Ecodiseño de una marquesina fotovoltaica para fomentar el uso de las energías renovables en empresas
Nota Técnica | Technical Note
Julia Bustillo Ergui1, Cristina Alía García2 y Alberto Sanchidrián Blázquez2
Recibido: 19 de marzo | Aceptado: 10 de mayo | Publicado: 29 de junio
DOI: https://doi.org/10.25267/P56-IDJ.2021.i1.7
Introducción
Con el propósito de fomentar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) en las políticas de empresa, las marquesinas fotovoltaicas representan un producto que promocionan estas prácticas: ODS7 (Energía Asequible y No Contaminante), ODS11 (Ciudades y Comunidades Sostenibles) y ODS13 (Acción por el Clima) (Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo - Objetivos por el Desarrollo Sostenible, s.f.). Una marquesina fotovoltaica consiste en una estructura generalmente mecánica que protege a uno o más vehículos de las inclemencias del tiempo, y además posee paneles solares en su cubierta para producir energía. Esta energía puede usarse para cargar los vehículos o ser usada como consumo habitual.
La mayoría de las marquesinas fotovoltaicas que se encuentran en el mercado siguen el mismo patrón; son aparatosas, requieren medios de montaje profesionales (andamios, gruas…) y están principalmente diseñadas para satisfacer al mercado empresarial. Se busca optimizar el diseño de la marquesina fotovoltaica tanto para el particular y la empresa, adoptando la metodología del ecodiseño.
El precio de mercado de una marquesina para dos vehículos oscila entre los 7.270€ (5,5 kW, (Fusion Energía Solar, 2021)) a los 13.759.64€ (3,7kW, (Solarmat, 2021)), sin incluir montaje ni instalación. Además, se suma el esfuerzo que supone embarcarse en una obra de semejante calibre (Peña, 2016).
Una vez definidos los posibles aspectos de mejora se establecen 3 objetivos clave:
- Elección de la materia prima que permita una mejor integración y una reducción el coste de fabricación y distribución de la marquesina además de su impacto medioambiental, y permita aportar un valor añadido.
- Optimización del proceso de instalación y montaje de la estructura para evitar costes medioambientales innecesarios, además de reducir las molestias ocasionadas al cliente.
- Diseño de un embalaje que permita la comercialización de la marquesina de forma eficaz, disminuyendo el impacto de su transporte y facilitando el montaje.
El diseño de la marquesina fotovoltaica se encuadra bajo la metodología del ecodiseño. “El ecodiseño, también conocido como diseño para el medio ambiente, es una metodología que considera la variable ambiental como un criterio más en el proceso de diseño de productos industriales, sumándose así a otros factores previos como los costes económicos o la calidad” (ihobe, 2021). Esta metodología busca reducir el impacto medioambiental de la marquesina en todas las fases de su vida útil, desde el diseño hasta la comercialización, pasando por la producción, transporte y montaje.
Metodología
Se parte de una estructura de perfiles normalizados de acero, que tiene cabida para 2 vehículos y que sostiene 15 módulos solares de 2 m2 cada uno. Este tipo de estructuras pueden encontrarse ya en el mercado pero tienen un amplio rango de mejora. El primer cambio propuesto es sustituir el acero por aluminio.
Los perfiles de aluminio tienen múltiples ventajas sobre los perfiles tradicionales de acero, como su menor densidad (lo que facilita su transporte y montaje), su facilidad de reciclaje o su larga vida útil (Diferencias entre el aluminio y el acero, 2021).
Como parte del proyecto se rediseña la tipología de la marquesina. Se opta por reducir el ángulo de la cubierta de 20° (aproximadamente el ángulo solar idóneo en la provincia de Madrid) a 10°. También evita el uso de perfiles auxiliares de fijación para la instalación solar, y en su lugar se sitúan las correas a una distancia entre si especifica que permite la fijación de los módulos solares directamente a los perfiles preexistentes.
Por último, para facilitar el transporte se dividen los perfiles en dos piezas, de modo que la longitud máxima del mayor de ellos es de 2,92 m (para el caso de la viga principal). Estas partes se vuelven a unir en el proceso de montaje. En la Figura 1 se pueden ver algunos ejemplos de las uniones diseñadas para las uniones en el centro de estas vigas.
Figura 1. Unión central en el pilar de mayor longitud (a) y unión central de la viga principal (b)
Resultados
El estudio estructural con perfiles de aluminio demuestra que los perfiles necesarios dados los esfuerzos que recibe la estructura son relativamente pequeños. Gracias a esto la estructura puede resolverse usando perfiles huecos rectangulares de aluminio, que mecánicamente no trabajan tan bien a flexión como los perfiles normalizados de acero (IPE, HEB…). Estos cambios pueden verse desglosados en la Tabla 1 a continuación, que compara los perfiles usados en una estructura de perfiles normalizados de acero de 20° de ángulo de cubierta con una estructura de perfiles rectangulares huecos de aluminio de 10° de ángulo de cubierta.
