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WO2010119155A1 - Edificación optimizada para la generación de energía solar fotovoltaica en cubierta - Google Patents

Edificación optimizada para la generación de energía solar fotovoltaica en cubierta Download PDF

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WO2010119155A1
WO2010119155A1 PCT/ES2010/070129 ES2010070129W WO2010119155A1 WO 2010119155 A1 WO2010119155 A1 WO 2010119155A1 ES 2010070129 W ES2010070129 W ES 2010070129W WO 2010119155 A1 WO2010119155 A1 WO 2010119155A1
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Juan Carlos Santaló Barrios
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HYSOGEO CLEAN ENERGIES SL
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    • E04B7/02—Roofs; Roof construction with regard to insulation with plane sloping surfaces, e.g. saddle roofs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04D—ROOF COVERINGS; SKY-LIGHTS; GUTTERS; ROOF-WORKING TOOLS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention falls within the technical sector of sustainable architecture, more specifically in the design of structures for the optimization of electrical energy production systems by capturing solar light radiation through photovoltaic systems or modules.
  • the Spanish utility model ES 1069238U describes a solar roof adapter for assembling a substantially flat solar energy collector panel with curved tiles having an arc section.
  • European patent application EP00940495 describes a solar tile comprising a removable outer panel comprising photovoltaic means and an inner support structure, the outer panel being slidably attached to the inner support structure.
  • European patent application EP99201117 illustrates a device for supporting a solar panel on an inclined roof, which also acts "practically” as a roof tile.
  • the Spanish utility model ES1026207U describes a roof covering with integrated solar collector characterized by being constituted by several layers or sheets designed in such a way that they constitute by their simple union: the thermal insulation, the solar collector, and the waterproof and decorative cover.
  • Patent ES2153796 describes a photovoltaic energy generating coating constituted from a ceramic support commonly used in outdoor construction, on whose exposed face photovoltaic cells are fixed and a transparent coating resistant to atmospheric agents is provided, and in the lower face a hermetic box is included to interconnect the photovoltaic cells of the different ceramic supports with each other.
  • the ceramic supports can be mounted forming facades, roofs or floors.
  • Patent ES2186588 describes a modular solar thermal collector for roof covers, whose purpose is to heat a thermofluid for heating applications j / o sanitary hot water, using solar energy.
  • the collector comprises prismatic trapezoidal modules designed to be fixed on roof support beams.
  • the purpose of the ES2002921 patent is to replace the solar roof of the roof of buildings composed of cavities in which reflective and other absorbent surfaces are provided on which the solar irradiation affects and in which channels through which a heat transfer liquid circulates, with a discharge pipe in the upper portion of each cavity to achieve the heating and cooling of fluids and an extraction system, by fans, of the hot air contained in these cavities.
  • This patent proposes a building whose primary objective is the use of its roof itself for the generation of photovoltaic solar energy, adapting to its configuration the different uses for which it is arranged. Unlike the buildings that are designed based on functional (aesthetic) and aesthetic criteria, efficiency in electricity production is the main criteria when building this structure, taking into account the orientation, shape and slope of the cover.
  • the building optimized for the generation of photovoltaic solar energy on the roof object of the present invention is a construction that allows the installation of electrical power generation facilities on its roof by capturing light radiation from the sun, providing the maximum ratio between available surface and installed power.
  • the roof has a variable inclination in the vertical plane, rising from the south face of the building to the north wall.
  • This arrangement has two objectives: the proper orientation of the photovoltaic collection modules that are integrated in the roof, and the self-cleaning of their surfaces when it rains.
  • the inclination or slope of the roof depends on the orography of the land, its geographical location and the urban planning regulations that govern the area where the farm is located
  • Figure 1 shows a building with a roof (1) facing south, defined by an inclined plane that rotates on a horizontal axis and in which the central point of its side closest to the ground, south side , is oriented as accurately as possible towards this cardinal point.
  • Figure 1 also shows the side façade (2), the south façade (3) and the north façade (4) of the building, as well as the South and North cardinal points that indicate the orientation of the structure.
  • Figure 2 shows a front view of the building in which the same elements are distinguished as in Figure 1, and the east and west cardinal points that define the orientation
  • Figure 3 shows the cardinal points, the deck (1) with transverse support structures or beams with respect to the south-north axis (la), beams parallel to this axis (Ib) and a lattice structure (Ic) which is based on the previous ones and in which they assemble photovoltaic collection systems (Id) (see figures 4 and 5).
  • the lateral walls (2) are observed in which some pillars (2a) are distinguished that support the weight of the roof (1) and the enclosure (2b).
  • the lateral walls (2,3,4) which close the vertical perimeter of the structure, use the pillars to structure an enclosure (2b), which can be made of different materials, according to the needs associated with the activity to which the building is intended In this case it could be a glass window or transparent methacrylate, with aluminum profiles, curtain wall type.
  • FIGS 3 and 4 show the beams (la, lb) that are made of metal or any rigid material capable of supporting the weight of the superstructure. Some are oriented from east to west (la) while the others are oriented from north to south (Ib). As can be seen in figures 3 and 4-C, the beams (la, Ib) constitute the solid base that transmits the loads to the ground through the pillars (2 a , 3a) and on which a grid structure rests Curtain wall type (Ic) ( Figure 3) of lighter material consisting of slats that cross perpendicularly, form equal rectangles.
  • Ic Curtain wall type
  • This superstructure has a profile, and therefore weight, much smaller than the beams, since it is designed to integrate in each of the rectangular spaces that form the grid (Ic) a photovoltaic solar collection module (Id) ( Figures 4 and 5) and will not support more loads than these, weather agents, poultry fauna and maintenance personnel through service corridors.
  • Figure 4 shows a breakdown in layers of the building, which distinguishes: the skeleton of the structure formed by the pillars (2a, 3a) that support the weight of the transverse beams (la) and longitudinal (Ib) ( Figure 4-C); the grid structure (Ic) of the roof (1) and the walls of the south (3a) and lateral (2a) facades ( Figure 4-B); and, the set of photovoltaic modules (Id) that are installed as a top enclosure ( Figure 4-A and Figure 3).
  • Figure 5 represents a perspective view of a building in which the roof (1) does not have a rectangle or square shape, therefore there are several west facing walls (2) and the south facade (3) is divided in three modules.
  • Figures 3 to 5 show a graphic representation of the cardinal points that determine the preferred orientation of the building roof
  • the slope of the roof is defined by the urban requirements of the building area, it will always try to approximate the optimum inclination of the photovoltaic modules, respecting the maximum allowed height of the building. For this, the slope of the land on which it is built must also be taken into account.
  • the uses of the building object of the present invention vary, from greenhouses for the cultivation of plants, fruits and vegetables, to animal hatcheries and bird flyers, through industrial, storage and logistics warehouses, or homes and buildings public

