Sistemas de montagem de telhado de nível respostas para o amplo cenário comercial aberto
Um número crescente de estruturas fotovoltaicas está sendo introduzido em aplicativos de negócios nos EUA. Embora um número significativo de territórios acessíveis nos telhados dos escritórios comerciais sejam vistos como nivelados, mesmo os telhados nivelados têm uma inclinação insignificante para eles. Regularmente, uma subida de 0,25 polegadas em uma corrida de 12 polegadas – aludida como passo de 1/4: 12 – é executada no moinho. Portanto, essas são as mais apropriadamente consideradas aplicações de baixa inclinação. Embora os telhados de tom baixo sejam frequentemente um local de estabelecimento de fantasia para alguns integradores baseados no sol, eles apresentam vários desafios de plano e estabelecimento: vales e bordas para resíduos, os próprios canais, aberturas de ventilação, exaustores, unidades do telhado, verificações e parapeitos. Estes devem ser considerados em meio ao procedimento do plano. Neste artigo, examino as limitações e as contemplações do plano para métodos de montagem de nível no telhado. Além disso, planto respostas de estantes acessíveis financeiramente para uma variedade de estruturas no telhado.
TÉCNICAS DE MONTAGEM
Existem três opções principais ao estender uma exibição fotovoltaica em uma cobertura nivelada: conectada, lastrada e uma opção de cruzamento que utiliza tanto o contrapeso quanto as conexões básicas. O último é frequentemente mencionado como uma estrutura insignificantemente conectada. Cada ha tem suas próprias preferências e desserviços que devem ser pesados uns contra os outros.
Anexado. Um tipo de estrutura fundamentalmente anexado depende das entradas na superfície do telhado e das associações com a vizinhança. Algumas alternativas para conectar a estrutura de estantes ao edifício são acessíveis. Estratégias dignas serão controladas pela estratégia de desenvolvimento do edifício e por uma pesquisa de projeto. As sutilezas da conexão podem incorporar espaçadores soldados ou reforçados, controles coordenados nas matrizes de material ou aço suspensas sobre a superfície do telhado. De vez em quando, a conexão do guia com o aço ou o material sólido da plataforma é basicamente satisfatória; em diferentes casos, é necessária a conexão com suportes ou vigas. Os benefícios das estruturas de rack integradas incorporam diminuição do empilhamento morto à estrutura, a capacidade de criar necessidades explícitas para cargas vivas, alternativas expandidas para inclinação do cluster e a capacidade de exibir uma exposição nivelada, prestando pouca atenção aos destaques dos resíduos na cobertura.
Lastrado. As montagens de lastro dependem unicamente do peso da matriz, do sistema de estantes e de material adicional, como pavimentadoras de concreto, para prender a matriz ao teto. Sua maior vantagem é a falta de penetração no telhado. Isso não elimina a necessidade de trabalhar com um empreiteiro de coberturas, mas pode reduzir significativamente a coordenação necessária entre o instalador e o instalador fotovoltaico. Geralmente, essas matrizes podem ser instaladas mantendo a garantia do telhado. Porém, para fazer isso, a instalação deve ser coordenada com o carpinteiro original ou com um representante aprovado do fabricante do telhado. Os sistemas de lastro precisam ser cuidadosamente analisados devido ao aumento da carga do telhado imposta pela matriz. Além disso, muitos sistemas de lastro serão limitados a uma inclinação de 20 ° ou menos para minimizar as forças de elevação do vento.
Híbrido. Um sistema minimamente conectado, ou híbrido, tira proveito dos recursos anexados e dos reatores. Um sistema de estantes híbrido exigirá um número mínimo de penetrações e algum nível de lastro. O conceito para o sistema híbrido é bastante simples: quanto menos penetrações forem usadas, mais lastro será necessário e vice-versa. Um exemplo da troca entre conexão e reator é publicado no Manual de instalação do UniRac RapidFoot. O pé de fixação RapidFoot tem uma classificação máxima de elevação de 1.200 libras. A instalação de um acessório RapidFoot por 15 módulos resulta em uma redução de lastro de 3,84 libras por pé quadrado, enquanto um acessório a cada seis módulos reduz o requisito de lastro em 8,70 libras por pé quadrado. Isso permite que o projetista do sistema otimize o design do sistema de estantes com base em fatores de construção conhecidos, como seu limite de suporte de carga e o espaçamento de seus membros de suporte estrutural.
SISTEMAS DE RACKING ANEXOS
Em alguns casos, os sistemas conectados podem ser a única opção disponível para os designers. Comparados aos sistemas de lastro, por exemplo, os suportes montados estruturalmente resultam na menor carga morta para o edifício. Para projetos em que minimizar o carregamento morto é um fator determinante, um sistema de estantes solares anexado é ideal. Áreas com ventos fortes também podem exigir uma solução de montagem acoplada. Mesmo em zonas de vento moderado, muitas vezes é necessário um apego positivo ao edifício para que o conjunto incline acima de 20 °.
