Temos propostas para adicionar mais de 40 painéis alinhados com a estrutura do telhado, orientados para sudoeste com azimute de 222° e ângulo de elevação de 21°.

Mas preferimos dispor os painéis diagonalmente no telhado, para que fiquem voltados para o sul e gerem energia desde o início da manhã até o final da tarde.

Nosso principal objetivo é um " telhado frio " utilizando uma membrana de PVC branca para substituir nosso telhado de borracha preta. O objetivo secundário é um conjunto de painéis solares que gere energia tanto da luz solar direta quanto da luz refletida pelo telhado branco e frio .

Precisaremos reforçar a estrutura do telhado do edifício 77 Huron para suportar uma instalação com mais de 40 painéis solares. No entanto, o novo telhado de PVC com os painéis solares terá apenas cerca de metade do peso do antigo telhado de duas camadas.

A cobertura atual de borracha EPDM já ultrapassou sua vida útil esperada. Fizemos a manutenção selando novamente as juntas e adicionando uma faixa de borracha nova sobre as juntas originais. Ela foi instalada sobre a cobertura original, que era muito pesada e composta por três camadas (manta asfáltica, asfalto (alcatrão/betume)) e cascalho.

Como adicionaremos aproximadamente 2270 kg de peso (novo telhado de PVC - 680 kg, suportes para painéis solares - 450 kg e painéis solares - 1130 kg), primeiro precisamos remover as camadas existentes do telhado. O telhado de alcatrão e cascalho pesa cerca de 4080 kg (270 kg por metro quadrado), e o EPDM e o isolamento pesam 408 kg (27 kg por metro quadrado). Portanto, na verdade, reduziremos o peso do telhado pela metade. O peso distribuído é de apenas cerca de 1,4 kg por metro quadrado, em comparação com a carga de neve de cerca de 20 kg por metro quadrado.

Precisamos remover os telhados por outros motivos. Talvez precisemos de um encanador para inspecionar o cano de drenagem do telhado e, possivelmente, reforçá-lo e adicionar uma nova tela para reter as folhas.

Precisamos também isolar adequadamente o sótão abaixo do deck, talvez instalar um ventilador com controle termostático que exaure apenas o calor do verão. Poderemos ter que substituir quaisquer tábuas enfraquecidas no deck, possivelmente até mesmo vigas secundárias danificadas.

E, acima de tudo, precisamos fixar as tábuas do deck às vigas/caibros com parafusos de deck nº 10 de 3,5".

O sistema de fixação para telhados planos da IronRidge é ancorado ao revestimento do telhado (e, às vezes, às vigas abaixo) com 16 parafusos longos. Cada sistema é então coberto com uma grande membrana circular de PVC que pode ser soldada a quente ou colada ao telhado.

Quando o revestimento/plataforma fica exposto, podemos parafusar as tábuas nas vigas, tornando-as muito mais resistentes do que pregos para fixar suportes de painéis solares.

O relatório técnico da IronRidge mostra a relação entre o ângulo do painel, as pernas de inclinação sul e norte e a separação (X) dos painéis para evitar ou, pelo menos, minimizar o sombreamento dos painéis.

Gostaríamos de entender como o novo telhado será fixado à estrutura do telhado e como os painéis solares serão fixados ao novo telhado através do PVC na estrutura/vigas. Precisamos primeiro instalar ancoragens na estrutura/vigas/caibros do telhado para os suportes dos painéis solares e, em seguida, instalar o telhado de PVC?

Talvez não. Pode ser mais fácil colocar o telhado de PVC e parafusar os suportes IronRidge FRA através do novo PVC. Não seria necessário cortar o PVC, bastaria parafusá-lo. Em seguida, soldaríamos a membrana pré-moldada IronRidge sobre as fixações do telhado, fixando-a ao novo telhado de PVC branco. A instalação da base basculante selaria o telhado.

Uma análise de dezenas de estudos sobre o ângulo de painéis solares em todo o mundo leva à conclusão óbvia de que o ângulo ideal do painel é igual à latitude (no nosso caso, 42°). No solstício de verão, o sol está 23° mais alto no céu (65°). No inverno, está 23° mais baixo (19°).

O diagrama da IronRidge acima mostra um ângulo de incidência solar de 20°, sem sombreamento do painel atrás, mesmo no inverno. 20° foi a recomendação de alguns dos nossos fornecedores. Poderíamos aumentar para 30° ou mais, o que criaria algum sombreamento nos painéis no inverno, mas aumentaria a energia coletada em todas as outras épocas, compensando amplamente a perda por sombreamento.

Precisamos saber os valores da largura dos painéis (W = L x cosseno do ângulo de inclinação) e do espaçamento (X). Só assim poderemos saber quantas fileiras de painéis caberão no telhado. Também precisamos saber a redução da potência de saída quando parte do painel estiver na sombra.

