Necessitats energètiques i idoneïtat solar: el cas de Rubí

La cartografia 1:1 000 proporciona la descripció dels polígons que formen els edificis dins del municipi. Mitjançant aquesta informació i amb el model digital de superfície (MDS) de 0,5 m obtingut amb punts lídar d’alta densitat (4 punts/m²), es realitza una segmentació de la teulada de cada edifici agrupant zones amb propietats geomètriques semblants (inclinació, orientació, etc.).

Finalment, es classifica la idoneïtat fotovoltaica de cada segment de les teulades tenint en consideració el valors d’irradiació mitjana de tots els píxels que hi cauen.

Potencial solar a la ciutat de Rubí

Delimitació i aproximació tècnica
La delimitació del projecte correspon a la superfície urbana de Rubí, tal i com es pot veure a la Figura 1, on també es pot veure la distribució dels blocs lídar processats i els polígons de les teulades dels edificis pels quals es calcula el potencial de l’energia solar anual estimada en W·h/m²/dia. Aquest potencial correspon a la mitjana diària de la irradiació total anual.

Figura 1. Delimitació de la zona urbana del municipi de Rubí, amb les cobertes per les què es calcula el potencial solar fotovoltaic.

L’ICGC, a partir de les dades de vol lídar d’alta densitat (4 punts/m²), determina les característiques geomètriques de les cobertes de la zona d’interès per avaluar-ne el potencial solar.

Després, amb la trajectòria del Sol i els models de superfície i del terreny es calcula la irradiació solar que reben les teulades dels edificis dins l’àrea d’interès. Tenint en compte les característiques climatològiques de la zona i el nivell de transparència de l’atmosfera (a través dels coeficients de cel clar per a la radiació directa i difusa), es duu a terme una estimació de l’energia diària mitjana que podrien arribar a rebre els panell fotovoltaics i panells termosolars per l’escalfament d’aigua instal·lats sobre les cobertes estudiades.

Concretament, a partir del núvol de punts obtingut amb lídar aerotransportat amb una densitat de 4 punts/m², s’obté un model digital de superfície (MDS) amb una resolució espacial de 0.5 m de píxel. El núvol de punts ha estat prèviament classificat per tal de descartar els punts que es consideren sorollosos, com són: les línies elèctriques, punts amb intensitats baixes, punts a l’aire, etc.

Com la trajectòria del Sol és ben coneguda, es calcula la irradiació directa i global rebuda en cada píxel del MDS durant tot un any sumant les contribucions d’irradiació simulades cada hora de temps per un dia de cada setmana de l’any. En aquest càlcul es tenen en compte totes les ombres generades per edificis, vegetació, elements topogràfics, etc., doncs tots aquests objectes sobre el terreny són captats també pel sensor lídar.

El resultat final és un model ràster o graella de la irradiació rebuda a cada píxel en un any típic, encara que la irradiació en un any concret pot variar si les condicions meteorològiques són atípiques. Aquest càlcul s’ha de fer només pels píxels de teulada dels edificis dins de l’àmbit del projecte.

Algunes de les teulades poden estar parcialment cobertes per la vegetació i, per als píxels corresponents, la irradiació que hem obtingut és en realitat irradiació sobre la coberta vegetal. Per tenir en compte aquesta possibilitat i descartar els píxels no aprofitables de la teulada tal com resulta el seu estat en el moment de la captura de les dades, s’ha calculat una màscara de vegetació a partir dels punts lídar classificats com a vegetació i amb ella s’han eliminat els píxels corresponents a vegetació.

El mapa d’irradiació mitjana global s’ha classificat per obtenir els mapes d’idoneïtat, amb 4 classes per energia fotovoltaica (FV) i 3 classes per energia solar tèrmica (TS). S’han escollit com a llindars els valors 0.95, 0.8 i 0.7 del màxim de GHI per FV i 0.85 i 0.65 per a TS.

El núvol de punts lídar classificats com a edificis s’ha emprat per obtenir un model 3D dels edificis i extreure els plans de teulada a partir dels punts interiors als polígons d’edificis del Mapa Urbà de Catalunya 1:1 000 (MUC).

Figura 2. Punts lídar d’edificis a dins dels polígons del MUC.

Els plans de teulada obtinguts s’han utilitzat per agregar la informació ràster i assignar a cada pla de teulada la irradiació total rebuda. Les teulades s’han classificat també segons la seva idoneïtat per a la instal·lació de panells, tant per a FV com per TS.

Figura 3. Detall del mapa ràster del potencial fotovoltaic sobre Rubí. 

Productes obtinguts: La calculadora solar

Es poden visualitzar els mapes d’irradiació solar global horitzontal (GHI) i els mapes classificats (mapes d’idoneïtat) amb l’adequació per a instal·lacions fotovoltaiques i solars tèrmiques de mitja i baixa temperatura. Aquests valors d’irradiació es mostren per als polígons dels plans de teulada específics del projecte.

Figura 4. Mapa d’idoneïtat termosolar del municipi de Rubí. 

Conjuntament als mapes d’irradació i idoneïtat solar, es genera una eina o calculadora en el producte d’idoneïtat solar que permet seleccionar un polígon o un grup de polígons, es generen resultats específics pels polígons seleccionats (vegeu figura 5). Es proporciona informació geomètrica, energètica i simulació econòmica per als polígons seleccionats. L’anàlisi inclou el nombre de panells recomanat, una estimació del cost de la inversió, el retorn econòmic previst i el temps d’amortització.

Figura 5. Aspecte de la calculadora solar per a les teulades dels polígons industrials de Rubí. 

Aquesta aplicació web, destinada a calcular de manera acurada els rendiments energètics i econòmics de les teulades de la zona d’estudi, està constituïda per un visor i dues calculadores diferenciades: una dedicada al potencial fotovoltaic (FV) i una altra dedicada al potencial termosolar (TS) (https://visors.icgc.cat/sostenibilitat/#/visor/Rubi/).