Os racks com estrutura fixa oferecem muitas vantagens. Em telhados planos na América do Norte, por exemplo, alcançar a produção de energia ideal por capacidade de matriz geralmente requer uma solução em anexo. Esses sistemas de estantes têm a flexibilidade adicional de tornar a inclinação e a orientação da matriz independentes da plataforma do telhado. Isso significa que a matriz pode ser nivelada, o que é visualmente atraente. Isso também significa que é menos provável que o sistema de estantes interfira na capacidade do telhado de derramar água ou detritos. Não apenas a matriz pode atravessar uma crista ou vale ao longo do telhado, mas também os drenos do telhado podem ser mais facilmente evitados. A manutenção, substituição e reparo do telhado também podem ser mais simples com um sistema montado estruturalmente. Em geral, o ângulo da matriz pode ser determinado no design inicial. Em alguns casos, o ângulo de inclinação pode ser ajustado após a instalação. Os módulos geralmente podem ser organizados na orientação paisagem ou retrato com um número variável de módulos em um determinado rack.
Quaisquer que sejam os critérios de seleção, os designers podem escolher entre vários sistemas de estantes com estrutura fixa.
DPW Solar. As montagens de teto / terra POWER-FAB estão disponíveis em uma variedade de configurações, fabricadas pela Direct Power and Water. Como o nome sugere, essa é uma estrutura de montagem apropriada para uso no solo ou no telhado. Neste último caso, o telhado em si serve como base. O rack utiliza ângulo estrutural de alumínio e hardware de aço inoxidável. As opções de anexos são pés em L, idealmente usadas em conjunto com balaustradas. A linha de produtos oferece pernas de peça única ou telescópicas. Um ângulo de inclinação de 20 ° a 65 ° é padrão.
Produtos solares profissionais (ProSolar). A ProSolar fabrica sistemas de rack SolarWedge e Solar Wedge XD. Ambos os sistemas foram projetados para aplicações de ângulo de inclinação baixo em telhados planos. O Solar Wedge XD utiliza um trilho mais profundo e permite vãos de fixação de até 8 pés. As bases foram projetadas para trabalhar em conjunto com o trilho de suporte ProSolar e oferecer hardware de nivelamento integrado. As opções de ângulo da matriz são 5 °, 10 ° ou 15 °. Os componentes são de aço inoxidável e alumínio.
RoofScreen. O sistema de estantes solares da RoofScreen é um sistema de estantes comerciais e modulares, projetado para minimizar a penetração no telhado. Cada sistema é projetado e desenvolvido de acordo com os requisitos específicos do trabalho e vem com um conjunto de planos certificados. A Allied Tube and Conduit, uma divisão da Tyco, fornece tubos de aço galvanizado especialmente pelo design do sistema. Os rodapés consistem em um suporte de base em comprimentos variados para diferentes isolamentos, um conjunto de pisca e base.
Schletter. O sistema de teto plano da Schletter acomoda uma ampla variedade de aplicações, incluindo fixação estrutural. As opções conectadas da Schletter incluem o FR-CompactVario e o FR-Connect-DT. As opções de acessórios variam de acordo com o tipo de telhado. A Schletter oferece uma variedade de pernas de suporte para inclinação, dependendo do módulo usado, bem como diferentes racks de suporte para comprimentos variados entre as penetrações no telhado. O suporte ao design inclui a ferramenta de configuração do AutoCalculator e o ShadeCalculator para determinar o espaçamento entre linhas.
UniRac. O UniRac oferece duas soluções de montagem acopladas estruturalmente. A primeira é uma versão inclinada do sistema de trilhos SolarMount, com opções de ângulo de inclinação alto ou baixo. Pernas ajustáveis também estão disponíveis. Os anexos fornecidos pelo fabricante incluem espaçadores e o FastFoot, que é anexado a decks de concreto, metal ou madeira. A segunda opção de rack conectada estruturalmente é o sistema UniRac Large Array (U-LA). A estrutura de montagem U-LA deve ser usada em um aplicativo de montagem no solo ou em telhados. Os componentes U-LA, em combinação com o tubo de aço fornecido pelo contratado, formam uma estrutura de suporte em forma de treliça. Os trilhos UniRac SolarMount são usados para montar os módulos fotovoltaicos. Projetada para acomodar uma ampla gama de aplicações, esta é uma solução de montagem altamente personalizável, que pode ser projetada para percorrer longas distâncias ou para suportar ventos fortes.
