A carga do vento é um dos parâmetros de projeto mais importantes para um sistema de montagem solar. Um conjunto fotovoltaico instalado num telhado ou no solo está exposto à pressão e elevação do vento, e a estrutura de montagem deve transferir essas forças com segurança para a estrutura de suporte.
Para um cálculo preliminar, os engenheiros geralmente começam com a velocidade básica local do vento e depois consideram fatores como a altura do edifício, a exposição do terreno, a geometria do telhado, a inclinação do painel, os coeficientes de pressão e a área exposta ao vento.
O cálculo real deverá seguir o padrão de projeto estrutural aplicável ao local do projeto.
1. Comece com a velocidade básica do vento
A primeira entrada é o projeto ou a velocidade básica do vento especificada pela norma local aplicável.
Dependendo do país, os engenheiros podem trabalhar com diferentes padrões e definições de{0}velocidade do vento. O valor deve, portanto, ser retirado do código necessário para o projeto, em vez de copiado de um site meteorológico geral.
Por exemplo, um projeto de telhado comercial pode exigir informações como:
- Velocidade básica do vento
- Direção do vento
- Período de devolução do projeto
- Categoria de importância do edifício
- Categoria de terreno ou exposição
- Condições topográficas locais
A velocidade básica do vento é apenas o ponto de partida. Não representa a pressão final do vento atuando nos painéis solares.
2. Calcule a pressão do vento de projeto
Uma relação simplificada comumente usada para engenharia preliminar é:
q = 0.5 × ρ × V²
onde:
q=pressão dinâmica do vento, N/m²
ρ=densidade do ar, kg/m³
V=velocidade do vento, m/s
Usando a densidade do ar padrão de aproximadamente 1,225 kg/m³, isso pode ser simplificado para:
q ≈ 0.613 × V²
Por exemplo, se a velocidade do vento de referência for 40 m/s:
q ≈ 0,613 × 40²=981 Pa
Este valor representa a pressão de velocidade básica sob as condições assumidas. Não é necessariamente a pressão final de projeto no sistema de montagem fotovoltaica.
3. Aplique os coeficientes de pressão do vento relevantes
A força do vento em um painel solar depende de mais do que a velocidade do vento.
Uma expressão simplificada para a força do vento é:
F=q × Cp × A
onde:
F=força do vento, N
q=pressão projetada do vento, N/m²
Cp=coeficiente de pressão aplicável
Uma área de=vento efetivo-, m²
O coeficiente de pressão leva em conta o comportamento aerodinâmico do painel e da estrutura circundante.
Para sistemas fotovoltaicos de telhado, a pressão positiva e a pressão negativa podem ser importantes. Em muitas instalações, a elevação pelo vento é uma condição crítica do projeto porque o vento pode tentar levantar os painéis para longe do telhado.
O coeficiente apropriado deve vir do padrão de projeto estrutural e da configuração específica de montagem.
4. A inclinação do painel altera a carga do vento
O ângulo de inclinação do painel solar afeta a forma como o vento interage com o painel fotovoltaico.
Um painel quase plano e um painel fortemente inclinado não sofrem as mesmas forças aerodinâmicas.
À medida que o ângulo de inclinação muda, a força do vento que atua normal ao painel pode mudar. A geometria do painel em relação ao telhado também afeta o fluxo de ar por baixo e ao redor do conjunto.
Portanto, as seguintes informações devem ser incluídas no cálculo:
- Ângulo de inclinação do painel
- Orientação do painel
- Dimensões do painel
- Altura do painel acima do telhado
- Espaçamento entre linhas
- Espaço entre painéis
- Inclinação do telhado
Uma estrutura de montagem projetada para um ângulo de inclinação não deve ser automaticamente considerada adequada para outro.
5. Altura do telhado e matéria do terreno
A velocidade do vento geralmente aumenta com a altura acima do solo e o terreno circundante afeta a exposição ao vento.
Um sistema de montagem solar num armazém industrial baixo numa área relativamente protegida pode experimentar condições de vento diferentes de um sistema instalado num edifício comercial alto num ambiente costeiro aberto.
Os engenheiros podem, portanto, precisar considerar:
- Altura do edifício
- Rugosidade do terreno
- Edifícios próximos
- Terreno aberto
- Exposição costeira
- Colinas ou outras características topográficas
É por isso que a localização do projeto e as informações do edifício são essenciais ao projetar um sistema comercial de montagem solar em telhado.
6. Borda do telhado e zonas de canto precisam de atenção especial
A pressão do vento não é necessariamente uniforme em todo o telhado.
As bordas e cantos do telhado podem sofrer efeitos de vento locais mais intensos devido à separação do fluxo de ar e à turbulência.
Para grandes conjuntos fotovoltaicos comerciais, o projeto de montagem pode, portanto, precisar de requisitos diferentes para:
- Zonas interiores do telhado
- Zonas de borda
- Zonas de canto
Os painéis solares localizados perto das bordas do telhado podem sofrer maior elevação do que os painéis localizados na parte interna do telhado.
O layout de montagem deve, portanto, seguir as disposições aplicáveis-de carga de vento, em vez de aplicar um arranjo de fixação uniforme em todo o telhado.
7. Calcule a força do vento na área do painel
Uma vez estabelecidos a pressão de projeto e o coeficiente apropriado, a força do vento pode ser estimada a partir da área efetivamente carregada.
