Pianificazione di pannelli leggeri: comprensione del carico morto e del carico in tensione nell'impianto fotovoltaico sul tetto

Nel marzo 2018, una sala scientifica nella regione delle Cévennes (Francia meridionale) è crollata dopo una forte pioggia sulla neve. I ricercatori hanno effettuato un'analisi retrospettiva combinando dati meteorologici e simulazioni strutturali per stimare le pressioni che hanno portato al cedimento. Poiché la pioggia ha saturato la neve esistente, il carico sul tetto è aumentato notevolmente e la struttura non è stata in grado di sostenerlo.

Questo caso dimostra come il carico in tensione e gli effetti ambientali possano far passare un sistema di copertura da sicuro a guasto e illustra una verità fondamentale: i tetti hanno due tipi di peso molto diversi e gli ingegneri li trattano in modi molto diversi.

È qui che entrano in gioco i termini «carico morto» e «carico vivo» nella pianificazione solare. Sono concetti semplici che determinano se un impianto solare è sicuro, fattibile e duraturo a lungo termine.

Il carico morto si riferisce al peso costante

Il carico morto è il peso permanente che non cambia mai una volta installato un sistema solare. Include moduli solari, strutture di montaggio, binari e morsetti, componenti elettrici fissi, come vassoi di cablaggio.

Il carico morto è generalmente espresso in chilogrammi per metro quadrato (kg/m²). Poiché questo peso grava sull'edificio per decenni, deve essere ridotto al minimo ove possibile.

Il carico in tensione si riferisce alla pressione variabile

Il carico in tensione si riferisce alle forze temporanee che agiscono sul tetto in aggiunta al carico morto. Queste variano a seconda delle condizioni e includono l'accumulo di neve (e pioggia, come abbiamo appreso dall'esempio), il sollevamento del vento durante i temporali, gli addetti alla manutenzione che si spostano sul tetto.

A differenza del carico morto, il carico in tensione è imprevedibile, motivo per cui i regolamenti edilizi aggiungono ulteriori margini di sicurezza. I codici edilizi sono le regole e gli standard ufficiali che definiscono come le strutture (case, uffici, fabbriche, ecc.) devono essere progettate e costruite in modo che siano sicure e durevoli. Sono emessi da governi o organismi di standardizzazione. Per i carichi, indicano quanto peso deve essere in grado di sopportare un tetto in condizioni diverse.

In Austria, i tetti devono essere progettati per resistere a carichi di neve compresi tra circa 84 e 1.080 chilogrammi per metro quadrato, a seconda dell'altitudine e della regione dell'edificio, come specificato nella norma nazionale ÖNORM EN 1991-1-3. Anche se il sistema solare è di per sé leggero, gli ingegneri devono comunque tenere conto dei casi peggiori di neve o vento.

Le limitate riserve di carico in tensione rendono essenziale il design leggero

La separazione del carico morto da quello in tensione è essenziale per una corretta progettazione. Il carico morto è costante e misurabile, mentre il carico in tensione è incerto e deve essere previsto. Una progettazione sicura considera sempre entrambi, perché il tetto deve sostenere contemporaneamente il peso solare permanente e le potenziali pressioni della neve o del vento.

Nelle regioni in cui le forti nevicate sono rare, i tetti vengono spesso costruiti con una capacità di riserva limitata. Materiali leggeri, strutture di supporto più sottili o design ottimizzati in termini di costi fanno sì che questi tetti siano considerati a bassa capacità di carico. Sebbene ciò sia sufficiente per l'uso quotidiano, lascia poco margine una volta aggiunte apparecchiature aggiuntive come i pannelli solari, soprattutto in caso di eventi meteorologici imprevisti. Per gli edifici con un buffer limitato per i carichi in tensione, la scelta di moduli solari leggeri è una protezione pratica. Un sistema che riduce al minimo il carico morto non solo aumenta il numero di tetti su cui l'energia solare può essere installata in sicurezza, ma offre anche una maggiore protezione contro sollecitazioni impreviste a lungo termine.

In che modo i moduli a vetro singolo si confrontano con i design leggeri per ridurre il carico morto

Il tipo di modulo scelto influisce direttamente sul carico morto che il tetto deve sopportare e quindi sul margine rimasto per carichi in tensione come neve o vento. Per illustrare la differenza, ecco come i tradizionali moduli a vetro singolo si confrontano con le alternative più leggere e come il design dedicato di LONGi spinge ulteriormente questa tendenza.

Moduli convenzionali a vetro singolo

Un modulo standard a vetro singolo pesa in genere circa 20-25 kg, che si traduce in circa 11-13 kg/m² una volta montato. Su un tetto commerciale di grandi dimensioni, questo può comunque diventare un fattore limitante e può richiedere costosi rinforzi strutturali se il tetto ha basse riserve di carico.

Moduli leggeri in generale

Per superare questa barriera, i produttori hanno sviluppato design leggeri che riducono il peso complessivo. Riducendo lo spessore del vetro, utilizzando lastre posteriori avanzate o ottimizzando i telai, questi moduli riducono il carico morto e aumentano il numero di tetti che possono ospitare pannelli solari.

Design della luce Guardian LONGi Hi-mo X10

LONGi ha fatto un ulteriore passo avanti con il modulo Hi-mo X10 Guardian Light Design, su misura per tetti commerciali e industriali con limiti di carico rigorosi. Ogni modulo pesa 16,3 kg, che corrispondono a soli 7,2 kg/m². Ciò lo rende circa il 30% più leggero rispetto ai tradizionali moduli a vetro singolo, pur erogando fino a 560 W di potenza con un'efficienza del 24,8%. Il peso ridotto può eliminare la necessità di rinforzare il tetto e far risparmiare ai progettisti fino a 200.000 euro per megawatt in costi strutturali, a seconda della regione, del tipo di edificio, delle normative locali e delle condizioni del sito. I risparmi effettivi possono variare.

In che modo i moduli leggeri alleviano lo stress da carico morto sui tetti

Pensando attentamente sia ai carichi morti che a quelli vivi, i proprietari di edifici e gli installatori possono sbloccare progetti che altrimenti potrebbero essere liquidati come «troppo pesanti». I moduli leggeri, come Light Design di LONGi, rendono possibile l'uso dell'energia solare su tetti più vecchi o poco costruiti, riducendo le sollecitazioni strutturali e fornendo comunque decenni di energia pulita affidabile.

Ogni chilogrammo aggiuntivo di carico morto sollecita travi, isolamento e coperture del tetto. Nel corso di decenni, ciò può accelerare l'usura, creare rischi di perdite o rendere più complesse le ristrutturazioni. I sistemi leggeri riducono questi rischi.

Scopri di più su Design della luce LONGi Guardian modulo qui o scarica il scheda tecnica.

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