Introducción

La integración fotovoltaica en edificios (BIPV) ha dejado de ser un gesto estético o un simple “extra” energético. Cuando la envolvente trabaja como generadora y al mismo tiempo cumple con las funciones de protección térmica y acústica, el proyecto entra en otra liga: la fachada se convierte en un activo energético con impacto directo en la demanda de climatización, en el confort interior y en la huella de carbono del edificio. En este artículo abordamos, desde una perspectiva técnica y práctica, cómo analizar el comportamiento térmico de una fachada BIPV y cómo traducir ese análisis en decisiones de diseño que mejoren el bienestar de los ocupantes y la eficiencia global del sistema.

El lector encontrará criterios de cálculo, rangos de diseño, variables críticas de obra y operación, y la comparación de distintas tipologías (doble piel, fachada ventilada tipo “rainscreen”, panel opaco de antepecho, e integración en muro cortina) con implicaciones claras en potencia fotovoltaica, cargas térmicas y confort. Se incluyen resultados y esquemas de detalle que ilustran el efecto de la ventilación de la cámara, la resistencia térmica del paquete constructivo, el factor solar y la temperatura de célula.

1. Fundamentos térmicos en BIPV

1.1. Balance energético del módulo integrado

El módulo fotovoltaico absorbe radiación solar, transforma una fracción en electricidad y disipa el resto como calor por convección y radiación. En BIPV, la disipación está condicionada por el ensamblaje constructivo: la cámara de aire, la rugosidad de la superficie, el color del módulo (absortancia), la permeabilidad al aire de juntas y el tratamiento del respaldo. Este contexto eleva o reduce la temperatura de célula T_c, variable que gobierna la potencia efectiva mediante el coeficiente de temperatura del generador (típicamente entre −0,35 y −0,45 %/°C para tecnologías cristalinas).

La Figura 1 ilustra una relación directa: a mayor temperatura, menor potencia. En un sistema BIPV sin ventilación activa, la T_c puede superar con facilidad la temperatura ambiente en 25 a 40 °C durante episodios de alta irradiancia y poco viento. Una cámara ventilada, con entradas y salidas de aire bien dimensionadas, reduce ese delta térmico y, por tanto, las pérdidas de potencia. Además, un menor T_c mejora la fiabilidad, ya que muchos componentes electrónicos y encapsulantes ven reducida su tasa de envejecimiento con temperaturas de operación moderadas.

1.2. Transmisión térmica, factor solar y resistencia superficial

El comportamiento global de la fachada se resume en tres parámetros: la transmitancia térmica U (W/m²·K), el factor solar del conjunto g_tot o SHGC, y la resistencia superficial interna, relevante para la temperatura radiante media percibida por el ocupante. En fachadas opacas BIPV, la U depende de la continuidad de la capa aislante, la fracción de puentes térmicos (anclajes, subestructura) y el espesor del material aislante. El g_tot importa especialmente en soluciones semitranslúcidas o dobles pieles con vidrio, donde el aporte solar directo puede ser útil en invierno pero perjudicial en verano.

2. Tipologías de fachada BIPV y su efecto térmico

2.1. Fachada ventilada tipo rainscreen

Es la solución más extendida en rehabilitación y obra nueva. Los módulos se montan como cassettes o paneles sobre una subestructura separada del soporte por una cámara de aire. La ventilación natural, impulsada por el efecto chimenea, extrae calor del dorso del módulo y reduce T_c. Las entradas y salidas deben protegerse con malla anti-insectos y dimensionarse para que la pérdida de carga no anule el tiro térmico.

2.2. Doble piel con PV

La doble piel integra vidrio fotovoltaico en la hoja exterior. Funciona como amortiguador climático: en invierno permite ganancias solares útiles y operación en modo “buffer”, mientras que en verano se trabaja con extracción mecánica o refuerzo del tiro natural. El control del g_tot y la ventilación son críticos para evitar sobrecalentamiento.

2.3. Panel opaco de antepecho y módulo en muro cortina

En muro cortina, el PV puede reemplazar paños opacos o semitranslúcidos. La transmitancia global depende de la caja de vidrio, el espaciador térmico y la presencia de cámara ventilada posterior. En antepechos opacos, la continuidad del aislamiento y los detalles de encuentro con forjado determinan el puente térmico lineal y, con ello, el riesgo de condensaciones y la temperatura radiante interior.

3. Modelado térmico y energético

3.1. De la hoja de cálculo a la simulación dinámica

Para estudios preliminares, el método de temperatura de célula de Faiman o las correlaciones de NOCT son suficientes para estimar pérdidas por temperatura. En fases avanzadas, la simulación térmica dinámica del edificio (por ejemplo, con motores de cálculo de uso extendido) permite evaluar la interacción entre producción PV, cargas internas, ventilación de la cámara y control del edificio. La modelización debe incluir las resistencias superficiales dependientes del flujo, la radiación de onda larga al cielo y las pérdidas eléctricas térmicamente acopladas en optimizadores e inversores.

3.2. Parámetros de entrada críticos

• Coeficiente de temperatura de potencia del módulo (−0,35 a −0,45 %/°C típicamente).
• Absortancia solar del acabado frontal y emisividad del dorso.
• Geometría de la cámara (espesor 40–100 mm), porcentaje de área libre en entradas/salidas y rugosidad.
• Resistencia térmica de la capa aislante, puentes térmicos de anclajes y continuidad de la barrera de aire.
• Condiciones de contorno: irradiancia, velocidad del viento, temperatura exterior, temperatura del “soporte”.