Por exemplo, suponha:
Pressão do vento: 981 N/m²
Área efetiva do painel: 2,0 m²
Coeficiente de pressão simplificado: 1,2
A força preliminar resultante seria:
F = 981 × 1.2 × 2.0
F ≈ 2,354 N
Este exemplo simplificado serve apenas para compreensão do método de cálculo. O projeto fotovoltaico real requer coeficientes-baseados em código apropriados, combinações de carga, fatores de exposição e condições aerodinâmicas.
8. Converta a força do vento em cargas na estrutura de montagem
A força do vento no painel solar é transferida através do sistema de montagem.
O caminho de carregamento pode ser simplificado como:
Painel Solar → Braçadeira → Trilho → Suporte → Terça / Membro Estrutural → Estrutura do Edifício
Cada conexão ao longo deste caminho de carga deve ser capaz de transferir a força necessária.
Isto significa que calcular apenas a carga de vento no painel não é suficiente.
Os engenheiros também devem verificar:
- Trilhos de montagem
- Colchetes
- Grampos
- Conexões aparafusadas
- Conexões soldadas quando aplicável
- Terças
- Perfis estruturais
- Anexos de telhado
- Estrutura do edifício
Um suporte fotovoltaico forte não pode compensar um membro de suporte subdimensionado ou uma conexão inadequada ao telhado.
9. Verifique a elevação nos sistemas de montagem no telhado
Para sistemas fotovoltaicos comerciais em telhados, a elevação costuma ser uma das principais condições de carga-do vento.
A força líquida de elevação pode ser afetada por:
- Pressão do vento
- Área do painel
- Coeficiente de pressão
- Inclinação do painel
- Elevação do painel
- Zona do telhado
- Configuração de montagem
- Lastro ou fixação mecânica
Para sistemas fixados mecanicamente, a força resultante deve ser transferida para a estrutura do telhado através dos pontos de fixação.
Para sistemas com lastro, a resistência disponível do lastro e o atrito devem ser verificados em relação à ação calculada do vento.
O objetivo é garantir que o sistema não deslize, tombe ou levante sob as condições de vento projetadas.
10. Verifique o espaçamento do trilho e do suporte
A carga do vento também afeta o espaçamento necessário entre os componentes de montagem.
Se o vão entre os suportes se tornar muito grande, o trilho ou perfil estrutural poderá sofrer flexão excessiva.
A redução do espaçamento entre suportes pode reduzir a carga transportada por cada seção individual.
O espaçamento final depende de:
- Seção de trilho ou perfil
- Material
- Grossura
- Dimensões do painel
- Carga de vento
- Carga de neve
- Configuração de suporte
- Capacidade de conexão
Para projetos comerciais, o espaçamento das peças do suporte fotovoltaico, trilhos, terças e outros membros estruturais deve, portanto, ser determinado como parte do projeto estrutural geral.
11. Não calcule a carga do vento apenas com base na velocidade do vento
Um dos erros mais comuns é usar um cálculo simples da-velocidade do vento e tratar o resultado como a carga final do projeto.
Um projeto de montagem solar adequado pode precisar levar em conta:
Velocidade do Vento + Exposição + Altura + Topografia + Geometria do Telhado + Geometria do Painel + Coeficientes de Pressão + Combinações de Carga
A norma estrutural aplicável determina como estes parâmetros são combinados.
Para projetos internacionais, o método de cálculo pode variar de acordo com a norma vigente, como ASCE 7, Eurocódigo ou outro código estrutural nacional.
O fornecedor e o engenheiro de projeto devem confirmar qual norma se aplica antes de finalizar a estrutura de montagem.
12. De quais informações um fornecedor de montagem solar precisa?
Para um projeto de montagem baseado em-carga de vento-, os compradores devem fornecer informações suficientes sobre o projeto.
Os dados úteis incluem:
- Localização do projeto
- Altura do edifício
- Tipo de telhado
- Dimensões do telhado
- Inclinação do telhado
- Dimensões do painel solar
- Peso do painel solar
- Orientação do painel
- Ângulo de inclinação do painel
- Layout do painel
- Tamanho e espaçamento da terça
- Desenhos estruturais do telhado
- Requisito de velocidade do-vento local
- Padrão de design aplicável
Para sistemas de montagem solar personalizados, essas informações permitem ao fornecedor avaliar as seções estruturais necessárias, a disposição dos suportes, os pontos de conexão e o espaçamento dos suportes.
A carga do vento deve ser tratada como um caminho de carga completo
Calcular a carga do vento para um sistema de montagem solar não é simplesmente uma questão de multiplicar a velocidade do vento pela área do painel.
A ação do vento deve ser avaliada de acordo com a norma estrutural aplicável e depois transferida com segurança através de toda a estrutura de montagem.
Para projetos de telhados comerciais, o projeto deve considerar o painel solar, o trilho de montagem, o suporte fotovoltaico, a terça ou perfil estrutural, a conexão do telhado e a estrutura do edifício como um sistema-de transferência de carga.
HardlySun fornece sistemas de montagem fotovoltaica e componentes relacionados, incluindo sistemas de montagem em telhado, peças de suporte fotovoltaico, terças e tubos quadrados. Esses componentes podem ser selecionados e configurados de acordo com os requisitos estruturais de diferentes aplicações fotovoltaicas.
Para uma cotação de projeto ou avaliação do sistema-de montagem, fornecer a localização do projeto, a estrutura do telhado, as especificações do painel, os requisitos de carga-do vento e os desenhos estruturais fornecem ao fornecedor as informações necessárias para uma avaliação de engenharia mais apropriada.