SISTEMAS DE RACKING BALASADOS E HÍBRIDOS
A principal vantagem dos sistemas de estantes com lastro é a redução ou eliminação das penetrações no telhado. Mas há outras vantagens também. Esses sistemas geralmente resultam em menores custos de mão de obra, pois geralmente são mais rápidos de instalar. A economia total de mão-de-obra pode até exceder o aumento do custo do material para o sistema de estantes. São soluções de montagem de baixo perfil e baixo ângulo de inclinação. Por esse motivo, raramente são visíveis do solo, especialmente onde existe um muro de parapeitos. Nos casos em que uma solução com lastro a 100% não é possível ou desejável, muitos fabricantes de estantes com lastro fornecem um detalhe de anexo projetado para uso com seu produto. À medida que o número de âncoras aumenta, a quantidade de lastro necessária para esses sistemas é reduzida.
Embora esses sistemas sejam personalizáveis e convenientes, eles não são adequados para todas as aplicações. A estrutura do telhado pode não suportar a carga morta adicional. Os sistemas de estantes com lastro também têm suas próprias limitações inerentes, conforme especificado pelo fabricante. Existem restrições básicas de velocidade do vento, por exemplo, limites de classificação sísmica e limites na categoria de exposição do site. Além dessas limitações de engenharia, também existem certas condições do local que o fabricante de estantes de lastro pode não suportar. As restrições comuns do local podem incluir requisitos de recuo da borda e do canto do telhado, inclinação máxima permitida do telhado e altura máxima de construção de 60 pés.
Em alguns casos, existem restrições de formato da matriz especificadas pelo fabricante. Layouts não autorizados e até alterações de layout não aprovadas podem anular a garantia do fabricante do rack. Felizmente, muitos fabricantes têm ferramentas de configuração ou fornecem suporte de design ao instalador. Em muitos casos, a localização dos materiais de lastro varia das bordas ao meio do sistema de estantes, por exemplo, por isso é muito importante seguir os planos fornecidos pelo fabricante e todas as diretrizes de projeto e instruções de instalação.
A seguir, é apresentada uma breve pesquisa com os fabricantes de soluções de estacas com lastro ou minimamente instaladas. Estes são produtos de alumínio com ferragens de aço inoxidável que são adequados para aplicações de telhado plano comercial de escala variável. A maioria das garantias é válida por 10 anos, mas as garantias finais podem ser mais breves.
DPW Solar. A Direct Power and Water fabrica dois produtos de rack totalmente lastrados no local. A montagem no teto com lastro POWER-FAB é uma família de produtos não penetrante, mais apropriada para configurações de pequenos arranjos. Esta linha de produtos pode acomodar ângulos de inclinação de até 45 ° e foi projetada para velocidades máximas do vento de 90 mph e categoria de exposição C. A parte inferior do rack é coberta com borracha EPDM para aumentar o atrito e proteger o teto. O POWERFAB Power Tube CRS é um sistema de estantes de baixo perfil projetado especificamente para instalações comerciais. O CRS do Power Tube acomodará uma velocidade de vento de projeto de 125 mph em uma inclinação de 5 ° e uma velocidade de vento de 90 mph em uma inclinação de 10 °. Em qualquer ângulo de inclinação, ele foi projetado para a categoria de exposição C e a zona sísmica 4. Cada trilho norte-sul do tubo de alimentação é instalado com uma faixa de EPDM na parte inferior. Essas almofadas resistentes a UV protegem o teto e aumentam o coeficiente de atrito do sistema. As almofadas de EPDM também são aderidas à superfície inferior das bandejas de lastro.
Krannich Solar. O sistema de montagem K2 totalmente lastrado para coberturas planas disponível na Krannich Solar é normalmente configurado para ângulos de inclinação de 10 °, 15 ° ou 20 °. Ângulos de inclinação mais altos são uma opção se o teto suportar a carga. O design básico é um triângulo de montagem localizado sobre trilhos planos que contêm os materiais de lastro necessários. Poucas ferramentas são necessárias para a montagem. O hardware fornecido, como parafusos de cabeça T, simplifica a instalação.
PanelClaw. O Polar Bear é o primeiro sistema comercial de montagem em teto plano disponível no PanelClaw. O hardware Panel-Claw, do qual a empresa leva seu nome, agarra o interior da estrutura do módulo em quatro cantos. Os módulos se inclinam na base de suporte para facilitar a instalação e manutenção. Este sistema utiliza uma arquitetura não-ferroviária com uma baixa contagem de componentes. Um defletor de vento traseiro é utilizado. O sistema de estantes Polar Bear é aceitável para as categorias de exposição ao vento B, C e, mediante solicitação, D. É compatível com EPDM, TPM, PVC e telhados de alcatrão e cascalho. Uma opção de conector de teto está disponível para projetos com fixação mínima. A inclinação da matriz varia dependendo da largura do módulo, mas uma faixa de 10 ° a 15 ° é típica.
Schuco. O SolarEZ Flatroof Mounting System é um sistema de estantes comerciais com lastro da Schuco. Ele acomodará cinco ângulos de inclinação da matriz que variam de 7,5 ° a 37,5 °. O sistema foi projetado para acomodar cargas de neve de até 30 libras por pé quadrado. Também pode acomodar velocidades de vento de até 120 mph. O sistema pode ser projetado para as categorias de exposição B, C ou D. O manual de instalação explica como calcular os requisitos de lastro. A fixação estrutural ao telhado também pode ser acomodada.
