AGENDA URBANA CANDELARIA
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Este documento es el segundo entregable dentro del “Estudio para la implantación de Comunidades Energéticas Ciudadanas en el Municipio de Candelaria”. Este estudio se enmarca dentro del “Plan de Acción Local de Implementación de la Agenda Urbana en el Término Municipal de Candelaria”, concretamente, es un estudio complementario que forma parte del “Objetivo Estratégico 4: Hacer una gestión sostenible de los recursos y favorecer la economía circula”. Dentro el Objetivo Estratégico, existen una serie de objetivos específicos, y este estudio complementa el “Objetivo Específico 4.1: Ser más eficientes energéticamente y ahorrar energía”. Como se comentó en el Entregable 1 de este estudio, el objetivo de este segundo entregable será la identificación del potencial real de cada edificio público seleccionado por el ayuntamiento para, por un lado, albergar una planta fotovoltaica en su cubierta y la capacidad de generación de la misma, y, por otro lado, para ser un proyecto piloto para la implementación de la primera comunidad energética ciudadana en el municipio. El objetivo final es proveer al Ayuntamiento de Candelaria un documento que pueda ayudar en la toma de decisiones futura en relación con: -
Mejores edificios para iniciar una comunidad energética ciudadana. Potencial real para la instalación de potencia fotovoltaica en cada edificio. Estimación de energía producida por las plantas del edificio. Potencial de autoconsumo de los edificios seleccionados tras la instalación de las plantas fotovoltaicas.
Este documento presenta una lista con todos los edificios clasificados de acuerdo a un índice compuesto que mide la viabilidad o idoneidad de albergar una Comunidad Energética Ciudadana.
En esta sección se describe la metodología empleada para los diferentes cálculos empleados para la realización de este entregable, tanto para los cálculos relativos a las Comunidades Energéticas Ciudadanas, como para los cálculos de las plantas fotovoltaicas.
La mayoría de los datos que tienen que ver con las características de las regiones que comprenden las comunidades energéticas ciudadanas, se obtienen de la base de datos del Catastro de España. Utilizando la referencia catastral de los edificios seleccionados por el Ayuntamiento de Candelaria, se geolocalizan y, para cada uno de ellos, se extraen los edificios que están dentro del área de influencia de la CEC. El tamaño del área CEC viene determinado por la regulación y se establece como el área circular de 500m de radio alrededor del edificio público. Todos los edificios dentro de la zona CEC se categorizan y analizan en detalle para conocer las áreas construidas, áreas de cubiertas, áreas potencialmente aprovechables para la instalación de potencia fotovoltaica, etc. Un ejemplo de área CEC, tras aplicar el procedimiento completo se muestra en la Figura 1.
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Para cada edificio de la lista se presenta el plano con el área potencial de su zona CEC, así como el número de unidades edificadas (inmuebles) y número de viviendas de cada parcela, el área total construida dentro de la zona, el área de cubiertas, y una primera estimación del potencial de capacidad fotovoltaica que tendrían todos los edificios de la zona si usaran sus cubiertas para generar electricidad mediante plantas fotovoltaicas.
El cálculo del potencial de capacidad admisible de potencia y de generación fotovoltaica, se ha hecho empleando imágenes aéreas y datos LIDAR para la determinación de las cubiertas útiles y los obstáculos presentes. Los pasos más importantes en la metodología se describen en las siguientes subsecciones.
Un factor muy importante a la hora de colocar paneles fotovoltaicos sobre las cubiertas de edificios es la orientación e inclinación de la misma, así como la presencia de obstáculos que puedan evitar la colocación de paneles. En esta tarea, el principal reto es segmentar las cubiertas de los edificios mediante imágenes aéreas, y hacer coincidir el dataset que resulte con los datos de LIDAR, lo cual no es una tarea trivial. Es por ello, que se dividirá en dos partes bien diferenciadas el cálculo de inclinación y orientación, y los márgenes de los tejados de los edificios de interés. Para la segmentación de los diferentes planos de las cubiertas, se ha empleado un algoritmo que hace uso de técnicas de tratamiento de imágenes identificar los tejados y los obstáculos presentes en cada cubierta. Este procedimiento es parcialmente supervisado por un humano, ya que la heterogeneidad en las imágenes aéreas complica considerablemente la tarea. Por otro lado, para detectar la inclinación de las cubiertas, lo cual es esencial para la colocación de los paneles, se han usado datos LIDAR. Con la nube de puntos procedente de los datos LIDAR es posible calcular la inclinación de las cubiertas, así como detectar la presencia de obstáculos en las inmediaciones.
