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ASPETTI DELLA PROGETTAZIONE STRUTTURALE DI IMPIANTI
FOTOVOLTAICI
Pescara 13 Aprile 2011
Relatore Dott. Ing. Maria Angelucci
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Fattori che influenzano la progettazione strutturale
• Caratteristiche del pannello (dimensioni e peso)• Tipologie di istallazione (tetto piano, a falda
inclinata o parete , su terreno)• Condizioni ambientali;• Analisi della sollecitazione (spinta del vento , carico
neve)
• Idoneità delle strutture sottostanti.
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Caratteristiche del pannelloDimensioni e peso
Dimensioni modulo: (Larg x Lungx spess) 812x1580x35 mmPeso del modulo: 15 kgDimensioni: variabili
Peso dei moduli: tra 15 e 25 kg
Dimensioni modulo: (Larg x Lungx spess) 986x1651x46 mmPeso del modulo: 22 kg
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Tipologie di istallazione
Posa su copertura piana
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Tipologie di istallazione
• Su copertura piana
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Su tetto piano con zavorra
Tipologie di istallazione
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Su tetto piano con zavorra
Tipologie di istallazione
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Posa su falde inclinate
Tipologie di istallazione
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Sistemi integrati
Tipologie di istallazione
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Pannelli su superfici curve Tipologie di istallazione
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Posa su facciate
Tipologie di istallazione
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Posa su terreno
Tipologie di istallazione
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Condizioni ambientali
Vento
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Condizioni ambientali
Neve
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Condizioni ambientali
Sismicità della zona
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Analisi delle sollecitazioni(spinta del vento, carico neve)
Azione del ventoZona: 3 PescaraAltezza del sito: 10 mVelocità di riferimento: 27m/sPressione del vento: p = qb ce cp cd
qb = 455 N/mq pressione cineticace = coeff. di esposizionecp = coeff. di formacd = coeff dinamicoAltezza dal suolo del punto
considerato = 7.00 m
T.U. 14.01.2008
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Analisi delle sollecitazioni (spinta del vento, carico neve)
AZIONE DEL VENTO:Classe di rugosità del terreno: B[Aree urbane (non di classe A), suburbane, industriali e boschive]Categoria esposizione: tipo III( Kr = 0.20; Zo = 0.10 m; Zmin = 5 m )Pressione cinetica di riferimento (qb) = 46 daN/mqCoefficiente di forma (Cp) = 1.20Coefficiente dinamico (Cd) = 1.00Coefficiente di esposizione (Ce) = 1.91Coefficiente di esposizione topografica (Ct) = 1.00Pressione del vento ( p = qb Ce Cp Cd ) = 105 daN/mq
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Analisi delle sollecitazioni (spinta del vento, carico neve)
Carico neveqs = µ q sk Ct Ceµ = Coeff. Di formaq sk = valore caratteristico neve al
suolo Zona : 2 q sk = 1.00 kN/mqCe= 1 coeff di esposizioneCt = 1 coeff. Termico
T.U. 14.01.2008
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Analisi delle sollecitazioni (spinta del vento, carico neve)
AZIONE DELLA NEVEValore caratteristico del carico al suolo (qsk Ce) = 100 daN/mq
Copertura ad una falda:Angolo di inclinazione della falda = 30°µ1 = 0.80 => Q = 80 daN/mqSchema di carico:
Q = 80 daN/mq
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Le azioni di vento e neve servono per dimensionare e verificare :-i binari orizzontali ed inclinati, i- montanti -i collegamenti, -gli ancoraggi a terra- e le zavorre
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Programmi di calcolo o tabelle
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Modalità di ancoraggio
Appoggio con zavorre
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•Caso studio - Valutazione delle dimensioni delle zavorre
•Verifica di resistenza all’azione del vento I moduli fotovoltaici installati sulla copertura di un edificio con superficie piana a Pescara: superficie di esposizione con vento da Nord e moduli inclinati di 30°• si trascura l'effetto dello scivolamento. La verifica è condotta sui moduli fotovoltaici disposti nelle condizioni più sfavorevoli (maggiormente esposti all’azione del vento). •Dati di calcolo:•- dimensioni modulo: 1,644 m x 0,992 m •- inclinazione modulo: 30°;
Per ogni modulo si ipotizza l’utilizzo di n. 4 zavorre in calcestruzzo di dimensioni 0,35x0,35x0,25(h) m, cui corrisponde un peso complessivo di circa 306 Kg (= 4 x 76.5 Kg).
