I tetti piani offrono spazio prezioso per installazioni solari commerciali, industriali e residenziali. Tuttavia, la progettazione di una struttura di montaggio fotovoltaica affidabile su un tetto piano richiede molto più del semplice posizionamento dei pannelli solari su un tetto. Prima dell'installazione è necessario considerare la disposizione di montaggio, le condizioni del tetto, l'esposizione al vento, il carico di neve, il peso della zavorra, l'orientamento dei moduli e le connessioni strutturali.

Un adeguatamente progettato sistema di montaggio solare su tetto piano può migliorare la sicurezza dell'installazione, proteggere il tetto, ottimizzare lo spazio disponibile e fornire stabilità strutturale a lungo termine. Kseng offre una gamma di soluzioni di montaggio su tetto piano, comprese strutture di montaggio zavorrate e regolabili progettate per diverse esigenze di progetto.

Questa guida spiega i principi chiave del layout della struttura di montaggio del fotovoltaico su tetto piano e della progettazione del carico , aiutando gli sviluppatori solari, gli appaltatori EPC, gli installatori e i proprietari di edifici a comprendere i fattori più importanti quando si pianifica un progetto fotovoltaico su tetto.

Che cos'è una struttura di montaggio fotovoltaica su tetto piano?

Una struttura di montaggio fotovoltaica su tetto piano è la struttura di supporto utilizzata per fissare i moduli fotovoltaici su un tetto con pendenza naturale minima o nulla. A differenza degli impianti solari su tetto spiovente, i sistemi su tetto piano di solito richiedono che la struttura di montaggio crei un angolo di inclinazione del modulo appropriato trasferendo al tempo stesso i carichi strutturali in modo sicuro sul tetto.

Un tipico sistema di montaggio su tetto piano può includere:

• Gambe di sostegno anteriori e posteriori

• Guide di montaggio in alluminio o acciaio

• Morsetti centrali e terminali del modulo

• Vassoi di zavorra o piastre di zavorra

• Connettori e dispositivi di fissaggio

• Travi di rinforzo dove richiesto

• Cuscinetti protettivi tra la struttura di montaggio e la superficie del tetto

Per installazioni non penetranti, la zavorra può fornire la resistenza richiesta contro il sollevamento del vento senza perforare la membrana del tetto. Le soluzioni di zavorra per tetti piani di Kseng utilizzano componenti in alluminio e acciaio inossidabile e possono essere configurate per diversi orientamenti dei moduli e condizioni di progetto.

1. Inizia con una valutazione strutturale del tetto piano

Prima di sviluppare il layout fotovoltaico, è opportuno valutare il tetto esistente.

La valutazione dovrebbe considerare:

• Costruzione del tetto e sistema strutturale

• Carichi morti esistenti

• Carico aggiuntivo consentito sul tetto

• Condizioni della membrana del tetto e dell'impermeabilizzazione

• Attrezzature esistenti e ostacoli

• Vie di drenaggio

• Parapetti e bordi del tetto

• Condizioni del vento locale

• Carichi di neve locali

• Requisiti di accesso per la manutenzione

Questo passaggio è particolarmente importante per i sistemi zavorrati poiché la zavorra necessaria per resistere al sollevamento del vento aggiunge ulteriore carico morto al tetto.

Un ingegnere strutturale dovrebbe verificare che il tetto possa supportare in sicurezza il sistema fotovoltaico proposto secondo le normative edilizie locali applicabili e le condizioni di carico specifiche del progetto.

2. Progettazione del layout del pannello solare sul tetto piano

Un layout efficiente della struttura di montaggio solare su tetto piano dovrebbe bilanciare la generazione di energia, le prestazioni strutturali, l'accesso per la manutenzione e l'area disponibile del tetto.

Le decisioni comuni sul layout includono:

Orientamento del modulo

I pannelli solari possono generalmente essere installati con orientamento verticale o orizzontale, a seconda del sistema di montaggio e dei requisiti del progetto.

L'orientamento selezionato influisce:

• Posizionamento delle rotaie

• Spaziatura del supporto

• Esposizione al vento

• Densità del pannello

• Requisiti della passerella

• Superficie del tetto disponibile

Le soluzioni di montaggio su tetto piano di Kseng possono supportare sia moduli con telaio che senza telaio, con diverse configurazioni disponibili per applicazioni specifiche del progetto.