Schletter. O FR-Windsafe é o sistema de rack de teto plano com lastro ou minimamente instalado disponível na Schletter. O sistema inclui um defletor traseiro para minimizar as cargas de elevação do vento. Uma variedade de opções de acessórios estão disponíveis, dependendo do tipo de telhado. As ferramentas de configuração mencionadas anteriormente ajudam no layout da matriz e nos desenhos esquemáticos.
SunLink Corporation. The SunLink commercial flat roof mounting system is a non- or minimal-penetrating system that utilizes a unique panelized architecture. Once installed, these panels of modules tilt up, making array wiring or roof access and maintenance easier. Flashable posts with a stainless steel clamp arm are used for making mechanical attachments. Wind deflectors are installed on the north end of the array. Array tilt angles of 5°, 10°, 15° or 20° are possible. Design support and as-built documents are provided by the manufacturer, as is a 15-year standard product warranty.
SunLink Corporation. O sistema comercial de montagem em teto plano SunLink é um sistema de penetração mínima ou não que utiliza uma arquitetura em painéis exclusiva. Uma vez instalados, esses painéis de módulos são inclinados, facilitando a fiação do array ou o acesso e a manutenção do telhado. Postes flashable com um braço de braçadeira de aço inoxidável são usados para fazer acessórios mecânicos. Os defletores de vento são instalados na extremidade norte da matriz. São possíveis ângulos de inclinação da matriz de 5 °, 10 °, 15 ° ou 20 °. O suporte ao projeto e os documentos incorporados são fornecidos pelo fabricante, assim como uma garantia padrão de 15 anos do produto.
UniRac. O RapidRac G10 da UniRac é um sistema de montagem com lastro e baixa contagem de peças para telhados planos comerciais. O produto utiliza um ângulo de inclinação fixo da matriz de 10 °. Oferece aterramento WEEB integrado e suporta o uso de laminados fotovoltaicos. O suporte inclui um estimador online e uma ferramenta de configuração. A documentação de conformidade com o código está incluída no manual de instalação. Com muitos anexos RapidFoot, o RapidRac G10 pode ser instalado com a leveza de 2 libras por pé quadrado; ele também pode ser instalado como um sistema de lastro total e sem penetração, com uma carga de telhado mais alta.
Produtos proprietários. Nem todos os sistemas de rack de teto plano comercial e com lastro estão disponíveis através de vendas diretas ou distribuição. Em alguns casos, os integradores são suportados diretamente pelos fabricantes de módulos com soluções proprietárias de rack. O sistema de estantes Schott Solar FS é um exemplo notável. O sistema de estantes FS da Schott é usado principalmente com a série de módulos ASE-300 da empresa e está disponível através de vendas diretas. Os produtos de estantes comerciais desenvolvidos pela PowerLight, como as telhas PowerGuard, também estão disponíveis para os revendedores comerciais SunPower. Esses produtos são notáveis em parte porque foram implantados em campo por um período relativamente longo.
DESIGN DRIVERS
Ao iniciar o processo de projeto, o objetivo do sistema fotovoltaico deve ser claramente identificado. O cliente precisa de um número mínimo de kilowatt-hora gerado, como é o caso em muitos projetos LEED? Foi determinado um tamanho de sistema em kW, como é comum em situações de RFP? Ou o cliente está procurando o maior sistema possível? Problemas estéticos, como visibilidade da rua, podem influenciar a seleção de produtos. Questões estruturais também podem ditar certas abordagens. Este seria o caso se o teto não pudesse suportar estruturalmente um sistema de montagem com lastro. Muitas vezes, uma combinação de considerações de design precisará ser levada em consideração.
Como designer ou integrador de PV, sua entrada nesses drivers de design ajudará a orientar o cliente para um sistema ideal. Em uma situação em que o rendimento energético precisa ser maximizado em um espaço limitado, por exemplo, produtos de película fina podem ser eliminados. Pode haver aplicações em que o uso de um produto integrado à membrana de cobertura seja a solução mais vantajosa (consulte a barra lateral). Além disso, o conhecimento dos requisitos locais do departamento de construção e planejamento ajudará a estabelecer algumas diretrizes básicas do sistema.
A familiaridade com o departamento de planejamento local e seus requisitos pode economizar uma série de dificuldades e redesenhar de antemão. Alguns municípios exigem que todo o equipamento da cobertura não seja visível do nível da rua. Enquanto as unidades de cobertura tradicionais (UTRs), como sistemas de HVAC, podem ser colocadas atrás das telas do telhado, geralmente as matrizes fotovoltaicas não podem ser ocultadas dessa maneira. Portanto, pode ser necessário que o painel fotovoltaico seja inferior a qualquer parede parapeito para ocultá-lo adequadamente. O inversor e o equipamento associado também podem ser motivo de preocupação para o departamento de planejamento. Considerações cuidadosas, documentação adequada e comunicação clara serão necessárias se algum desses equipamentos for colocado fora e à vista do público.