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Abstract

Edificación optimizada para la generación de energía solar fotovoltaica en cubierta (1). La finalidad es la de obtener un máximo aprovechamiento de la superficie útil de la cubierta (1) para la generación de la mayor cantidad de energía eléctrica posible mediante sistemas de captación de energía solar (1d) integrados en dicha cubierta (1), adaptándose a esta configuración los diferentes usos que de la edificación se planeen La edificación comprende una cubierta (1) con forma de plano inclinado cuyo eje horizontal es lo más perpendicular a la línea sur-norte posible, orientándose hacia el sur en su lado más próximo al suelo. La pendiente de esta cubierta está condicionada por la orografía del terreno y por la normativa urbanística, y se aproxima en lo posible a la inclinación óptima de los sistemas de captación solar fotovoltaica (1d).

Description

[1] EDIFICACIÓN OPTIMIZADA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA EN CUBIERTA [2] SECTOR DE LA TÉCNICA
[3] La presente invención se encuadra en el sector técnico de la arquitectura sostenible, más concretamente en el diseño de estructuras para la optimizaciάi de sistemas de producción de energía eléctrica por captación de radiación lumínica solar mediante sistemas o módulos foto voltaicos.
[4] ESTADO DE LA TÉCNICA
[5] Actualmente se realiza la integración de módulos solares fotovoltaicos en diferentes elementos estructurales ya construidos, o bien no construidos a tal efecto: cubiertas como en las solicitudes de patentes europeas E93903015 y E96909475 y fachadas de edificaciones, estructuras publicitarias como las de la patente DE19970122201055, marquesinas de aparcamientos, vehículos como en el modelo de utilidad español U 1008471, y otros elementos.
[6] Así, el modelo de utilidad español ES 1069238U describe un adaptador para techo solar para ensamblar un panel captador de energía solar sustancialmente plano con tejas curvas que tengan una sección en arco. La solicitud de patente europea EP00940495 describe una teja solar que comprende un panel exterior extraíble que comprende medios fotovoltaicos y una estructura interior de soporte, estando el panel exterior unido de manera deslizante a la estructura interior de soporte.
[7] La solicitud de patente europea EP99201117 ilustra un dispositivo para soportar un panel solar sobre una cubierta inclinada, el cual actúa también 'prácticamente' como teja para la cubierta.
[8] En el modelo de utilidad español ES1026207U se describe una cubierta para tejados con colector solar integrado caracterizada por estar constituida por varias capas o laminas diseñadas de tal forma que constituyen por su simple unión: el aislamiento térmico, el colector solar, y la cubierta impermeable y decorativa.
[9] La patente ES2153796 describe un revestimiento generador de energía fotovoltaica constituido a partir de un soporte cerámico de los empleados habitualmente en construcción de exteriores, en cuya cara vista se fijan células foto voltaicas y se dispone un recubrimiento transparente resistente a los agentes atmosféricos, y en la cara inferior se incluye una caja hermética para interconectar las células foto voltaicas de los diferentes soportes cerámicos entre sí. Los soportes cerámicos se pueden montar formando fachadas, tejados o solados.
[10] En la patente ES2186588 se describe un colector solar térmico modular para cubiertas de tejados, cuya finalidad es la de realizar el calentamiento de un termofluido para aplicaciones de calefacción j/o agua caliente sanitaria, aprovechando la energía solar. El colector comprende unos módulos prismáticos de planta trapezoidal destinados a fijarse sobre unas vigas de soporte del tejado.
[11] La patente ES2002921 tiene por objeto una cubierta solar sustitutiva del tejado de edificios integrada por cavidades en las que se han previsto unas superficies reflectoras y otras absorbentes sobre las que incide la irradiación solar y en las que se han incluido canales por los que circula un liquido caloportador, con una tubería de vertido en la porción superior de cada cavidad para conseguir el calentamiento y refrigeración de fluidos y un sistema de extracción, por ventiladores, del aire caliente contenido en estas cavidades.