Angolo di inclinazione

I tetti piani normalmente richiedono un angolo di montaggio per migliorare l'esposizione solare e facilitare la configurazione desiderata del sistema.

L'angolo ottimale dipende da:

• Latitudine del progetto

• Obiettivi annuali di produzione energetica

• Zona del tetto

• Condizioni del vento

• Ombreggiatura fila per fila

• Normative locali

• Dimensioni del modulo

Un angolo di inclinazione più elevato può migliorare l’incidenza solare in alcune località, ma può anche aumentare l’esposizione al vento e i requisiti di spaziatura tra le file. Pertanto, l'angolo di inclinazione dovrebbe essere considerato insieme alla progettazione strutturale e aerodinamica.

Spaziatura tra le righe

La spaziatura tra le file deve prevenire un eccessivo ombreggiamento tra le file mantenendo allo stesso tempo un uso efficiente dello spazio sul tetto.

I progettisti dovrebbero valutare:

• Altitudine solare

• Dimensioni del modulo

• Angolo di inclinazione

• Latitudine del sito

• Ombreggiatura stagionale

• Percorsi di manutenzione richiesti

Per i sistemi commerciali su tetto, massimizzare il numero di moduli non è sempre l’approccio migliore. Una disposizione equilibrata può fornire una migliore accessibilità a lungo termine e ridurre le difficoltà di manutenzione.

3. Progettazione del carico del vento per strutture fotovoltaiche su tetto piano

Il vento è una delle considerazioni più importanti nella progettazione del montaggio solare su tetto piano.

Un impianto fotovoltaico sul tetto può subire sia la pressione del vento verso il basso che il sollevamento del vento verso l’alto. Le zone marginali e angolari del tetto possono essere particolarmente esposte agli effetti del vento.

Un corretto calcolo del carico del vento del montaggio solare dovrebbe considerare:

• Velocità del vento di base

• Altezza dell'edificio

• Geometria del tetto

• Esposizione del tetto

• Bordo del tetto e zone angolari

• Angolo di inclinazione del modulo

• Dimensioni del modulo

• Configurazione della matrice

• Geometria del sistema di montaggio

• Peso di zavorra

• Forza della connessione

I carichi del vento dovrebbero essere calcolati secondo lo standard strutturale locale applicabile piuttosto che fare affidamento su un valore di zavorra generico.

Ad esempio, Kseng elenca AS/NZS 1170 per determinati sistemi di montaggio su tetti piani e fornisce configurazioni di prodotto classificate per carichi di vento fino a 60 m/s, a seconda del sistema specifico. Queste cifre non dovrebbero essere trattate come valori progettuali universali; il progetto definitivo deve essere verificato rispetto alle condizioni effettive del sito e agli standard applicabili.

4. Progettazione del carico di neve per il montaggio solare su tetto piano

Il carico di neve è un altro fattore critico per gli impianti fotovoltaici su tetto nei climi freddi.

La progettazione dovrebbe considerare:

• Carico di neve al suolo

• Carico di neve sul tetto

• Inclinazione del modulo

• Accumulo di neve

• Alla deriva vicino ai parapetti

• Geometria locale del tetto

• Portata strutturale della copertura

• Zavorra aggiuntiva e peso di montaggio

Una struttura fotovoltaica deve essere in grado di trasferire i carichi di neve dai moduli attraverso le rotaie e i supporti e infine nella struttura dell'edificio.

I prodotti di montaggio per tetti piani pubblicati da Kseng specificano capacità di carico di neve come 1,4 kN/m² per configurazioni particolari. I valori di progettazione effettivi devono sempre essere determinati in base alla posizione del progetto, alla normativa edilizia applicabile, alla struttura del tetto e alla configurazione di montaggio selezionata.

5. Montaggio su tetto piano zavorrato o penetrante

Una delle decisioni di progettazione più importanti è se utilizzare un sistema di montaggio zavorrato o fissato meccanicamente.

Sistema di montaggio solare zavorrato

Un sistema di montaggio solare zavorrato utilizza zavorra, come blocchi di cemento o piastre di zavorra, per resistere al movimento del vento senza penetrare nella membrana del tetto.