Além dos requisitos do cliente e do AHJ local, a seguir, considerações importantes de design para qualquer instalação fotovoltaica em um telhado plano.
Tipo de telhado. Existem vários conjuntos de telhados planos comuns que os instaladores podem encontrar em instalações comerciais, como coberturas montadas (BUR), coberturas de betume modificado (MB) e sistemas de coberturas com múltiplas membranas.
O BUR é um dos tipos mais comuns de métodos de cobertura de baixa inclinação. O BUR consiste em duas ou mais camadas de estacas de reforço de feltro cobertas com uma folha de cobertura ou agregado, muitas vezes asfalto. Outro método é o MB, que consiste em uma ou mais camadas de folhas de asfalto modificadas por polímeros. As folhas são aderidas ou fixadas mecanicamente ao substrato ou mantidas no lugar com uma camada de lastro.
Outro método popular de cobertura é o uso de uma membrana como borracha sintética como EDPM ou um termoplástico como poliolefina termoplástica (TPO) ou cloreto de polivinil (PVC). Cada tipo pode ser usado em aplicações de baixa inclinação e possui qualidades semelhantes. Ao instalar PV nessas superfícies do telhado, é imperativo trabalhar em conjunto com um empreiteiro de coberturas devidamente licenciado para manter a garantia do telhado.
Antes de especificar um sistema fotovoltaico em qualquer um desses tipos de telhado, verifique se você selecionou uma solução de rack compatível com o próprio telhado. Nos sistemas de lastro, uma folha de deslizamento é frequentemente usada entre o teto e o sistema de estantes. É importante garantir que o material da chapa deslizante seja compatível com a cobertura. Verificar a compatibilidade pode significar consultar o fabricante do telhado. Isto é especialmente verdade com telhados de membrana.
PV integrado na membrana do telhado
Com o aumento do uso de telhados de membrana, como vinil e TPO, integradores fotovoltaicos, proprietários de edifícios e arquitetos estão ansiosos para incorporar sistemas elétricos solares nesses telhados. Através do uso de módulos BIPV, esses telhados podem ter penetrações mínimas ou considerações de carga. Normalmente, as tecnologias de filmes finos – silício amorfo (aSi) em particular – são usadas nessas aplicações, embora existam módulos cristalinos para uso em matrizes BIPV em telhados planos.
Alguns dos benefícios imediatos de tais sistemas incluem a integração do painel fotovoltaico no teto e, assim, a eliminação do dano potencial associado à adição de um painel ao teto de membrana. O elemento estrutural é quase eliminado devido ao baixo peso adicional adicionado à superfície do telhado. Dependendo das características de sombreamento do telhado, uma parte maior do telhado pode estar disponível para a instalação de energia fotovoltaica, pois os problemas de carga de vento da borda do telhado serão minimizados.
A primeira troca que vem à mente da maioria dos instaladores é a produção de energia reduzida devido à montagem do conjunto plano. Dependendo da localização geográfica, isso pode ter um impacto significativo quando comparado a uma matriz montada em um ângulo discreto, como 5 ° ou 10 °. Há também a preocupação com as altas temperaturas das células devido à falta de fluxo de ar ao redor das células. Outra desvantagem é a redução da produção devido à coleta de sujeira e detritos na matriz. O fato de os produtos aSi tenderem a tolerar calor e sombreamento melhor que os produtos cristalinos pode aliviar algumas dessas preocupações.
A coordenação entre o contratante do telhado e o contratante elétrico será ainda mais importante quando o painel fotovoltaico estiver integrado ao telhado. Embora as matrizes BIPV estejam se tornando mais populares, elas não são tão comuns quanto as instalações tradicionais de módulos emoldurados. Com uma instalação de módulo emoldurado, os rodapés e os sistemas potencialmente de estantes podem ser manuseados diretamente pelo empreiteiro de coberturas ou construções, com uma entrada limitada do eletricista. Com os produtos BIPV, ambas as partes precisam estar em constante comunicação – possivelmente trabalhando juntas diretamente – para verificar as técnicas de instalação adequadas.
Os fabricantes de produtos BIPV para aplicações de telhado plano incluem o seguinte..
Energia aberta. Localizada em Grass Valley, Califórnia, a Open Energy fabrica um produto BIPV que utiliza células cristalinas encapsuladas em uma membrana fotovoltaica. Os módulos utilizam conectores Multi Contact localizados na parte superior do módulo. Isso permite que as conexões de fiação sejam feitas na superfície do telhado, minimizando a penetração no telhado. Os módulos listados em 450 W com uma pegada relativamente grande (48 polegadas x 96 polegadas) ainda mantêm um peso distribuído inferior a 1,7 libras por pé quadrado.