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Para la colocación de los paneles se ha desarrollado un algoritmo para rellenar la superficie de cualquier polígono, tanto regular como irregular, con las dimensiones de los paneles seleccionados teniendo en cuenta varios factores: la inclinación de los paneles, su orientación (azimut), la inclinación de la cubierta y la separación entre filas y columnas consecutivas de paneles. Aunque el algoritmo tiene mucho margen de mejora aún, es adecuado para un estudio preliminar de potencial de capacidad fotovoltaica como el presentado en este documento. Hay que tener en cuenta que parte de los resultados podrían estar influenciados por un mejor o peor desempeño del algoritmo de colocación de paneles, aunque visualmente es fácil estimar si podrían colocarse más paneles o disponerlos de otra manera. En la Figura 2 se presenta un ejemplo del algoritmo funcionando bien y otro en el que funciona considerablemente peor.
Para la colocación de los propios paneles se distinguirán dos tipos de tejados: planos e inclinados. Para las cubiertas planas todos los paneles se orientarán hacia el sur y tendrán una inclinación igual a la latitud del lugar, que en este caso es de unos 28º. En cuanto a las cubiertas inclinadas, los paneles se colocarán con una inclinación igual a la inclinación de la cubierta y seguirán la orientación de las cubiertas.
La irradiación sobre un plano inclinado se ha obtenido de nuestras bases de datos, cuyos datos permiten la obtención tanto de la irradiancia difusa (DHI) como la directa normal (DNI), tanto para un plano horizontal como para un plano inclinado. En este caso es importante distinguir entre ambas componentes de la irradiancia, ya que se ven afectadas de manera diferente por las sombras consideradas en el estudio. Para la determinación de la influencia de las sombras en la planta fotovoltaica, se modifican ambos valores de irradiancia, empleando un perfil de alturas (o perfil de sombras) para cada uno de los módulos que componen la planta fotovoltaica. El perfil de altura se calcula para cada uno de los módulos utilizando los datos LIDAR. Para el efecto de la sombra de la DNI se ha representado el perfil de sombras y posición solar en una gráfica de elevación frente a azimut, tal y como se observa en la Figura 3. La posición solar que queda por debajo del perfil de sombra es considerada como DNI nula.
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Además, para la DHI se ha divido la cúpula del cielo en pequeñas partes de igual tamaño en el espacio de azimut y elevación. El total de DHI de cada hora se ha divido entre el número total partes en la que se ha dividido la cúpula del cielo, y, por tanto, es posible obtener el número de trozos cubiertos por el perfil de alturas pudiendo obtener una estimación del total de DHI que llegará a cada uno de los paneles. Así, la irradiación total que llegará a los paneles será la suma de la DHI y DNI tras las pérdidas por sombra,
Una vez obtenida la irradiación tras las pérdidas por sombra, se calcula la energía producida por cada panel teniendo en cuenta las características del panel seleccionado. En este caso hemos usado un panel de nueva generación de la marca Canadian Solar, modelo HiDM de alta densidad de unos 420 Wp de potencia. El modelado de la energía eléctrica producida se calcula usando la siguiente expresión:
𝐸 = 𝐺(𝛼, 𝜀) · 𝐴 · 𝜂 · 𝑃𝑅
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donde • • • •
G es la irradiancia en el plano del panel (Wh/m2) en función de la inclinación (𝜀) y el azimut (𝛼) A es el área (m2) del panel seleccionado η es la eficiencia del panel seleccionado PR es el factor de desempeño (del inglés performance ratio)
El PR tiene en cuenta todas las pérdidas que se producen en el sistema fotovoltaico. Se calcula para cada instante que se realiza la simulación (en nuestro caso, horario) de acuerdo a la siguiente expresión:
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𝑃𝑅 = 𝑃𝑅𝑇𝑒𝑚𝑝 · 𝑃𝑅𝐹𝑟𝑒 · 𝑃𝑅𝐷𝑖𝑠 · 𝑃𝑅𝐶𝐶 · 𝑃𝑅𝐼𝑛𝑣 · 𝑃𝑅𝐶𝐴
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donde: • • • • • •
𝑃𝑅𝑇𝑒𝑚𝑝 es el coeficiente de Rendimiento con la temperatura. 𝑃𝑅𝐹𝑟𝑒 es el coeficiente de Rendimiento por pérdidas Fresnell (ópticas). 𝑃𝑅𝐷𝑖𝑠 es el coeficiente de Rendimiento por pérdidas de dispersión. 𝑃𝑅𝐶𝐶 es el coeficiente de Rendimiento por pérdidas de resistencia serie en CC. 𝑃𝑅𝐼𝑛𝑣 es el coeficiente de Rendimiento por pérdidas de conversión CC/CA (inversor). 𝑃𝑅𝐶𝐴 es el coeficiente de Rendimiento por pérdidas de resistencia serie en CA.
