INTRODUCCIÓN – La energía solar posee un gran potencial para suplir las demandas ambientales de los edificios mediante la integración de paneles especialmente en techumbres, sin embargo debe evaluarse las condiciones apropiadas en cada situación. En particular en edificios existentes, que no se dispone de sus planos de ejecución y/o presentan diversas intervenciones en sus techumbres. Por esta razón, se plantea un procedimiento de evaluación aérea del potencial solar en techumbres, mediante la programación de recorridos de vehículos aéreos no-tripulados (drones), la recolección de fotografías clave, la restitución geométrica y material y el análisis de radiación solar recibida, para estimar la capacidad de instalación de equipos de captación solar. Este procedimiento integra trabajo en terreno, estudios geométricos y simulación energética, basado en condiciones generales de edificios e información técnica de paneles solares.

Existen métodos de levantamiento aéreo de aéreas urbanas (vuelos LIDAR), que otorgan la volumetría general de los edificios, y algunas implementaciones (como Mapwell) que permiten evaluar la capacidad solar de las techumbres, pero son de alto costo y no poseen un detalle suficiente sobre las condiciones geométricas o técnicas de las cubiertas. Los vuelos independientes mediante vehículos aéreos no tripulados se han popularizado al contar con equipos de bajo costo, pero usualmente las trayectorias no son preparadas y difícilmente controladas de manera interactiva por las condiciones climáticas u obstrucciones en el entorno. De manera similar las tomas fotográficas normalmente son continuas, interrumpidas por obstáculos, de aperturas amplias y no completan adecuadamente los costados necesarios para una restitución geométrica adecuada de volúmenes tridimensionales. Las techumbres poseen una configuración prismática sencilla, pero usualmente interrumpida por ductos, volúmenes menores o salientes que impiden su reconocimiento completo y deben interpretarse combinando vistas. El análisis de radiación solar puede realizarse en volúmenes geométricos mediante distintos software de cálculo ambiental, pero debe estar debidamente calibrado y con la información adecuada para generar resultados fiables.

PROCEDIMIENTOS METODOLÓGICOS –  Para establecer el procedimiento sugerido se han efectuado diversos experimentos parciales con distintos software y tomas en terreno, verificando las configuraciones y pasos a realizar. Por un lado, preparando la programación de trayectorias en modeladores tridimensionales, basado en proporciones generales de los edificios que permitan sugerir al controlador de vuelo unas posiciones relativas para las tomas fotográficas, las cuales deben adaptarse en terreno según los obstáculos circundantes. Esto se ha preparado con desplazamientos de cámaras, que permiten utilizar render de prueba para la restitución geométrica en algunos casos de estudios típicos de edificios en altura y viviendas unifamiliares Por otro lado, se han realizado vuelos libres en algunos edificios existentes, recopilando las tomas y extrayendo fotogramas para efectuar restituciones mediante software de análisis geométrico a partir de imágenes y calibración de lentes. Las pruebas han permitido determinar las condiciones de encuadre y puntos de vista primordiales para limitar la cantidad de vistas y alcanzar una restitución completa de la cubierta. Además se ha probado la transferencia del archivo geométrico a software de modelación para refinar el trazado de trayectorias sugeridas, y por otro a software de análisis de radiación solar. En estos cálculos se han comparado resultados de diferentes casos, según recolección por paramento y bases climáticas adoptadas para verificar que las estimaciones sean consistentes con mediciones reales efectuadas. Determinado un modelo climático fiable. Asi mismo se han revisado condiciones de instalación de distintos paneles solares y sus requerimientos constructivos en cuanto a soporte y disposición geométrica, considerando en particular los integrados en cubiertas inclinadas o sobrepuestos en cubiertas planas. Efectuando una tabla de requerimientos y márgenes de magnitud aplicables según cantidad de paneles. Implementando en una planilla de calculo, según superficie y radiación de cada faldón de techumbre útil, para determinar la cantidad de paneles y de acuerdo a su eficiencia, estimar la capacidad de recolección energética, asumiendo finalmente el total estimado en distintas tecnologías (térmica, fotovoltaica o hibrida). Considerando perdidas de superficies irregulares y franjas de circulación para reparaciones, asi como márgenes de instalación. Se han seleccionado características de los paneles usualmente disponibles y se han estimado distribuciones entre equipos según el perfil de demandas energéticas usuales del edificio, además de posibilidad de alimentar a la red urbana en periodos de excedente eléctrico (días de verano).

RESULTADOS – Las pruebas realizadas a la fecha han permitido determinar la organización de un proceso efectivo, fiable y novedoso para estimar instalaciones solares en techumbres de edificios por evaluación aérea. Aunque implica la concertación de distintos programas y tareas, puede ser implementado con recursos de trabajo profesional usual en la zona. Las trayectorias definidas permitieron definir tres vistas fundamentales, aproximadamente a 1,5 anchos de distancia y 1 de altura, en separaciones de 130°, que permiten recoger visual y geometricamente mas del 95% de la cubierta, con una adecuada interpretación constructiva para integrar paneles solares. Implementado en una programación paramétrica a partir de un punto base de despegue que puede guiar el vuelo. Aportando luego a la simulación de radiación y cálculo de tecnologías posibles. Las experiencias desarrolladas han permitido estimar la factibilidad de instalación en edificios sobre el 50% del área de cobertura y en viviendas del 80%. Considerando la relación de área edificada, en viviendas de uno a dos pisos, la recolección estimada supera el consumo eléctrico anual (con aportes a la red de tres veces lo recolectado) y sobre la mitad de demanda en agua caliente y calefacción (debido a que es mayor en invierno, con menor radiación y los equipos térmicos son más costosos y no se pueden utilizar los excedentes). Mientras en edificios las instalaciones pueden proveer demandas eléctricas hasta de tres pisos.

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DISCUSIÓN – El procedimiento debe ser cabalmente integrado e implementado para disponerlo como una herramienta profesional que apoye las instalaciones solares integrados. Verificando su desempeño en algunas ejecuciones completas. La programación de vuelos debe ser asegurada para el vehiculo aéreo con suficiente flexibilidad para que el controlador enfrente variaciones climáticas u obstrucciones. Igualmente es probable que en algunas localizaciones se presenten salientes o configuraciones complejas que dificulten o extiendan el proceso definido, y deba ser complementado con otras tareas. La integración de datos entre las imágenes, el modelo geométrico, la simulación de radiación y el cálculo de paneles debe ser adecuadamente calibrada y automatizada, confirmándolo en una variedad de casos para asegurar su fiabilidad. En todo caso la estrategia planteada sugiere una capacidad eficaz para integrar sistemas renovables en la construcción existente, aliviando de manera relevante el amplio impacto ambiental de las ciudades. Proveyendo a profesionales locales de recursos de análisis adecuados para sugerir implementaciones solares integradas.