•- peso proprio totale: Pptot = modulo + struttura (43.5) + zavorre(306)=349,5 kg ; •- pressione del vento: Pv = 105 kg/mq.•- Carico neve : Q= 80 kg/mq.
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• Azioni Ribaltanti • - Forza del vento (applicata al centro del modulo fotovoltaico) • Fvento = Pv x Smodulo = 105 Kg/mq x 1,63 mq ≈ 171 Kg • - Spinta ribaltante dovuta all’azione del vento sul modulo
fotovoltaico • Spintarib = Fvento = 171 Kg• - Braccio ribaltante • Brib = (1,644 m x 0,5) = 0,822 m • - Momento ribaltante • Mrib = Spintarib x Brib = 171 Kg x 0,822 m ≈ 141 Kgm
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• Azioni Stabilizzanti • Braccio stabilizzante (modulo + struttura) • Bstab(Mod.+Strutt.) = 1,66 x cos 30° x 0,50 ≈ 0,719 m • Braccio stabilizzante (zavorre posteriori) • Bstab(Zav. post.) ≈ 1,42 m • Momento stabilizzante (modulo + struttura) • Mstab(Mod.+Strutt.) = Carico(Mod.+Strutt.) x Bstab(Mod.+Strutt.) =
43,5 x 0,719 m ≈ 31,27 Kgm • Momento stabilizzante (zavorre posteriori) • Mstab(Zav. post.) = Carico(zav. post.) x Bstab(Zav. post.) = 153 x
1,42 m ≈ 217.26 Kgm • Momento stabilizzante totale
• M stab(Tot) = Mstab(Mod.+Strutt.) + Mstab(Zav. post.) = 31,27 + 217.26 = 248.53 kg m
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• Verifica a ribaltamento• Si esegue una verifica al ribaltamento) impiegando i coefficienti F
della Tab. 2.6.1 (DM2008) dello stato limite di corpo rigido (EQU).• avremo:• Momento stabilizzante totale = 248.53 x 0,9 = 223.67 kgm• Momento ribaltante totale = 141 x 1,5 = 211.5 kgm• M stab(Tot)> M Rib(Tot)
• La verifica risulta soddisfatta.
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Idoneità delle strutture sottostanti
La scelta della modalità di sostegno dei pannelli
Pannelli su copertura piana o inclinata
Pregi : Pesi limitati, 35 – 40 kg/mqfacilità di montaggio
Difetti: fori nell’impermeabilizzazionedei tetti piani.
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Posa su copertura con zavorra
Pregi : Impermeabilizzazioni integre
Difetti: Pesi significativi 200 kg/mq
Idoneità delle strutture sottostanti
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• Strutture nuove. Nessun problema
• Strutture esistenti. Qualche problema
Cosa occorre fare se si vuole costruire un impianto su edificio esistente?
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Conoscenza della struttura esistente attraverso ricerca documentale.
Progetti depositati nell’ufficio del Genio Civile.
- strutture, carichi, armature, caratteristiche dei materiali
Limitate verifiche in situ
In mancanza di progetto
Rilievo delle strutture
-Spessore tipologia e verso dei solai
- Spessore e tipo dei pacchetti orizzontali
-Stima dei carichi permanenti e variabili.
-Verifiche in situ
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•Caso studio Il solaio su cui andrà realizzato l’impianto fotovoltaico è stato progettato come copertura praticabile;• verosimilmente, il solaio è stato progettato con un sovraccarico variabile pari a 200 Kg/mq.
1) carico pannelli + struttura di sostegno<sovraccarico
2) carico pannelli + struttura di sostegno>sovraccarico
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2) carico pannelli + struttura di sostegno>sovraccarico
Torniamo al nostro caso studio.-la struttura da realizzare ha un peso complessivo di circa 306 Kg(costituito dalla somma dei pesi propri del modulo fotovoltaico, del cavalletto di sostegno e delle zavorre) distribuito su un’area di circa 1,63 mq ed assumendo una distribuzione uniforme del carico, si ottiene un carico specifico agente sul solaio pari a 214 Kg/mq
Occorrerà adeguare staticamente la struttura di copertura
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Grazie per l’attenzione