El cálculo de los parámetros económicos de la instalación se ha hecho teniendo en cuenta el coste unitario por unidad de potencia de la planta (en EUR/Wp), la posible subvención que se podría recibir, y la potencia total estimada para la planta en el edificio municipal. El coste unitario empleado, en función de la potencia total de la planta fotovoltaica es: -
Para plantas con potencias menores de 10 kWp, el coste unitario es de 1,2 EUR/Wp Para plantas con potencias entre 10 kWp y 25 kWp, el coste unitario es de 1,1 EUR/Wp Para plantas con potencias mayores de 25 kWp, el coste unitario es de 1,0 EUR/Wp
Por tanto, el coste total de la instalación se calcula mediante: 𝐶 = 𝑃𝑃𝑉 · 𝐶𝑢𝑛𝑖𝑡 (𝑃𝑃𝑉 )
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donde: • • •
𝐶 es el coste total de la instalación 𝑃𝑃𝑉 es la potencia pico final de la planta fotovoltaica 𝐶𝑢𝑛𝑖𝑡 (𝑃𝑃𝑉 ) es el coste unitario en función de la potencia de la planta, de acuerdo a las reglas presentadas en la lista anterior
La cuantía de la subvención se obtiene de acuerdo a las tablas dedicadas al cálculo de instalaciones para autoconsumo colectivo en Administraciones Públicas, del Anexo III del RD 477/2021. Según el RD, las subvenciones posibles para las instalaciones fotovoltaicas en administraciones públicas dedicadas al autoconsumo colectivo son las siguientes: -
Para plantas con potencias menores de 10 kWp, la subvención es de 1.110 EUR/kWp Para plantas con potencias entre 10 kWp y 100 kWp, la subvención es de 835 EUR/kWp Para plantas con potencias entre 100 kWp y 1.000 kWp, la subvención es de 720 EUR/kWp Para plantas con potencias entre 1.000 kWp y 5.000 kWp, la subvención es de 555 EUR/kWp
La subvención máxima a percibir por la planta se calcula de acuerdo a: 𝑆 = 𝑃𝑃𝑉 · 𝑆𝑢𝑛𝑖𝑡 (𝑃𝑃𝑉 )
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donde: • •
𝑆 es la máxima subvención posible 𝑃𝑃𝑉 es la potencia pico final de la planta fotovoltaica 5
•
𝑆𝑢𝑛𝑖𝑡 (𝑃𝑃𝑉 ) es la subvención unitaria en función de la potencia de la planta, de acuerdo a las reglas presentadas en la lista anterior
Finalmente, el coste de la planta con la subvención se obtiene restando las cantidades anteriores: 𝐶𝑆𝑢𝑏 = 𝐶 − 𝑆
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Para la clasificación de edificios se han definido una serie de índices que intentan codificar propiedades del edificio y de la potencial comunidad energética ciudadana que éste podría formar, de una forma fácil de percibir y tratar. Los índices que se han definido son los siguientes: -
Índice según capacidad de la planta fotovoltaica en la cubierta (𝐼 𝑃𝑉 ). Este índice mide la posibilidad o no de que la cubierta sea capaz de albergar una planta fotovoltaico de tamaño máximo (100 kW en este caso) para participar en la CEC. El cálculo del índice es: 𝐼 𝑃𝑉 = min(𝑃𝑃𝑉 /100, 1)
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donde 𝑃𝑃𝑉 es la potencia fotovoltaica posible en la cubierta del edificio -
Índice según el número de viviendas que haya en el área CEC (𝐼 𝑉𝑖𝑣 ). Este índice valora positivamente aquellos edificios en donde la expansión o el lanzamiento de la CEC pueda ser más exitoso dado que hay un mayor número de vecinos que potencialmente se podrían beneficiar de la misma. Se calcula de acuerdo a: 𝐼 𝑉𝑖𝑣 = 𝑛𝑉𝑖𝑣 /max(𝑛𝑇 𝑉𝑖𝑣 )
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donde 𝑛𝑉𝑖𝑣 es el número de viviendas en el área CEC del edificio y 𝑛𝑇 𝑉𝑖𝑣 es el set del número de viviendas de todos los edificios estudiados -
