Actualmente, la mayoría de las personas se centran en la reducción de carbono en edificios permanentes. Sin embargo, existen pocas investigaciones sobre medidas de reducción de carbono para edificios temporales en obras de construcción. Los departamentos de proyectos en obras con una vida útil inferior a 5 años suelen utilizar casas modulares reutilizables, que permiten reducir el desperdicio de materiales de construcción y las emisiones de carbono.
Para reducir aún más las emisiones de carbono, este proyecto desarrolla un sistema fotovoltaico modular giratorio para el proyecto de vivienda modular reversible, que proporciona energía limpia durante su funcionamiento. Este sistema se instala en el edificio temporal del departamento de proyecto de la obra. El soporte fotovoltaico estandarizado y el diseño del sistema se realizan de forma modular, y el diseño integrado se lleva a cabo con un módulo de unidad específico para formar un producto técnico integrado, modular, desmontable y giratorio. Este producto mejora la eficiencia del consumo energético del departamento de proyecto mediante la tecnología flexible de almacenamiento solar directo, reduce las emisiones de carbono durante el funcionamiento de los edificios temporales en la obra y proporciona apoyo técnico para la consecución del objetivo de edificios con emisiones de carbono casi nulas.
La energía distribuida es un método de suministro energético que integra la producción y el consumo de energía en las instalaciones del usuario, lo que reduce las pérdidas durante la transmisión. Los edificios, como principales consumidores de energía, utilizan la energía fotovoltaica generada en sus tejados para lograr el autoconsumo, lo que impulsa el desarrollo del almacenamiento de energía distribuida y contribuye al cumplimiento del doble objetivo nacional de reducción de emisiones de carbono y a la propuesta del 14.º Plan Quinquenal. El autoconsumo energético en los edificios puede potenciar el papel del sector de la construcción en el logro de los objetivos nacionales de reducción de emisiones de carbono.
Este documento estudia el efecto del autoconsumo de la generación de energía fotovoltaica en edificios temporales en obras de construcción y explora el efecto de reducción de carbono de la tecnología fotovoltaica modular. Este estudio se centra principalmente en el departamento de proyectos de viviendas modulares en obras de construcción. Por un lado, debido a que la obra es un edificio temporal, es fácil que se pase por alto en el proceso de diseño. El consumo de energía por unidad de superficie de los edificios temporales suele ser elevado. Tras la optimización del diseño, las emisiones de carbono pueden reducirse eficazmente. Por otro lado, los edificios temporales y las instalaciones fotovoltaicas modulares pueden reciclarse. Además de la generación de energía fotovoltaica para reducir las emisiones de carbono, la reutilización de los materiales de construcción también contribuye significativamente a dicha reducción.
La tecnología de "almacenamiento solar, flexibilidad directa" es un medio técnico importante y una forma eficaz de lograr la neutralidad de carbono en los edificios.
En la actualidad, China está ajustando activamente su estructura energética y promoviendo el desarrollo bajo en carbono. En septiembre de 2020, el presidente Xi Jinping propuso un objetivo dual de carbono en la 75.ª sesión de la Asamblea General de las Naciones Unidas. China alcanzará el pico de sus emisiones de dióxido de carbono para 2030 y logrará la neutralidad de carbono para 2060. Las "Sugerencias del Comité Central del Partido Comunista de China para la formulación del Decimocuarto Plan Quinquenal para el Desarrollo Económico y Social Nacional y los Objetivos a Largo Plazo para 2035" señalaron la necesidad de impulsar la revolución energética, mejorar la capacidad de consumo y almacenamiento de energías renovables, acelerar la promoción del desarrollo bajo en carbono, desarrollar edificios sostenibles y reducir la intensidad de las emisiones de carbono. Centrándose en los objetivos duales de neutralidad de carbono y las recomendaciones del Decimocuarto Plan Quinquenal, diversos ministerios y comisiones nacionales han introducido sucesivamente políticas de promoción específicas, entre las que la energía distribuida y el almacenamiento de energía distribuida son las principales líneas de desarrollo.