[12] Dadas las limitaciones espaciales para la instalación de sistemas de producción fotovoltaica en las cubiertas de edificaciones, sería deseable poder realizar instalaciones optimizando el aprovechamiento de la superficie de las cubiertas pudiendo instalar así la mayor potencia posible que permita la técnica.
[13] La presente patente propone una edificación cuyo objetivo primario es el aprovechamiento de su cubierta misma para la generación de energía solar fotovoltaica, adaptáidose a su configuración los diferentes usos para los que sea dispuesta. Al contrario que las edificaciones que se diseñan en base a criterios funcionales (de su actividad) y estéticos, la eficiencia en la producción eléctrica es el criterio principal a la hora de construir esta estructura, atendiendo a la orientación, la forma y la pendiente de la cubierta.
[14] DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
[15] La edificación optimizada para la generación de energía solar fotovoltaica en cubierta objeto de la presente invención es una construcción que permite implementar en su cubierta instalaciones de generación de energía eléctrica mediante captación de radiación lumínica del sol, proporcionando el máximo ratio entre superficie disponible y potencia instalada.
[16] Está basada en tres aspectos que definen su diseño:
[17] 1. - La cubierta se estructura en un solo plano, inclinado en un eje horizontal
(cubierta a un agua). Lo que no significa que tenga que presentar una forma rectangular o regular.
[18] 1. - La cubierta está orientada con su parte más próxima al suelo en dirección Sur cuando la instalación se encuentra en el hemisferio norte, minimizando al máximo la desviación de su centro respecto a este punto cardinal.
[19] 1. - El cierre superior de la estructura o cubierta es el propio sistema de captación fotovoltaica.
[20] Independientemente de las paredes o cerramientos, la cubierta presenta una inclinación variable en el plano vertical, ascendiendo desde la cara sur de la edificación hasta la pared norte. Esta disposición tiene dos objetivos: la adecuada orientación de los módulos de captación fotovoltaica que se encuentran integrados en la cubierta, y la auto-limpieza de sus superficies cuando llueve.
[21] De este modo también se consigue instalar el mayor número de paneles de forma eficiente en la cubierta.
[22] La inclinación o pendiente de la cubierta depende de la orografía del terreno, de su ubicación geográfica y de la normativa urbanística que rige la zona en la que se ubica la explotación
[23] En base al uso que se vaya a hacer del edificio, se construirá usando materiales diferentes, tanto en la cubierta como en los paramentos, columnas, y demás elementos estructurales.
[24] La instalación de paneles integrados, se realiza utilizando los propios sistemas de captación fotovoltaicos como elemento cobertor, o cierre superior de la estructura. En este caso, dependiendo de las necesidades de la instalación, esta cubierta fotovoltaica puede o no permitir el paso de luz, instalando sistemas semitransparentes o jugando con zonas transparentes, translúcidas y opacas. Además, para proteger estos sistemas de agentes procedentes del interior (gases, agentes corrosivos, móviles sólidos, etc.) puede llevar una capa interna, o una malla que los proteja de impactos (pabellones deportivos y similares).
[25] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[26] Para mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos, en los que, a título de ejemplo, se representa un caso práctico de realización de la invención
[27] 1. - Figura 1: vista de alzado lateral de la edificación objeto de la presente invención
[28] 1. - Figura 2: vista frontal de la edificación objeto de la presente invención
[29] 1. - Figura 3: vista de una en perspectiva superior de la edificación
[30] 1. - Figura 4: vistas de una perspectiva superior de los desgloses de capas constitutivas de la edificación [31] 1. - Figura 5: vista de una perspectiva superior de la edificación con una representación gráfica de los puntos cardinales que determinan su orientación
[32] DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
[33] A continuación se detalla una realización preferente de la invención, que habrá de entenderse en sentido amplio y no limitativo.
[34] En la figura 1 se observa una edificación con una cubierta (1) orientada hacia el sur, definida por un plano inclinado que rota sobre un eje horizontal y en el cual el punto central de su lado más próximo al suelo, lado sur, está orientado lo más exactamente posible hacia este punto cardinal. En la figura 1 se observa también la fachada lateral o paramento (2), la fachada sur (3) y la fachada norte (4) de la edificación, así como los puntos cardinales Sur y Norte que indican la orientación de la estructura.