Índice según el potencial de crecimiento de la CEC (𝐼 𝐶𝐸𝐶 ). Este índice valora la posibilidad de crecimiento de una CEC, en cuanto a la instalación de nueva potencia fotovoltaica en las cubiertas de los edificios de los alrededores. El índice se calcula de acuerdo a: 𝐼 𝐶𝐸𝐶 = 𝑃𝑃𝑉,𝐶𝐸𝐶 /max(𝑃𝑇 𝑃𝑉,𝐶𝐸𝐶 )
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donde 𝑃𝑃𝑉,𝐶𝐸𝐶 es el potencial de capacidad fotovoltaica del área CEC del edificio y 𝑃𝑇 𝑃𝑉,𝐶𝐸𝐶 es el set de los potenciales de capacidad fotovoltaica de todos los edificios estudiados. -
Índice compuesto (𝐼 𝑇𝑂𝑇 ). Este índice combina linealmente los tres anteriores. Si se considera que alguna de las cuestiones anteriores es más relevante que las otras, se pueden añadir pesos a la expresión para valorar más un índice que otro. 𝐼 𝑇𝑂𝑇 = 𝐼 𝑃𝑉 · 𝐼 𝑉𝑖𝑣 · 𝐼 𝐶𝐸𝐶
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En esta subsección se explican los ítems de la lista de cada edificio. -
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Datos del edificio o Nombre. Nombre del edificio según la lista del ayuntamiento o Referencia catastral. Referencia catastral corta del edificio/parcela o CUPS22. Código de identificación de los contadores. o Superficie construida del edificio. Superficie construida (contando todas las plantas y/o sótanos) del edificio (m2). o Área geométrica del edificio. Área de la cubierta calculada a partir de los datos GIS (m2). o Estimación de la superficie disponible para FV. Estimación inicial a partir de los datos de área geométrica (m2). o Estimación de la potencia FV posible. Estimación inicial a partir de los datos de área geométrica (kW). o Demanda media diaria. Demanda eléctrica media diaria del edificio a partir de los datos de facturación de Endesa (kWh/día). Datos del área de la comunidad (CEC) o Número de edificios. Número de inmuebles dentro del área CEC. o Número de viviendas. Número de viviendas dentro del área CEC. o Superficie construida. Superficie construida (contando todas las plantas y/o sótanos) de todos los edificios del área CEC (m2) o Área geométrica de todos los edificios. Área de las cubiertas de todos los edificios de la zona CEC calculada a partir de los datos GIS (m2). o Estimación de la superficie disponible para FV. Estimación inicial a partir de los datos de área geométrica (m2). o Estimación de la potencia FV posible. Estimación inicial a partir de los datos de área geométrica (MW). Datos de la planta FV final o Potencia FV final en el edificio. Resultado del algoritmo de colocación de módulos en cubierta (kW). o Producción anual de la planta fotovoltaica. Resultado del modelo de generación eléctrica (kWh) o Irradiación total (sin patrón de sombras). Irradiación anual obtenida de las bases de datos (kWh/m2). o Irradiación total recibida en los paneles. Resultado del modelo del patrón de sombras (kWh/m2) o Ratio de desempeño (PR). Resultado de la ecuación 2 o Producción específica / horas equivalentes. Ratio de energía producida entre la potencia de la planta (similar a horas equivalentes de funcionamiento a potencia pico). o Pérdidas por sombras. Porcentaje de pérdidas debidas a las sombras alrededor del edificio. o Producción media diaria. Producción media diaria de la planta fotovoltaica (kWh/día) o Factor de autoconsumo posible. Ratio entre la producción media diaria y la demanda media diaria del edificio. Datos económicos o Estimación del coste unitario por Wp. Estimación del coste por Wp en función de la potencia total de la planta. El coste unitario es 1.2 €/Wp para plantas menores de 10 kWp, 1.1 €/Wp para plantas entre 10 y 25 kWp, y 1.0 €/Wp para plantas mayores de 25 kW.