Según las estadísticas, las emisiones de carbono provenientes de las operaciones de construcción representan el 22% del total de emisiones de carbono del país. El consumo de energía por unidad de superficie en edificios públicos ha aumentado con la construcción de grandes edificios con sistemas centralizados en las ciudades en los últimos años. Por lo tanto, la neutralidad de carbono en los edificios es fundamental para que el país alcance la neutralidad de carbono. Una de las principales líneas de acción del sector de la construcción, en respuesta a la estrategia nacional de neutralidad de carbono, es la implementación de un nuevo sistema eléctrico de "fotovoltaica + carga bidireccional + CC + control flexible" (almacenamiento fotovoltaico flexible directo) en el contexto de la electrificación integral del consumo energético en la construcción. Se estima que la tecnología de "almacenamiento solar flexible directo" puede reducir las emisiones de carbono en aproximadamente un 25% en las operaciones de construcción. Por consiguiente, esta tecnología es clave para estabilizar las fluctuaciones de la red eléctrica en el sector de la construcción, acceder a una gran proporción de energía renovable y mejorar la eficiencia eléctrica de los edificios del futuro. Se trata de un medio técnico importante y una vía eficaz para lograr la neutralidad de carbono en los edificios.
Sistema fotovoltaico modular
Las construcciones temporales en la obra utilizan principalmente casas modulares reutilizables, por lo que se diseñó un sistema modular fotovoltaico que también puede ser reutilizado para este tipo de casas. Este producto de construcción temporal fotovoltaica de cero emisiones de carbono utiliza la modularización para diseñar soportes y sistemas fotovoltaicos estandarizados. En primer lugar, se basa en dos especificaciones: una casa estándar (6×3×3) y una casa con pasarela (6×2×3). La disposición fotovoltaica se realiza de forma escalonada en la parte superior de la casa modular, y los paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino se colocan sobre cada contenedor estándar. El sistema fotovoltaico se coloca sobre el soporte inferior para formar un componente fotovoltaico modular integrado, que se eleva como un todo para facilitar su transporte y reutilización.
El sistema de generación de energía fotovoltaica se compone principalmente de módulos fotovoltaicos, una máquina integrada de control de inversor y un paquete de baterías. El grupo de productos consta de dos casas estándar y una casa de pasillo para formar un bloque de unidades, y seis bloques de unidades se combinan en diferentes unidades de espacio del departamento del proyecto, para adaptarse a la distribución espacial del departamento del proyecto y formar un plan de proyecto prefabricado de cero emisiones de carbono. Los productos modulares pueden variar y adaptarse libremente a proyectos y sitios específicos, y utilizan la tecnología BIPV para reducir aún más las emisiones de carbono del sistema energético general del edificio del departamento del proyecto, brindando la posibilidad de que los edificios públicos en diferentes regiones y bajo diferentes climas alcancen objetivos de neutralidad de carbono. Ruta técnica de referencia.
1. Diseño modular
El diseño modular integrado se lleva a cabo con módulos de 6 m × 3 m y 6 m × 2 m para facilitar la rotación y el transporte. Esto garantiza una rápida entrega del producto, un funcionamiento estable, bajos costos operativos y una reducción del tiempo de construcción en obra. El diseño modular permite la prefabricación de la fábrica, el apilamiento y transporte, el izaje y la conexión de bloqueo, lo que mejora la eficiencia, simplifica el proceso de construcción, acorta el plazo de ejecución y minimiza el impacto en la obra.
Principales tecnologías modulares:
(1) Los accesorios de esquina compatibles con la casa de tipo modular son convenientes para la conexión del soporte fotovoltaico modular con la casa de tipo modular inferior;
(2) La disposición fotovoltaica evita el espacio sobre los accesorios de esquina, de modo que los soportes fotovoltaicos se pueden apilar para su transporte;
(3) Estructura de puente modular, que resulta conveniente para la disposición estandarizada de cables fotovoltaicos;
(4) La combinación modular 2A+B facilita la producción estandarizada y reduce los componentes personalizados;
(5) Seis módulos 2A+B se combinan en una unidad pequeña con un inversor pequeño, y dos unidades pequeñas se combinan en una unidad grande con un inversor más grande.