[35] En la figura 2 se representa una vista frontal de la edificación en la que se distinguen lo mismos elementos que en la figura 1, y los puntos cardinales Este y Oeste que definen la orientación
[36] En la figura 3 se representa los puntos cardinales, la cubierta (1) con unas estructuras o vigas de soporte transversales respecto al eje sur-norte (la), unas vigas paralelas a este eje (Ib) y una estructura de enrejillado (Ic) que se apoya sobre las anteriores y en la que ensamblan sistemas de captación fotovoltaica (Id) (ver figura 4 y 5). En la fachada oeste de la edificación se observan los paramentos laterales (2) en los que se distinguen unos pilares (2a) que soportan el peso de la cubierta (1) y el cerramiento (2b). También se observa la fachada sur (3) con pilares (3a) que también soportan parte del peso de la cubierta (1) y el cerramiento (3b).
[37] Los paramentos laterales (2,3,4), que cierran el perímetro vertical de la estructura, se sirven de los pilares para estructurar un cerramiento (2b), que puede ser de diferentes materiales, según las necesidades asociadas a la actividad a la que se destina la edificación En este caso podría ser ventanal de cristal o metacrilato transparente, con perfilería de aluminio, tipo muro cortina.
[38] En las figuras 3 y 4 se observan las vigas (la,lb) que estái constituidas de metal o cualquier material rígido capaz de soportar el peso de la superestructura. Unas se orientan de este a oeste (la) mientras las otras lo hacen de norte a sur (Ib). Como se observa en las figuras 3 y 4-C, las vigas (la, Ib) constituyen la base sólida que transmite las cargas al suelo a través de los pilares (2a,3a) y sobre las que se apoya una estructura de enrejillado de tipo muro cortina (Ic) (figura 3) de material más ligero constituido por listones que se cruzan perpendicularmente, forma rectángulos iguales. [39] Esta superestructura tiene un perfil, y por tanto peso, mucho menor que las vigas, ya que está diseñado para integrar en cada uno de los espacios rectangulares que forman el enrejillado (Ic) un módulo de captación solar fotovoltaica (Id) (figura 4 y 5) y no va a soportar más cargas que éstos, los agentes meteorológicos, fauna avícola y el personal de mantenimiento a través de pasillos de servicio.
[40] En la figura 4 se representa un desglose en capas de la edificación, en la que se distingue: el esqueleto de la estructura formada por los pilares (2a,3a) que soportan el peso de las vigas transversales (la) y longitudinales (Ib) (figura 4-C); la estructura de enrejillado (Ic) de la cubierta (1) y los cerramientos de las fachadas sur (3a) y lateral (2a) (figura 4-B); y, el conjunto de módulos fotovoltaicos (Id) que se instalan a modo de cerramiento superior (figura 4-A y figura 3).
[41] La figura 5 representa una vista en perspectiva de una edificación en la que la cubierta (1) no presenta forma de rectángulo o cuadrado, existiendo por ello varios paramentos orientados al oeste (2) y la fachada sur (3) está dividida en tres módulos.
[42] En las figuras 3 a 5 aparece una representación gráfica de los puntos cardinales que determinan la orientación preferida de la cubierta de la edificación
[43] La pendiente de la cubierta viene definida por los requerimientos urbanísticos de la zona de edificación, se tratará siempre de aproximarse a la inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos, respetando la altura máxima permitida del edificio. Para ello también se debe tener en cuenta la pendiente del terreno sobre el que se edifica.
[44] Los usos de la edificación objeto de la presente invención varían, desde invernaderos para el cultivo de plantas, frutas y hortalizas, hasta criaderos de animales y voladeros de aves, pasando por naves industriales, de almacenaje y logística, o viviendas y edificios públicos.
[45] En la presente realización preferente se ha descrito una integración pura en un edificio de nueva construcción, si bien también se puede realizar una superposición de los dispositivos fotovoltaicos sobre una cubierta convencional, respetando el resto de los parámetros.
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Figure imgf000007_0001
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*\ [55]