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Subvención posible por kWp (RD 477/2021). Cuantía de la subvención según los expuesto en el Anexo III del Real Decreto 477/2021. La cuantía de la subvención es la referente a Administraciones públicas bajo el caso de autoconsumo colectivo. La cuantía económica por unidad de potencia es de 1.110 €/kWp para plantas menores de 10 kWp; 835 €/kWp para plantas entre 10 y 100 kWp; de 720 €/kWp para plantas entre 100 y 1.000 kWp; y de 555 €/kWp para plantas entre 1.000 y 5.000 kWp. o Máxima subvención posible. Resultado de la ecuación 4. o Coste sin subvención. Resultado de la ecuación 3. o Coste incluyendo subvención. Resultado de la ecuación 5. Porcentajes e índices o Porcentaje de la potencia FV total posible. Porcentaje de la potencia FV posible en el CEC sobre el total de todo el municipio o Porcentaje del total de edificios en el municipio. Porcentaje del número de edificios en el CEC sobre el total de todo el municipio o Porcentaje del total de viviendas en el municipio. Porcentaje del número de viviendas en el CEC sobre el total de todo el municipio o Índice de potencia fotovoltaica (𝑰𝑭𝑽 ). Resultado de la ecuación 6 o Índice de número de viviendas (𝑰𝑽𝒊𝒗 ). Resultado de la ecuación 7 o Índice de crecimiento potencial de la CEC (𝑰𝑪𝑬𝑪 ). Resultado de la ecuación 8 o Índice compuesto (𝑰𝑻𝑶𝑻 ). Resultado de la ecuación 9 o
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Finalmente, es necesario hacer algunas clarificaciones acerca de la metodología de los cálculos, y de algunas cuestiones adicionales. En primer lugar, dentro de la lista de edificios seleccionados por el Ayuntamiento, había 39 edificios. Algunos de ellos (por ejemplo, el Campo de Fútbol Los Barranquillos y el Campo de Fútbol 8 de Barranco Hondo), compartían una misma referencia catastral, y, por tanto, se ha optado por quitar una de las duplicidades. A falta de más información o mayor conocimiento de la zona, no podemos asegurar si cada una de las referencias que se han quitado estaban duplicadas o no. Otro caso es el de la “Nave Polígono (obras y servicios)”, cuya referencia catastral no estaba en nuestra base de datos para Candelaria, y al irlo a comprobar a la propia página del catastro, se demuestra que, al menos de acuerdo al catastro, pertenece al municipio de Arafo. La Figura 4 muestra una evidencia del caso en cuestión
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En otros casos, la referencia catastral pertenecía a una parcela en lugar de un edificio (es el caso de la Guardería Municipal los Menceyes), por lo que es probable que las estimaciones iniciales (realizadas con el área total de la parcela) fueran particularmente optimistas. Por último, para hacer la relación de los CUPS con las referencias catastrales, la información de la que se disponía no era de la mejor calidad, ya que las bases de datos del Ayuntamiento y Endesa tenían diferentes direcciones y/o referencias. En cualquier caso, se ha intentado afinar lo máximo posible en la georreferenciación de los mismos, pero no está garantizado que los códigos CUPS y las referencias catastrales pertenezcan al mismo edificio.