Os painéis solares em telhados inclinados geralmente ficam no mesmo plano e nunca fazem sombra uns aos outros.

Telhados planos com múltiplas fileiras de painéis são bastante diferentes. No inverno, quando o sol está baixo no céu, o painel funciona melhor quando está inclinado em um ângulo acentuado (65° em relação à posição plana). Mas, com esse ângulo, ele projeta muita sombra sobre os painéis atrás dele. O período em que o painel precisa estar mais na vertical (inverno) é justamente quando ele projeta mais sombra sobre os painéis atrás dele.

Idealmente, os painéis devem ser inclinados de forma a ficarem perpendiculares aos raios solares. Normalmente, devem ser fixados na sua latitude (42° para nós). A redução da produção nos solstícios de inverno e verão corresponde ao cosseno de 23°, ou seja, 92% do máximo observado no equinócio.

Mas os painéis inclinados a 42° sombreiam aqueles que estão atrás no solstício de inverno, quando o sol está baixo no céu, a uma elevação de 19°.

Os painéis dispostos horizontalmente no telhado podem ficar em contato uns com os outros, maximizando a área de coleta. No entanto, como a extremidade norte é elevada por suportes inclináveis, eles devem ser separados para evitar sombreamento. A inclinação para cima também reduz o acúmulo de poeira (e, em certa medida, de neve) na superfície.

O caso mais simples para nós é observar que, quando inclinado em nossa latitude, a separação que impede o sombreamento no equinócio é de apenas 70% do comprimento do painel (≅ cos 44°).

Com esse ângulo, teríamos sombreamento de setembro a março. No solstício de inverno, o sombreamento é mais intenso.

Os painéis posicionados a um ângulo de latitude de 43° farão sombra em quase metade dos painéis que estão atrás deles durante o inverno!

No solstício de inverno, o ângulo de irradiação solar para nós é de 20°. Alguns instaladores recomendam um ângulo de inclinação de 20°. A separação que elimina o sombreamento (X no diagrama da IronRidge acima) é de 93% do painel (≅ cos 20°) ou cerca de 40 polegadas para painéis de 40 polegadas na orientação horizontal.

ângulo	separação	profundidade da linha	inverno	equinócio	verão	sombra?	eficiência
45°	28"	56"	abaixo de 50%	100%	92%	sim	73%
20°	36"	64"	70%	90%	100%	não	87%

Concluímos que (desde que o sombreamento não prejudique os módulos fotovoltaicos) a inclinação a 43° proporciona um desempenho ideal de março a setembro, período em que os raios solares são menos atenuados pela inclinação através da atmosfera.

Mas a produção no solstício de inverno é bastante reduzida nos painéis sombreados, dependendo de quanto as células sombreadas diminuem a produção dos painéis.

As perdas podem ser bastante severas. Painéis mais antigos podem reduzir o MPPT (rastreamento do ponto de potência máxima) a quase zero se apenas 10% de suas células estiverem sombreadas.

Mesmo os melhores painéis apresentam perdas por sombreamento muito maiores do que a área de sombreamento, dependendo de como as células individuais do painel estão conectadas.

A tabela mostra que a melhor eficiência é alcançada com um ângulo de inclinação de 20°. O lado norte do painel está 13,5" mais alto que o sul. Uma separação de 36" reduz a sombra no painel de trás o suficiente para eliminar completamente o sombreamento.

Separar as fileiras de painéis por três pés eliminaria o sombreamento. Os pés de inclinação sul da IronRidge estão disponíveis em apenas um tamanho: 15". Os pés de inclinação norte estão disponíveis em tamanhos de até 30". (Qual pé de inclinação norte atinge uma inclinação de 20°?)

Poderíamos reduzir o espaçamento entre as fileiras até que o sombreamento dos painéis atrás se limite ao terço inferior do painel. O diodo de bypass na fileira inferior eliminará um terço da potência do painel fotovoltaico, mas apenas por algumas semanas em torno do solstício de inverno, quando a irradiação é apenas um terço da do verão. A energia perdida no inverno é uma fração do ganho no verão com uma inclinação de 20°, especialmente quando a energia de inverno provavelmente é comprometida pela neve nos painéis.

O valor tabelado de 70% de eficiência no inverno inclui apenas o efeito de projeção . Não inclui a absorção de energia no longo percurso oblíquo da radiação solar no inverno. A irradiação no solstício de inverno é apenas um terço da irradiação no verão, portanto a potência no inverno é de 0,7 x 0,33 = 23%. Perder mais um terço disso devido ao sombreamento resulta em uma eficiência de apenas 15% no inverno. Algumas semanas com os painéis cobertos de neve reduziriam esse valor para um dígito!