3.3. Lectura de resultados: potencia y confort

La Figura 1 muestra una pendiente aproximada de pérdida de potencia entre −0,36 y −0,41 %/°C según el nivel de ventilación. Si el sistema evita 10 °C de sobretemperatura gracias a una cámara correctamente diseñada, el beneficio directo ronda 3,6–4,1 % de energía anual del campo en climas cálidos. A esto se suma la reducción de carga térmica por sombreamiento, visible en la Figura 2, con disminuciones de demanda de refrigeración del 18 % para una fachada opaca sin ventilación y del orden del 30 % cuando hay cámara ventilada efectiva.

4. Confort interior: más allá de los kilovatios

El confort térmico combina temperatura del aire, temperatura radiante media, velocidad del aire y humedad relativa. En fachadas convencionales oscuras, el sobrecalentamiento de la hoja exterior eleva la temperatura radiante en el borde de forjado y provoca asimetrías que los ocupantes perciben a menos de 1 m de distancia de la fachada. El BIPV ventilado reduce la temperatura superficial exterior, mejora la estabilidad de la temperatura interior de la hoja soporte y disminuye el riesgo de sobrecalentamiento local. Además, la cámara puede actuar como barrera acústica adicional y como capa de drenaje que mejora la durabilidad del cerramiento.

4.1. Indicadores a verificar

• PMV/PPD según la norma de evaluación de confort; objetivo PPD < 10 % en zonas de estancia.
• Temperatura operativa cerca de fachada entre 22–26 °C en modo verano, con asimetría radiante < 5 K.
• Riesgo de condensaciones intersticiales bajo condiciones extremas de invierno.
• Iluminancia diurna y control de deslumbramiento si se emplean paños semitranslúcidos o vidrios activos.

5. Reglas prácticas de diseño y montaje

1. Cámara ventilada. Espesores típicos de 40–60 mm para cassettes opacos; garantizar área libre efectiva >50 % en la línea de entrada y salida, con malla contra insectos y aves.
2. Continuidad del aislamiento. Mantener la capa aislante continua por delante de forjados y encuentros con carpintería; utilizar clips con rotura térmica.
3. Barrera de aire. Emplear membranas permeables al vapor pero estancas al aire en la cara exterior del soporte para reducir infiltraciones y mejorar la resistencia a lluvia impulsada por viento.
4. Gestión eléctrica. Ubicar cajas de conexión y optimizadores en zonas accesibles y ventiladas, con guías para disipación térmica y pasamuros estancos.
5. Reacción y resistencia al fuego. Seleccionar subestructura y aislantes con clasificación adecuada; disponer barreras intumescentes en plantas y sectores si la normativa lo exige.
6. Mantenimiento. Prever accesos para sustitución de módulos y limpieza; utilizar herrajes normalizados y documentación as-built.

6. Casos y cifras de referencia

En rehabilitación de envolventes opacas orientadas a suroeste, un panelado BIPV ventilado reduce la temperatura superficial exterior hasta unos 10 °C respecto a la fachada oscura convencional bajo pico estival (ver Figura 2), con un descenso correlativo de la carga sensible. En climas mediterráneos, esto se traduce en ahorros de refrigeración de 25–35 kWh/m²·año y en mejoras de confort perceptibles junto a la fachada. En tipologías sin ventilación o con cámara bloqueada, el ahorro de refrigeración persiste por el sombreamiento, pero el módulo trabaja más caliente y la potencia eléctrica cae entre 5 y 8 % respecto a una solución ventilada comparable.

En obra nueva, la sustitución de aplacados de aluminio o piedra por BIPV con subestructura de acero inoxidable con rotura térmica permite mantener U por debajo de 0,35–0,45 W/m²·K en fachadas opacas, con la ventaja adicional de generar electricidad in situ. Este “doble uso” reduce el coste total de propiedad cuando se contabiliza la sustitución de material de acabado, la reducción de demanda y los ingresos de la energía.

7. Sostenibilidad y ciclo de vida

El BIPV desplaza materiales convencionales de fachada y añade una función energética. El balance de carbono incorpora la fabricación del módulo y de la subestructura, pero compensa con la energía producida y con la menor demanda del edificio. En rehabilitación, la reducción de cargas de refrigeración y la extensión de la vida útil del soporte por menor exposición a intemperie contribuyen a un buen desempeño ambiental. El diseño debe prever desmontaje y reciclaje, optando por fijaciones reversibles y materiales con canales de valorización.

8. Solarmi y la ingeniería de fachada BIPV

Solarmi es una firma especializada en integración fotovoltaica en arquitectura con foco en ingeniería de detalle, modelado térmico-energético y asistencia técnica a obra. Acompañamos a promotores, arquitectos e ingenierías en todo el ciclo de proyecto: prefactibilidad, cálculo, diseño constructivo, verificación normativa y puesta en marcha. Más información en solarmi.es.

Conclusiones

El análisis térmico no es un trámite; es el corazón de un proyecto BIPV que aspire a ser eficiente, cómodo y duradero. Las decisiones sobre ventilación de cámara, aislamiento y control del factor solar definen simultáneamente la potencia útil, el confort de los usuarios y la longevidad del sistema. Un BIPV ventilado y bien detallado reduce pérdidas por temperatura, recorta la demanda de refrigeración del edificio y estabiliza el ambiente interior. Integrar desde el principio el cálculo térmico con el diseño arquitectónico y eléctrico permite optimizar la inversión y garantizar resultados en operación.

Referencias

• ISO 52016-1: Cálculo de las demandas energéticas y temperaturas internas de los edificios.
• ISO 15099: Propiedades térmicas y de transmisión de los acristalamientos.
• EN 673 / EN 410: Transmitancia térmica y propiedades ópticas de acristalamientos.
• ASHRAE Handbook – Fundamentals: transferencia de calor por convección y radiación en fachadas.
• Metodologías de temperatura de célula de Faiman y correlación NOCT para estimación de T_c en módulos.