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Dado que en el anterior entregable ya se presentaron los rankings de edificios en función de las variables más significativas de la CEC (número de viviendas, número de inmuebles, potencia fotovoltaica, etc.), en este entregable se ha hecho la clasificación atendiendo a los índices sintéticos desarrollados para evaluar la idoneidad o no de los edificios para albergar una Comunidad Energética Ciudadana.
El primer índice (IPV) evalúa hasta que punto es posible que en la cubierta de los edificios seleccionados para el estudio haya una planta fotovoltaica del tamaño máximo posible (100 kW) para participar en una CEC. El índice satura en 1, ya que, aunque en algunos edificios sea posible la instalación de más de 100 kW de potencia fotovoltaica, no es relevante para el caso de uso en una comunidad energética ciudadana.
Como puede observarse, hay varios edificios que podrían albergar una planta de máximas dimensiones en sus cubiertas: IES Punta Larga, CEIP Punta Larga, Pabellón Rosendo Alonso Tapia, Pabellón Pedro Manuel Brito Guanche y el CEIP Príncipe Felipe; todos ellos con un índice de 1.
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El segundo índice evalúa el número de viviendas que hay en los alrededores del edificio, y los compara con el edificio que mayor número de viviendas tiene alrededor. En cierto modo, este índice mide cuán lejos se está del mejor caso en lo que se refiere al número de vecinos que podrían participar en la CEC.
Evidentemente, los edificios que se encuentran en zonas más densamente pobladas salen beneficiados con este índice, mientras que edificios situados en zonas con baja densidad de población aparecen en las partes bajas de la lista.
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El tercer índice valora la posibilidad de crecimiento de la CEC, teniendo en cuenta la superficie de cubiertas disponible para la instalación de potencia fotovoltaica en el área alrededor del edificio. En este caso, se evalúa mejor un mayor número de edificios con gran superficie de cubiertas que una densidad de población más grande (aunque pueden estar correlacionadas entre sí).
Los edificios que se sitúan primero en la lista de este índice, son el Centro de Recuperación Integral (CERI), el Ayuntamiento de Candelaria y el CEIP Punta Larga.
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Por último, el índice compuesto combina los tres anteriores para dar una idea la idoneidad de cada edificio si se tiene en cuenta la combinación de factores que miden los otros índices. En este caso, una idoneidad alta en las otras tres variables estudiadas favorece mejores posiciones en la lista, ya que un resultado bajo (cercano a cero) en cualquiera de los tres anteriores penaliza muchísimo.
En este caso, se puede ver una clara distinción entre lo que serían los mejores edificios (IES Punta Larga, CEIP Punta Larga y Pabellón Rosendo Alonso Tapia), de un segundo grupo de edificios relativamente favorables (Piscina Nadador Juan Cruz, Ayuntamiento de Candelaria y CEIP Príncipe Felipe), seguidos a bastante distancia del resto de edificios. Este índice, dado que es el que más información contiene, es el empleado para ordenar la lista de edificios presentada en la siguiente sección.
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A partir de los resultados presentados, tanto dentro del Entregable 1 como del Entregable 2, se demuestra el gran potencial del municipio de Candelaria para sustentar de forma amplia su futura capacidad de autoconsumo energético a través de una comunidad energética ciudadana que surja del despliegue de energía fotovoltaica en las cubiertas de los edificios de propiedad municipal. También sería recomendable la utilización de otras superficies antropizadas, como los parkings, donde a la capacidad de producir energía eléctrica se unirían otros valores como la proyección de sombras para una mejora de la actividad social, así como dar capacidad de despliegue a los puntos de recarga de vehículos eléctricos. Los siguientes pasos que se recomienda al ayuntamiento dar para que todo esto se pueda convertir en una realidad es comenzar con la tramitación administrativa de los distintos proyectos de instalaciones fotovoltaicas que se considere más adecuadas; llevar en paralelo una campaña de divulgación social, especialmente para hacer entender a la ciudadanía el tipo de modelo de autoconsumo energético que se quiere desarrollar y su potencialidad para llegar a todos los rincones del municipio; y apoyarse para el desarrollo de todo lo anterior en asesoramiento externo o en empresas capaces de llevar a cabo su ejecución de forma exitosa.
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