Podemos tolerar sombreamento de até 33% no inverno. Mas devemos garantir que o sombreamento afete apenas uma das três strings protegidas por um diodo de bypass.

Estamos inclinados a escolher o painel solar bifacial LG NeON 2 390W 72 Cell Mono 1500V SLV/WHT, modelo LG390N2T-A5 .

Esses painéis podem gerar até 30% mais energia utilizando a luz refletida da superfície do telhado. Nosso telhado de PVC branco será perfeito para isso.

Como exatamente os painéis da LG lidam com o sombreamento de células individuais Qual é a potência de saída quando elas estão 50% sombreadas Isso depende de qual parte está na sombra. As células são dispostas em uma matriz 6 x 12, conectadas em série como três strings ao longo da dimensão mais longa (12). Na orientação retrato, todas as strings são afetadas. Na orientação paisagem, apenas as strings efetivamente sombreadas são afetadas. Podemos e devemos limitar o sombreamento ao terço inferior na orientação paisagem.

Esses painéis da LG são mais caros do que muitos outros, então é preciso considerar as vantagens e desvantagens. Mas, a longo prazo, este é um investimento com um retorno muito alto nos próximos anos, portanto, maximizar a produção provavelmente é a melhor estratégia.

Começamos com microinversores Enphase (que convertem a corrente contínua do painel em corrente alternada sincronizada), mas fomos informados de que eles podem não suportar a potência de saída do painel bifacial NeON (390 W). Isso está incorreto. O Enphase IQ 7+ Micro™ (aproximadamente US$ 140) foi projetado para painéis de 72 células com potência entre 350 W e 440 W.

Os otimizadores de potência SolarEdge condicionam a energia com conversões CC-CC enviadas para um único inversor CC-CA de grande porte .

Os módulos otimizadores de potência da SolarEdge, como o SolarEdge P500 (aproximadamente US$ 80) para cada painel, são mais baratos que os microinversores, mas o inversor individual (SolarEdge SE100K, aproximadamente US$ 4.000) é caro, anulando a economia obtida com os otimizadores DC-DC, e tem uma vida útil mais curta (10 a 12 anos) do que os módulos de painel e os microinversores em cada painel (25 anos).

A presença de um guindaste no pátio das garagens não exigirá um destacamento policial na rua.

Repare as tábuas danificadas e adicione parafusos ao deck quando o telhado estiver aberto.

Precisamos reforçar a ligação entre o revestimento/plataforma e as vigas/caibros, que foram construídos usando apenas pregos. Precisamos de parafusos resistentes para fixar as tábuas nas vigas.

Também precisamos reformar o cano de drenagem pluvial. Substituí-lo por um poço de coleta maior que o orifício de entrada atual, que foi bastante reduzido pela entrada de telhas antigas no cano de ferro fundido de 4 polegadas.

Espessura Mínimo de 45 mils. Preferencialmente 60 mils.

Os acessórios para telhado plano IronRidge (ou, alternativamente, os Anchor Products U-Anchors ou, agora, os OMG PowerPlates Plus ) devem ser fixados diretamente no revestimento do telhado.

Se os acessórios fossem montados sobre a membrana através de 5 cm de isolamento flexível, os parafusos se dobrariam para frente e para trás e eventualmente quebrariam sob a membrana do telhado?

Portanto, faz mais sentido fixar os FRAs através da membrana de PVC, essencialmente diretamente no deck.

A soldagem a ar quente de uma membrana de PVC em torno de objetos que penetram o telhado pode ser muito demorada. (Compare com as vedações de tubos FiberTite, que exigem muita mão de obra , e as vedações de tubos Johns Manville, aplicadas no local .)

Em comparação, a instalação do acessório para telhado plano IronRidge (FRA) é muito mais rápida e simples.

1) A estrutura IronRidge FRA é fixada com 16 parafusos (sobre o novo telhado de PVC).
2) A membrana pré-moldada é centralizada na estrutura FRA inserindo-se um parafuso na estrutura e, em seguida, soldada a ar quente ao PVC (a membrana de 60 milésimos de polegada para Carlisle PVC/KEE é FRA-M60K-CA-W1).
3) A haste de inclinação é parafusada, com arruelas de vedação, no orifício (não penetrante) da estrutura FRA.
Não há nenhum momento durante a instalação da estrutura em que o telhado apresente aberturas para penetração de água.

Primeiro, o processo de autorização.

Especifique os locais e instale os acessórios para telhados planos.

Soldar com ar quente as membranas de PVC/KEE que revestem os FRAs. Quem faz isso: os telhadistas ou os instaladores de energia solar Os telhadistas, por questões de garantia.

Instalar sistema de montagem de painéis solares no novo telhado.