Claims

^í1^
[1] Edificación con máximo aprovechamiento de la superficie útil de su cubierta (1) para la generación de la mayor cantidad de energía eléctrica posible mediante sistemas de captación de energía solar (Id), adaptáidose a esta configuración los diferentes usos que de la edificación se planeen, caracterizada porque dicha cubierta (1) forma un plano inclinado que rota sobre un eje horizontal lo más perpendicular a la línea sur-norte posible con una pendiente tendiente a aproximarse lo mas posible a la inclinación óptima de dichos sistemas de capatacion de energía solar (Id) consistentes en módulos foto voltaicos integrados en dicha cubierta (Id) e instalados a modo de cerramiento superior de dicho edificio.
[2] Edificación, según la reivindicación 1, caracterizada porque, dichos módulos foto voltaicos (Id) estando ensamblados en una estructura de enrejillado (Ic) apoyada en unas vigas de soporte transversales (la) y unas vigas de soporte longitudinales (Ib). Puede colocarse sobre una cubierta convencional de panel sáidwich o chapa trapezoidal.
[3] Edificación según la reivindicación anterior, caracterizada porque dicha estructura de enrejillado (Ic) está formada por listones que se cruzan perpendicularmente formando espacios rectangulares alojando cada uno de los mismos un módulo de captación solar fotovoltaica (Id).
[4] Edificación, según la reivindicación 1, caracterizada porque, dichos módulos foto voltaicos (Id) estando ensamblados en una cubierta de panel sáidwich
[5] Edificación, según la reivindicación anterior, caracterizada porque, dichos módulos foto voltaicos (Id) estando ensamblados en una cubierta de chapa trapezoidal.
[6] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por comprender unos paramentos laterales (2,3) constituidos por pilares (2a,3a) y cerramientos (2a,2b).
[7] Edificación según la reivindicación anterior, caracterizada porque dichos pilares (2a,3a) soportan el peso de las vigas transversales (la) y longitudinales (Ib).
[8] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizada porque dichos paramentos laterales (2,3,4) son de tipo cortina comprendiendo ventanales de cristal o metacrilato transparente con perfilaría de aluminio. [9] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha cubierta está orientada hacia el sur en su lado más próximo al suelo en el hemisferio norte. [10] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque dicha cubierta está orientada hacia el norte en su lado más próximo al suelo en el hemisferio sur. [11] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la superficie interior de la cubierta está revestida de material aislante. [12] Edificación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cubierta (1) presenta zonas de paso de luz en las que no se ha instalado un módulo foto voltaico (Id).
PCT/ES2010/070129 2009-04-17 2010-03-08 Edificación optimizada para la generación de energía solar fotovoltaica en cubierta Ceased WO2010119155A1 (es)

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