Condição do telhado. Naturalmente, os sistemas fotovoltaicos, especialmente aqueles com reator no local, devem ser instalados apenas em telhados em boas condições. Isso significa verificar a idade do telhado e o comprimento restante de quaisquer garantias. Isso também significa inspecionar o telhado quanto a estresse, danos ou outros problemas existentes. Observe se e onde a água está refletindo, por exemplo, fazendo anotações e fotos. Observe também a condição dos detalhes da borda e piscando. Essas notas e fotografias podem ser úteis mais tarde.
Outra consideração importante é o desgaste do telhado resultante da instalação fotovoltaica real. Papelão ou material de folha deslizante podem ser usados para minimizar o desgaste em áreas de tráfego intenso. Os rolos de passagem de telhado de espaguete amarelo são comumente usados para proteger um telhado plano durante a instalação de um sistema fotovoltaico. Sempre que perfurar ou cortar, certifique-se de coletar as aparas de metal. Por fim, nunca arraste os componentes para o lugar em qualquer telhado. Sempre levante e coloque os componentes em um esforço para preservar a integridade do telhado.
Lembre-se de que, mesmo que o fabricante do telhado forneça um pedido, nem todos os fabricantes de estantes suportam seus produtos em todos os sistemas de cobertura. Leia as instruções de instalação do fabricante e entenda as restrições específicas de aplicativos relevantes para o seu projeto. Isso é especialmente verdadeiro ao especificar ou implantar um sistema de rack com lastro, que tem um impacto maior na membrana ou no sistema de cobertura do que em um sistema conectado.
Os integradores fotovoltaicos também desejam contratar o instalador original do telhado ou outro contratado aprovado pelo fabricante. Os empreiteiros de coberturas verificarão se o telhado está em boas condições antes do início do projeto; depois que a instalação fotovoltaica estiver concluída, eles farão uma inspeção de acompanhamento do telhado. Solicite um relatório escrito para as duas visitas. Esse subcontratado também selará as penetrações necessárias para os sistemas de estantes conectados ou corrigirá as penetrações acidentais da membrana. Para se preparar da melhor forma para o inesperado, peça sempre que o contratante da cobertura forneça aos técnicos de instalação fotovoltaica um produto selante adequado e instruções para remendar temporariamente o material da cobertura. Os trabalhadores devem marcar quaisquer correções temporárias e rastrear esses locais para que sejam facilmente localizados posteriormente. Isso permitirá que o empreiteiro de coberturas faça todos os reparos no telhado em uma única visita ao local na conclusão do projeto.
Ângulo baixo vs. ângulo alto. Se foi tomada a decisão de instalar os módulos emoldurados a um ângulo da superfície do telhado, uma das primeiras considerações de projeto é determinar o ângulo certo para montar a matriz. Para maximizar a produção de energia do painel fotovoltaico, o ângulo ideal – geralmente próximo à latitude do local – pode exigir distâncias significativas entre as linhas para eliminar o sombreamento entre linhas. (Consulte “Cálculo do espaçamento entre fileiras”, revista SolarPro de dezembro / janeiro de 2009.) Em áreas com queda de neve substancial, pode ser necessário um ângulo de inclinação aumentado para eliminar a neve da matriz com eficiência.
Estruturalmente, a maior troca por um ângulo de inclinação aumentado é o aumento da carga de vento que a matriz experimentará. Pode haver forças significativas de elevação impostas à matriz, dependendo da localização da matriz e da categoria de exposição ao vento. Se o rack PV for lastrado, isso resultará em uma maior carga morta no edifício; se for estruturalmente conectado, poderão ser necessários mais anexos. O fabricante do rack ou um engenheiro precisa determinar se devem ser utilizados materiais de bitola mais pesada que cubram os pés.
Um ângulo de inclinação mais baixo geralmente é melhor quando se deseja um sistema de rack com lastro. As cargas vivas impostas à matriz serão minimizadas nessa situação, resultando em pesos de lastro reduzidos ou menos penetrações no telhado para manter a matriz no lugar. A montagem do conjunto em um ângulo de inclinação menor reduz a exposição ao vento e os requisitos estruturais. Também reduz o rendimento potencial de energia por capacidade instalada da matriz.
Embora isso pareça lamentável, há uma troca interessante no trabalho. Reduzir a inclinação da matriz minimiza o sombreamento entre linhas. Isso permite que as linhas de módulos sejam montadas mais próximas, maximizando efetivamente a capacidade disponível da matriz. A densidade de energia do telhado aumenta à medida que a inclinação da matriz é reduzida. Aumentar a quantidade de energia que um telhado pode facilitar geralmente também aumenta sua colheita anual de energia.