I principali vantaggi includono:

• Nessuna penetrazione nel tetto nelle applicazioni adatte

• Rischio ridotto di penetrazione della membrana

• Installazione più rapida

• Configurazione del sistema modulare

• Facile regolazione del layout dell'array

• Compatibilità con molte applicazioni su tetto piano

Tuttavia, la zavorra aumenta il carico proprio imposto sul tetto, quindi la verifica strutturale è essenziale.

Sistema di montaggio penetrante

I sistemi fissati meccanicamente utilizzano ancoraggi o altri elementi di fissaggio per collegare la struttura fotovoltaica alla struttura dell'edificio.

Possono essere adatti dove:

• I carichi del vento sono elevati

• La struttura del tetto consente il fissaggio

• Il peso della zavorra sarebbe eccessivo

• Le normative locali richiedono il fissaggio meccanico

I sistemi penetranti richiedono un'accurata impermeabilizzazione e dettagli di scossalina per mantenere l'integrità del tetto.

6. Trasferimento del carico in una struttura di montaggio fotovoltaica

Una struttura di montaggio FV ben progettata crea un percorso di carico continuo.

Il percorso di carico tipico è:

Modulo solare → Morsetto del modulo → Binario → Trave/supporto → Zavorra o attacco al tetto → Struttura dell'edificio

Ciascun componente deve essere progettato per trasferire le forze previste senza deformazioni o cedimenti eccessivi.

I componenti strutturali chiave includono:

Guide di montaggio solari

Le rotaie sostengono direttamente i moduli e trasferiscono i carichi alla struttura portante. Le rotaie in lega di alluminio sono comunemente utilizzate per la loro combinazione di peso ridotto, resistenza alla corrosione e prestazioni strutturali.

Gambe anteriori e posteriori

Le gambe di supporto determinano l'angolo di inclinazione del modulo e trasferiscono le forze verticali e orizzontali al tetto o al sistema di zavorra.

Piastre di zavorra

Le piastre di zavorra distribuiscono la zavorra e aiutano a trasferire le forze stabilizzanti nella struttura di montaggio.

Morsetti e connettori

I morsetti intermedi, i morsetti terminali, i bulloni, i connettori e altri elementi di fissaggio formano connessioni strutturali critiche. Anche i piccoli componenti di collegamento devono essere selezionati in base ai carichi richiesti e alla compatibilità dei materiali.

Kseng utilizza componenti in lega di alluminio e acciaio inossidabile in tutte le sue soluzioni di montaggio, con trattamenti superficiali resistenti alla corrosione destinati ad applicazioni esterne a lungo termine.

7. Selezione dei materiali per strutture fotovoltaiche su tetto piano

La selezione dei materiali influisce direttamente sulla durabilità e sulle prestazioni strutturali di un sistema di montaggio solare.

I materiali comuni includono:

Lega di alluminio

• Leggero

• Resistente alla corrosione

• Facile da elaborare

• Adatto a molte applicazioni sul tetto

• Elevato rapporto resistenza/peso

Acciaio inossidabile

• Elevata resistenza alla corrosione

• Adatto per elementi di fissaggio e connettori

• Utile in ambienti esterni esigenti

Acciaio zincato o rivestito

• Elevata resistenza strutturale

• Adatto per applicazioni gravose

• Spesso utilizzato dove è richiesta una maggiore capacità di carico

Dovrebbe essere presa in considerazione anche la compatibilità dei materiali per ridurre il rischio di corrosione galvanica tra metalli diversi.

8. Considerazioni sui bordi e sugli angoli del tetto

Il perimetro del tetto richiede particolare attenzione durante la disposizione e la progettazione del carico.

I moduli fotovoltaici posizionati vicino ai bordi del tetto possono subire effetti del vento maggiori rispetto ai moduli posizionati nella zona centrale del tetto.

I progettisti potrebbero quindi dover considerare:

• Zavorra maggiorata

• Punti di fissaggio aggiuntivi

• Spazio tra i moduli ridotto

• Componenti di montaggio rinforzati

• Arretramenti adeguati dai bordi del tetto

• Geometria del parapetto

I requisiti esatti dipendono dagli standard locali relativi al vento e dalle caratteristiche dell'edificio.

9. Drenaggio e impermeabilizzazione

Le strutture di montaggio solare non dovrebbero mai ostruire il sistema di drenaggio del tetto.

