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Esta tesis propone una metodologia de rehabilitacion energetica de edificios con el uso de nueva generacion de sistema solar fotovoltaico hibrido combinado con estrategias de gestion de la demanda, a fin de optimizar el auto-consumo de la electricidad generada y los impactos con la red electrica en el marco de las reglamentaciones nacionales existentes en Brasil y Espana, contribuyendo para el desarrollo de Edificios de Energia Neta Cero (acronimo en ingles, Net Zero-Energy Building - NZEB). La metodologia es basada en analices de indicadores de suministro de carga y de interaccion con la red (acronimo en ingles, Load Matching and Grid Interaction - LMGI), que caracterizan la correlacion entre la generacion fotovoltaica local y el consumo de la carga, asi como la interaccion con la red electrica, un importante aspecto en el panorama actual de generacion distribuida. Parametros economicos son tambien evaluados, como ahorros en la factura de electricidad, coste de produccion de electricidad (acronimo en ingles, Levelized Cost of Electricity - LCOE), paridad de red y tiempo de retorno de la inversion. Las propuestas de rehabilitacion de energia estan basadas en simulaciones a traves de varios metodos, incluyendo el estudio de consumo de electricidad tipico de consumidores residenciales y comerciales. Asi mismo, se realizan investigaciones de un controlador de bateria basado en tecnicas de gestion de la demanda (acronimo en ingles, Demand-Side Management - DSM), como en el corte de picos de demanda de la red y en la reduccion de la energia importada de la red. El trabajo realizado para validar la metodologia es basado en analices de datos de alta resolucion, disponibles en intervalos sub-horarios a partir de datos simulados y medidos. La metodologia ha sido validada en tres edificios diferentes bajo diferentes condiciones climaticas en Brasil y en Espana: un edificio residencial, llamado Casa Eko, se analiza bajo diferentes condiciones climaticas brasilenas; un edificio comercial, llamado Gomendio, se evalua bajo las condiciones climaticas de Madrid y, finalmente, un edificio comercial, llamado Eletrosul, se evalua bajo las condiciones climaticas del sur de Brasil (ciudad de Florianopolis). Cada edificio investigado para rehabilitacion energetica se divide en diferentes casos, como escenarios sin fotovoltaica, escenarios con sistema fotovoltaico unicamente, casos con sistema fotovoltaico y sistema de almacenamiento de energia de bateria (acronimo en ingles, Battery Energy Storage System - BESS) y casos optimizados con sistema fotovoltaico, BESS y DSM. El estudio de Eko House se realiza en dos partes: las primeras evaluaciones se realizan solo con sistema fotovoltaico (sin DSM) en cuatro ciudades de Brasil. La segunda parte incluye investigaciones en dos ciudades brasilenas (Sao Paulo y Brasilia) con sistema fotovoltaico hibrido (combinacion de sistema fotovoltaico y BESS) y DSM. El metodo DSM esta basado en el desplazamiento de las cargas a los periodos solares y utiliza un controlador de bateria de alto nivel que gestiona los flujos de electricidad en la casa a fin de optimizar las tasas de LMGI. El estudio de caso Gomendio propone la rehabilitacion energetica de un edificio de oficinas siguiendo los principios de los NZEB y con el objetivo de: (1) reducir el consumo de electricidad del edificio mediante la construccion de tecnicas de eficiencia energetica (enfoque eficiente del sistema de iluminacion); (2) introducir una integracion arquitectonica de modulos fotovoltaicos en el cubierta del edificio; (3) reducir los costes en la factura de electricidad a traves de la gestion inteligente del sistema FV hibrido; y (4) mejorar el rendimiento energetico del edificio en terminos de suministro de carga y de interaccion con la red electrica (indicadores LMGI). El ultimo estudio de caso (edificio Eletrosul) realiza simulaciones de un sistema fotovoltaico a gran escala aliado con DSM y hace uso del consumo anual de electricidad del edificio medido por la compania electrica local. El estudio se concentra en los siguientes objetivos: (1) mejorar el rendimiento energetico del edificio en terminos de suministro de carga y de interaccion con la red (indicadores LMGI); (2) analizar las diferencias entre dos tipos de baterias electroquimicas de alto rendimiento (plomo-acido y de ion de litio) en terminos tecnicos y economicos; (3) reducir los costes en la factura de electricidad a traves de la gestion inteligente del sistema FV hibrido; (4) disenar una capacidad optima del sistema de bateria para aumentar tanto los enfoques de suministro carga como el ahorro en la factura de electricidad. En resumen, este trabajo ha buscado evaluar el comportamiento energetico de edificios proponiendo alternativas de rehabilitacion energetica, asi como vincularlo con el contexto de las evaluaciones economicas a fin de verificar la rentabilidad de los sistemas propuestos. El estudio ha contribuido al desarrollo de NZEBs equipados con la nueva generacion de sistemas fotovoltaicos hibridos y a los impactos del FV con la red en el paradigma de generacion distribuida, aspectos relevantes para la disminucion de los efectos del cambio climatico global, expandir el uso de energias renovables que favorezcan al futuro de las redes inteligentes y de las ciudades sostenibles.

Energy refurbishment of buildings with new-generation hybrid photovoltaics systems and demand-side management : towards the path of net-zero energy buildings