Uma verificação rápida de um cenário de telhado plano em Portland, Oregon, ilustra isso. De acordo com o PVWATTS, uma matriz montada a 30 ° – quase ideal para o rendimento energético – produzirá 6% mais energia anual em comparação com uma matriz da mesma capacidade montada a 10 °. Porém, dada a área limitada do telhado, o ângulo de inclinação do PV mais baixo permitirá até 50% a mais de capacidade da matriz. É um local em que 1.080 kWh é produzido anualmente por kW de pico instalado. Portanto, nesse cenário, os módulos adicionais montados em um ângulo mais baixo resultarão em um sistema geral maior e em valores mais altos de produção de energia.
Com inclinação de 30 °:
8 linhas de 12 módulos = 96 x 175 Wp = 16,8 kWp
16,8 kW x 1.080 kWh / ano / kWp = 18.144 kWh / ano
A 10 ° de inclinação:
12 linhas de 12 módulos = 144 x 175 Wp = 25,2 kWp
25,2 kW x 0,94 x 1.080 kWh / ano / kWp = 25.583 kWh / ano
Manutenção. Outra consideração inicial para os designers é o nível de manutenção do sistema que o cliente está disposto a executar. À medida que mais e mais sistemas são especificados e vendidos pela produção de energia, e não pelo tamanho inicial do sistema, a manutenção – principalmente os módulos de limpeza – se torna uma consideração importante. Deixar a chuva lidar com a lavagem dos módulos pode não ser suficiente para alguns sistemas comerciais. A localização da matriz desempenhará um papel importante nessa decisão. Em instalações em ambientes agrícolas, por exemplo, onde há um alto nível de poeira e material particulado na matriz, os módulos precisam ser limpos com freqüência para manter a matriz em seu pico. Estudos foram realizados sobre perdas associadas à sujeira com resultados variados. Cada local exigirá uma avaliação do potencial de sujidade e dos melhores métodos para mitigar o problema. Em alguns casos, aumentar a inclinação reduzirá a sujeira, especialmente na borda inferior da matriz.
Considerações sobre o carregamento do telhado. O elemento estrutural dos sistemas fotovoltaicos na cobertura pode ser um dos mais difíceis de serem superados por designers e integradores. Quase todas as estruturas comerciais do telhado precisam ser analisadas por um engenheiro estrutural para verificar a capacidade do telhado de suportar qualquer carga adicional. A Sociedade Americana de Engenheiros Civis (ASCE) publica as Cargas Mínimas de Projeto para Edifícios e Outras Estruturas (ASCE 7-05) para estabelecer as cargas de projeto usadas nos EUA. Muitas jurisdições usam o Código Internacional de Construção (IBC) como uma diretriz, que por sua vez faz referência à ASCE 7-05. Também é muito comum que as jurisdições tenham requisitos adicionais baseados no IBC acima e além dos requisitos gerais. O IBC atual foi lançado em 2006 e, como o NEC, é lançado em um ciclo de três anos.
As cargas a serem consideradas incluem cargas mortas do painel fotovoltaico e equipamentos associados, bem como cargas vivas, como vento, neve, chuva e eventos sísmicos. O IBC possui definições específicas para cargas – cargas vivas, cargas mortas e cargas nominais – que terão um impacto no design da matriz. Para avaliar adequadamente o sistema fotovoltaico, o engenheiro precisa ter um entendimento da matriz fotovoltaica a ser instalada, locais aproximados para todos os equipamentos no telhado e o plano estrutural construído para o edifício.
A primeira carga a ser considerada é a carga morta do painel fotovoltaico. Normalmente, um módulo emoldurado e um sistema de estantes de penetração associado adicionarão menos de 3 libras por pé quadrado. Embora isso possa parecer uma carga mínima, a combinação de carga morta do painel fotovoltaico mais cargas vivas, como vento, eventos sísmicos e carga de neve, precisa atender aos níveis mínimos prescritos por código para atender aos requisitos da ASCE e IBC. Geralmente, os sistemas de estantes com lastro terão cargas mortas superiores a 5 libras por pé quadrado; dependendo das variáveis do local, um sistema de lastro pode exigir cargas mortas excessivamente grandes.
O carregamento do vento é outra consideração significativa. O IBC publica um mapa dos EUA, IBC Figura 1609, que indica as velocidades básicas do vento a serem usadas nos projetos. Os valores listados são velocidades de vento rajada de 3 segundos de design nominal a uma altitude de 33 pés em uma área classificada como exposição C (terreno aberto com obstruções dispersas). A carga do vento pode ter um grande impacto nas características da matriz fotovoltaica – ângulo de inclinação, localização da matriz e método de montagem, em particular. As cargas de vento projetadas em partes da costa sudeste dos EUA são baseadas em uma velocidade de vento de 150 mph, por exemplo, enquanto a velocidade de vento projetada na costa oeste é tão baixa quanto 85 mph. Em regiões eólicas especiais, a autoridade local determina os requisitos exatos.