Durante la progettazione del layout, gli installatori dovrebbero identificare:

• Scarichi del tetto

• Canali di drenaggio

• Ombrinali

• Giunti di dilatazione

• Penetrazioni del tetto

• Apparecchiature HVAC

• Vie di accesso per la manutenzione

Per i sistemi non penetranti, è possibile utilizzare anche cuscinetti protettivi tra i componenti di montaggio e la membrana del tetto, ove richiesto dal produttore del tetto o dalla progettazione del sistema.

La protezione dello strato impermeabilizzante è particolarmente importante perché si prevede che un impianto solare sul tetto funzionerà per decenni.

10. Accesso all'installazione e alla manutenzione

Un buon layout fotovoltaico dovrebbe fornire un accesso sufficiente per l’installazione, l’ispezione, la pulizia e la manutenzione.

I progettisti dovrebbero evitare di creare aree inaccessibili attorno a:

• Scarichi del tetto

• Apparecchiature HVAC

• Apparecchiature elettriche

• Vie di accesso antincendio

• Giunti di dilatazione

• Punti di accesso al tetto

I percorsi di manutenzione dovrebbero essere considerati durante la progettazione iniziale anziché aggiunti dopo l'installazione dei pannelli.

11. Perché è importante la progettazione professionale del carico fotovoltaico

Un sistema solare su tetto piano non dovrebbe essere progettato solo in base alle dimensioni del modulo.

Un design professionale dovrebbe combinare:

1. Valutazione strutturale del tetto

2. Disposizione del modulo

3. Scelta del sistema di montaggio

4. Calcolo del carico del vento

5. Calcolo del carico di neve

6. Calcolo della zavorra

7. Verifica della connessione

8. Requisiti di impermeabilizzazione del tetto

9. Drenaggio e pianificazione degli accessi

10. Norme locali applicabili

Questo approccio integrato aiuta a prevenire problemi comuni come zavorra eccessiva, resistenza al vento insufficiente, aree del tetto sovraccariche, scarso drenaggio, difficile accesso per la manutenzione e deformazione strutturale.

Kseng afferma che il suo team di ricerca e sviluppo fornisce supporto per la progettazione strutturale e il calcolo del carico e che i suoi prodotti di montaggio sono sviluppati per applicazioni solari residenziali, commerciali e su larga scala.

Lista di controllo per la progettazione della struttura di montaggio del fotovoltaico su tetto piano

Prima di finalizzare un progetto, è necessario rivedere i seguenti elementi:

• Capacità strutturale del tetto

• Dimensioni e peso del modulo

• Orientamento del modulo

• Angolo di inclinazione

• Spaziatura tra le file

• Velocità del vento

• Sollevamento del vento

• Carico di neve

• Requisiti di zavorra

• Zone del bordo del tetto

• Drenaggio

• Impermeabilizzazione

• Compatibilità dei materiali

• Forza del dispositivo di fissaggio

• Accesso per manutenzione

• Norme edilizie locali

• Requisiti ingegneristici specifici del progetto

Conclusione

Una struttura affidabile di montaggio fotovoltaico su tetto piano è il fondamento di un impianto solare su tetto sicuro e durevole. Una progettazione di successo richiede molto più della semplice selezione di una staffa di montaggio: richiede una valutazione integrata della capacità del tetto, della disposizione dei moduli, del carico di vento, del carico di neve, della zavorra, dei collegamenti, del drenaggio e dei requisiti di installazione.

I sistemi di montaggio zavorrati possono fornire una soluzione efficiente e non penetrante per molte applicazioni su tetti piani, mentre i sistemi fissati meccanicamente possono essere appropriati per progetti con carichi di vento più elevati o requisiti strutturali specifici.

Combinando un sistema di montaggio solare ottimizzato su tetto piano con calcoli strutturali specifici del progetto e installazione professionale, gli sviluppatori solari possono sfruttare meglio lo spazio disponibile sul tetto mantenendo la stabilità del sistema a lungo termine e la protezione del tetto.

Per requisiti specifici del progetto, le soluzioni di montaggio su tetto piano di Kseng Energy includono configurazioni di montaggio fotovoltaico su tetto piano regolabili, zavorrate e altre per diverse applicazioni solari.