2. Diseño bajo en carbono
Basándose en tecnología de cero emisiones de carbono, esta investigación diseña productos de construcción temporales fotovoltaicos para emplazamientos con cero emisiones de carbono, diseño modular, producción estandarizada, sistema fotovoltaico integrado y equipos de almacenamiento de energía y transformación modular de apoyo, incluyendo módulos fotovoltaicos, módulos inversores y módulos de baterías para formar un sistema fotovoltaico que logra cero emisiones de carbono durante la operación del departamento de proyectos de construcción. Los módulos fotovoltaicos, los módulos inversores y los módulos de baterías se pueden desmontar, combinar y voltear, lo que facilita la entrega de proyectos junto con la casa tipo caja. Los productos modulares se pueden adaptar a las necesidades de diferentes escalas mediante cambios en la cantidad. Esta idea de diseño de módulos desmontables, combinables y unitarios puede mejorar la eficiencia de la producción, reducir las emisiones de carbono y promover el logro de los objetivos de neutralidad de carbono.
3. Diseño de sistemas de generación de energía fotovoltaica
El sistema de generación de energía fotovoltaica se compone principalmente de módulos fotovoltaicos, un inversor integrado y un paquete de baterías. Los paneles fotovoltaicos de la casa modular se instalan en forma de tejas en el techo. Cada contenedor estándar cuenta con 8 paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino de 1924 × 1038 × 35 mm, y cada contenedor de pasillo cuenta con 5 paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino de las mismas dimensiones.
Durante el día, los módulos fotovoltaicos generan electricidad, y el controlador y el inversor convierten la corriente continua en corriente alterna para el consumo de la carga. El sistema prioriza el suministro de energía eléctrica a la carga. Cuando la energía eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos supera la potencia de la carga, el excedente carga la batería mediante el controlador de carga y descarga. En condiciones de poca luz o durante la noche, los módulos fotovoltaicos no generan electricidad, y la batería pasa por el inversor integrado. La energía eléctrica almacenada en la batería se convierte en corriente alterna para la carga.
Resumen
La tecnología fotovoltaica modular se aplica a la zona de oficinas y vivienda del departamento de proyectos en la obra de los edificios 4 a 6 del Parque Industrial Automotriz de Nueva Energía de Pingshan, Shenzhen. Se han dispuesto un total de 49 grupos en el grupo 2A+B (véase la figura 5), equipados con 8 inversores. La capacidad instalada total es de 421,89 kW, la generación de energía anual promedio es de 427 000 kWh, la emisión de carbono es de 0,3748 kgCOz/kWh y la reducción anual de carbono del departamento de proyectos es de 160 tCO2.
La tecnología fotovoltaica modular puede reducir eficazmente las emisiones de carbono en la obra, compensando la falta de atención a esta reducción durante la fase inicial de construcción. La modularización, la estandarización, la integración y la rotación de componentes reducen significativamente el desperdicio de materiales de construcción, mejoran la eficiencia de su uso y disminuyen las emisiones de carbono. La aplicación práctica de la tecnología fotovoltaica modular en proyectos de energías renovables permitirá alcanzar una tasa de consumo superior al 90 % de energía limpia distribuida en el edificio, una satisfacción de los usuarios superior al 90 % y una reducción de más del 20 % anual en las emisiones de carbono del proyecto. Además de reducir las emisiones de carbono del sistema energético global del edificio, la integración fotovoltaica en edificios (BIPV) proporciona una ruta técnica de referencia para que los edificios públicos de diferentes regiones y condiciones climáticas alcancen la neutralidad de carbono. Llevar a cabo investigaciones relevantes en este campo a tiempo y aprovechar esta oportunidad única puede convertir a nuestro país en un referente en este cambio revolucionario.
Fecha de publicación: 17-07-23