotovoltaico (sin DSM) en cuatro ciudades de Brasil. La segunda parte incluye investigaciones en dos ciudades brasileñas (São Paulo y Brasilia) con sistema fotovoltaico híbrido (combinación de sistema fotovoltaico y BESS) y DSM. El método DSM está basado en el desplazamiento de las cargas a los períodos solares y utiliza un controlador de batería de alto nivel que gestiona los flujos de electricidad en la casa a fin de optimizar las tasas de LMGI. El estudio de caso Gomendio propone la rehabilitación energética de un edificio de oficinas siguiendo los principios de los NZEB y con el objetivo de: (1) reducir el consumo de electricidad del edificio mediante la construcción de técnicas de eficiencia energética (enfoque eficiente del sistema de iluminación); (2) introducir una integración arquitectónica de módulos fotovoltaicos en el cubierta del edificio; (3) reducir los costes en la factura de electricidad a través de la gestión inteligente del sistema FV híbrido; y (4) mejorar el rendimiento energético del edificio en términos de suministro de carga y de interacción con la red eléctrica (indicadores LMGI). El último estudio de caso (edificio Eletrosul) realiza simulaciones de un sistema fotovoltaico a gran escala aliado con DSM y hace uso del consumo anual de electricidad del edificio medido por la compañía eléctrica local. El estudio se concentra en los siguientes objetivos: (1) mejorar el rendimiento energético del edificio en términos de suministro de carga y de interacción con la red (indicadores LMGI); (2) analizar las diferencias entre dos tipos de baterías electroquímicas de alto rendimiento (plomo-ácido y de ion de litio) en términos técnicos y económicos; (3) reducir los costes en la factura de electricidad a través de la gestión inteligente del sistema FV híbrido; (4) diseñar una capacidad óptima del sistema de batería para aumentar tanto los enfoques de suministro carga como el ahorro en la factura de electricidad.
En resumen, este trabajo ha buscado evaluar el comportamiento energético de edificios proponiendo alternativas de rehabilitación energética, así como vincularlo con el contexto de las evaluaciones económicas a fin de verificar la rentabilidad de los sistemas propuestos. El estudio ha contribuido al desarrollo de NZEBs equipados con la nueva generación de sistemas fotovoltaicos híbridos y a los impactos del FV con la red en el paradigma de generación distribuida, aspectos relevantes para la disminución de los efectos del cambio climático global, expandir el uso de energías renovables que favorezcan al futuro de las redes inteligentes y de las ciudades sostenibles.