O tamanho da matriz fotovoltaica será parcialmente determinado pelo vento carregado na borda do edifício. As arestas das estruturas do telhado têm cargas de vento maiores que o centro do telhado, exigindo considerações estruturais adicionais mais próximas da borda do telhado. Os testes de túnel de vento podem ajudar a definir as forças de arrasto e elevação impostas ao conjunto. Os fabricantes de estantes geralmente têm esses dados disponíveis para cálculos de engenharia. Os China Solaracks são os principais fabricantes de estantes solares que fornecem instruções detalhadas de projeto e instalação, que incluem requisitos de revés de borda ou canto. Muitas vezes, é necessário material de lastro adicional nessas regiões com um sistema de estacas de lastro.
Cargas de neve são outra consideração de carga variável. As matrizes fotovoltaicas montadas em ângulo com a superfície do telhado distribuem a neve de várias maneiras. A neve tenderá a deslizar ao longo do telhado e a se acumular na parte traseira dos módulos, aumentando a carga no telhado. Também é possível que a matriz colete neve durante uma tempestade e depois derrame a neve assim que o sol sair. Isso aumentará o ponto de carregamento na parte frontal da matriz. O IBC possui requisitos mínimos de carga de neve listados em um mapa dos EUA. Muitas áreas geográficas têm vários valores de carga de neve listados, com base em elevações. Existem outros locais no mapa listados como CS, uma abreviação de “estudo de caso”. Nessas áreas, o departamento de construção local publica os valores de carga de neve necessários.
Cargas sísmicas também devem ser levadas em consideração nos cálculos estruturais. A ASCE 7-05 e a Seção 1613 do IBC abrangem as cargas de terremotos e as categorias de projeto sísmico. Para atender aos requisitos sísmicos com um sistema de lastro, a ASCE 07-05, seção 13.4 precisará ser abordada. As jurisdições locais geralmente prescrevem requisitos, variando do uso do peso do lastro como único meio de colocação até a exigência de uma combinação de lastro e penetração mínima no telhado.
Quanto telhado você pode cobrir? Um desejo comum que os designers de PV encontram é encher o telhado com o máximo de energia solar possível. Embora seja tentador fazer uma análise de sombreamento do telhado e depois encontrar uma maneira de preencher todos os cantos não sombreados, isso geralmente não é considerado uma boa prática e não conquistará nenhum amigo das equipes de construção ou manutenção.
Os telhados não são um terreno árido onde ninguém jamais se aventurará novamente. Muitas vezes, a HVAC existente e outras RTUs exigirão manutenção. É importante lembrar que haverá pessoas no telhado e você não deseja que o painel fotovoltaico seja comprometido de maneira alguma devido a folgas, ou falta delas, ao redor do equipamento da cobertura. É comum ver pontos de amarração embutidos no teto para lavadoras de janelas. Se houver, é melhor não colocar um painel fotovoltaico entre eles e a borda do telhado. Se houver apoios de pé existentes no telhado, também é uma boa prática de projeto evitar impedir esses caminhos.
Sempre deve haver passarelas projetadas no painel fotovoltaico. Isso é útil tanto para a equipe de instalação quanto para futuros técnicos de manutenção. Esse pessoal provavelmente terá cintos de ferramentas e caixas de ferramentas a reboque, portanto, deve haver algumas passagens largas o suficiente para esse nível de atividade. As pessoas devem poder passar uma pela outra sem danificar a matriz. Independentemente do espaço entre as linhas, é uma boa prática fornecer caminhos para que as pessoas não fiquem tentadas a criar atalhos através da matriz. Se a distância entre as fileiras for suficiente para passarelas, considere cuidadosamente os trechos de conduítes e estantes entre as fileiras. O conduíte elevado deve ser considerado um risco de tropeço e rotulado quando apropriado, especialmente nos cruzamentos com as passarelas.
Outra prática recomendada é definir um perímetro em torno das UTRs para permitir fácil acesso em todos os lados do equipamento. Um revés mínimo geral de 4 pés é um bom valor-alvo. Também haverá requisitos mínimos da NEC para folgas de trabalho em torno dos componentes ativos; O artigo 110 define esses requisitos com base na tensão nominal para o terra. O NEC determina um mínimo de 3 pés de profundidade de trabalho. Se um perímetro mínimo em torno dessas unidades for estabelecido, independentemente do sombreamento, o painel fotovoltaico não impedirá as outras unidades mecânicas localizadas no telhado.
Por último, mas não menos importante, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) impõe requisitos para a segurança das equipes de instalação e manutenção. A distância que os trabalhadores estão da borda do telhado determina se eles devem ou não ser presos. Dependendo do layout da matriz e do tráfego de pedestres no telhado, esse requisito pode não só se aplicar durante a instalação, mas também durante futuras chamadas de serviço. Os contratempos e os requisitos de proteção contra quedas geralmente são determinados pela altura da parede do parapeito. Como regra geral, qualquer trabalhador a menos de um metro e meio da borda do telhado precisará ser aproveitado, mas a altura da parede do parapeito ao redor pode exigir requisitos diferentes de contratempo. O contratante instalador deve verificar a conformidade antes do início da construção.
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