Tabla 1. Comparativa estructural de los perfiles de acero y aluminio
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Acero (20°) (Inicial) |
Aluminio (10°) |
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Perfil |
Peso (kg/m) |
Longitud (m) |
Peso final (Kg) |
Precio (€/viga) |
Perfil |
Peso (kg/m) |
Longitud (m) |
Peso final (Kg) |
Precio (€/viga) |
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Pilar Trasero |
2 UPN 140 |
32,03 |
2,00 |
64,06 |
61,50 |
TR-150x80x3 |
3,63 |
2,796 |
10,15 |
15,73 |
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Pilar Frontal |
2 UPN 180 |
43,96 |
5,25 |
230,79 |
221,56 |
TC-250x250x10 |
25,92 |
4,37 |
113,27 |
175,57 |
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Viga Principal |
IPE 180 |
18,76 |
5,85 |
109,75 |
105,36 |
TR-420x150x5 |
15,12 |
5,67 |
85,73 |
132,88 |
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Correas |
IPE 160 |
15,78 |
5,47 |
86,32 |
82,86 |
TR-280x100x3 |
6,06 |
5,5 |
33,33 |
51,66 |
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Precio Final |
€ 1.108,28 |
Precio final |
€ 958,33 |
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Peso final (Kg) |
1154,46 |
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Peso final (Kg) |
618,28 |
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Se observa que el precio de la estructura de aluminio desciende un 14% y el peso un 47% respecto a la estructura de acero. La disminución del peso es correlativa con la disminución de los gases de efecto invernadero generados durante el transporte, obteniéndose un beneficio medioambiental.
El cambio en el ángulo de la cubierta supone una disminución de la producción solar del 3,2%, pero favorablemente reduce los efectos del viento del 26%, permitiendo el uso de perfiles de menor dimensión y reduciendo el peso total de la estructura y el volumen de la cimentación en un 30%.
El uso de perfiles rectangulares huecos facilita las uniones entre las diferentes vigas y pilares. Como parte del objetivo de optimización de la instalación y montaje de la estructura, ésta se diseña de forma que se pueda plegar sobre plano y elevar manualmente mediante la ayuda de un “tractel”. Para poder ir desplegando la estructura es necesario que los perfiles que forman los pilares y la viga que recibe las correas, puedan girar relativamente entre sí. Este giro se facilita usando perfiles rectangulares huecos, ya que solo es necesario añadir una pieza auxiliar de giro y mecanizar uno de los perfiles para permitir el giro relativo entre sí. Un ejemplo de este tipo de unión se puede ver en la Figura 2.
Figura 2. Unión entre la viga principal y uno de los pilares
La sencillez de la unión reduce el tiempo de montaje optimizando tanto el tiempo de montaje como de traslados de montadores. Generando un importante beneficio tanto económico como ambiental. Este cambio permite que el cliente se monte su propia estructura.
El diseño de un embalaje que facilite el transporte y la comercialización de la marquesina es un aspecto clave para reducir emisiones. El dividir los perfiles en dos piezas se consigue un embalaje manejable (88cm x 122cm x 304cm) y cada perfil puede ser manipulado entre dos personas. El embalaje está diseñado para transportar dos estructuras simultáneamente en un furgón de carga ligera, reduciendo el impacto negativo del transporte a la mitad. Los tres montadores necesarios para montar la estructura se desplazan en el vehículo.
En la Figura 3 puede verse como se embalan las dos estructuras en cajas de madera sobre un palet europeo, que se depositan en la zona de carga del furgón. Adicionalmente se cargan los paneles solares necesarios para cada instalación.
Figura 3: Embalaje de dos estructuras en caja de madera sobre palet europeo
La estructura final es sencilla, de líneas limpias y con un fuerte componente estético, lo que ayuda a diferenciarse en un mercado en el que ya existen las marquesinas fotovoltaicas. Por otro lado, el concepto modular facilita la integración de esta estructura, ya que permite comercializar la misma estructura para el cliente individual y el empresarial, pudiendo decidir este último el número de módulos que desea, así como permitir futuras extensiones.
Figura 4. Estructura final de la marquesina fotovoltaica
Conclusiones
Los resultados obtenidos durante el proceso son positivos en todos los aspectos. Se logra disminuir el impacto medioambiental de la estructura y se consigue una reducción de los costes generales de la marquesina. La larga vida útil de la estructura de aluminio, gracias a su resistencia a la corrosión, frente a la de los paneles solares, 25 años, conlleva la posibilidad de sustituir los paneles solares una vez se acabe su vida útil. Una vez se llegue al fin de esa vida útil, la estructura de aluminio es fácil de desmontar, al ser todas sus uniones atornilladas. De ese modo se facilita el reciclaje de las diferentes partes de la estructura ya que al reciclar aluminio se ahorra el 95% de la energía que sería necesario para extraerlo desde el mineral.
Instalar una marquesina solar en una empresa fomentaría y ayudaría a los empleados a tener un vehículo eléctrico sin aumentar su consumo energético. Es más, el excedente producido podría ser aprovechado por la red de la empresa. A un particular le permite proteger su vehículo y paralelamente generar electricidad para su hogar.
En conclusión, los impactos sociales y medioambientales de este proyecto son positivos, ya que gracias a esta marquesina se fomenta el uso de vehículos eléctricos y se aumenta la cantidad de energía renovable que se produce. La instalación de la marquesina supone un ahorro económico para el consumidor a medio y largo plazo.
Contribución de autores.
Fuente de financiación.
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