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A relação entre o distanciamento do módulo do telhado, segurança e desempenho

Fabricantes de módulos têm manuais de instalação de seus produtos com as instruções e limites mecânicos das montagens

Autor: 24 de fevereiro de 2022fevereiro 25th, 2022Artigos técnicos
A relação entre o distanciamento do módulo do telhado, segurança e desempenho

Devido ao seu comportamento térmico, é desejável que o módulo trabalhe na menor temperatura possível

Há uma grande gama de tipos de telhados onde usualmente se instalam sistemas solares, desde telhados cerâmicos residenciais a telhados metálicos zipados de grandes galpões. 

Naturalmente, surgirão muitas soluções de fixação de módulos aos telhados e que, dada a especificidade de cada aplicação, não são intercambiáveis.

Por não serem intercambiáveis, poderão surgir situações onde a estrutura utilizada seja incompatível com o telhado e com os requisitos de ventilação e de garantia do módulo. 

Neste artigo, estudaremos tecnicamente e comercialmente quais as implicações de utilizarmos estruturas que não permitam o espaçamento mínimo entre módulo e telhado recomendado pelos fabricantes.

Figura 1 – Estrutura típica para montagem em telhado cerâmico. A elevação do módulo em relação ao telhado pode ser compatível com os requerimentos do manual de instalação dos módulos

Figura 2 - As estruturas do tipo minitrilho são boas soluções quando aplicadas ao telhado correto. O uso desta solução em telhados não compatíveis pode não respeitar o espaçamento mínimo do módulo com o telhado

Figura 2 – As estruturas do tipo minitrilho são boas soluções quando aplicadas ao telhado correto. O uso desta solução em telhados não compatíveis pode não respeitar o espaçamento mínimo do módulo com o telhado

Análise técnica

Relação de temperatura e potência

Todos os módulos perdem potência com o aquecimento de suas células. Este dado é descrito no folheto de dados pelo coeficiente de potência Pmpp, usualmente descrito em porcentagem de potência por grau ºC da temperatura de célula acima da temperatura de teste STC (25 ºC).

Devido ao seu comportamento térmico, é desejável que o módulo trabalhe na menor temperatura possível. Como não é viável a instalação de sistemas de ventilação ativa dos módulos, dependemos da ventilação passiva natural para arrefecer o módulo. É de se esperar então que o método de instalação do módulo surta efeito em seu arrefecimento.

O cálculo da dissipação de calor é complexo de ser descrito em equação simples ou de ser calculado manualmente. Porém, com uso de software é possível estimar a perda de geração devido ao efeito térmico de se instalar um módulo com distanciamento do telhado (recomendado pela maioria dos fabricantes de pelo menos 10 cm) ou sem distanciamento algum. 

A tabela e figuras abaixo trazem o resultado de simulações com o software PVSyst, para uma aplicação residencial de 4,8 kWp com 4 kW de inversor na cidade de Montes Claros (MG), com e sem distanciamento dos módulos do telhado.

Figura 3 - Histograma com a distribuição de temperatura para a situação do módulo a 10 cm do telhado. Não há tempo significativo de trabalho acima de 70 ºC

Figura 3 – Histograma com a distribuição de temperatura para a situação do módulo a 10 cm do telhado. Não há tempo significativo de trabalho acima de 70 ºC

Figura 4 - Histograma de temperatura para módulo rente ao telhado sem circulação de ar. Há um período grande de tempo acima de 80 ºC. A distribuição também se encontra mais deslocada para os valores de temperaturas maiores, indicando assim uma maior perda de geração pelo efeito térmico.

Figura 4 – Histograma de temperatura para módulo rente ao telhado sem circulação de ar. Há um período grande de tempo acima de 80 ºC. A distribuição também se encontra mais deslocada para os valores de temperaturas maiores, indicando assim uma maior perda de geração pelo efeito térmico

Os resultados da simulação de energia corroboram o efeito de temperatura visto nas figuras acima:

Tabela 1 – Resultados da simulação

Situação

Geração total de energia

Perdas térmicas – Energia

Temperatura máxima prevista

Com espaçamento

8121 kWh

-8,8%

76 ºC

Sem espaçamento

7841 kWh

-12%

90 ºC

As temperaturas máximas podem inclusive ser maiores que as temperaturas máximas de trabalho descritas nos folhetos de dados, invalidando assim a garantia e pondo em risco a saúde dos módulos.

Figura 5 - Especificações de temperatura de trabalho de um módulo fotovoltaico típico.

Figura 5 – Especificações de temperatura de trabalho de um módulo fotovoltaico típico.

Temperatura de cabos, microinversores e acessórios

Os componentes próximos aos módulos, como cabos, microinversores, abraçadeiras, adesivos e eletrodutos que entrem em contato ou estejam próximos aos módulos devem por norma suportar a mesma temperatura máxima de trabalho do módulo, como detalhado na seção 4.3.9 da norma NBR 16690.

Como visto no item 1) acima, os módulos podem alcançar até 90 ºC quando montados muito próximos ao telhado. Além de dificultar o acesso aos cabos e aumentar a chance de rompimento dos cabos no processo de montagem, é possível que esta solução cause um sobreaquecimento nos componentes exemplificados, o que aumenta muito a probabilidade de falha e pode invalidar suas garantias.

Figura 6 - Especificação de temperatura de trabalho de um microinversor. A temperatura ambiente abaixo de um módulo sem espaço para ventilação pode alcançar os 65 ºC limites deste microinversor.

Figura 6 – Especificação de temperatura de trabalho de um microinversor. A temperatura ambiente abaixo de um módulo sem espaço para ventilação pode alcançar os 65 ºC limites deste microinversor

Classificação de resistência a incêndio

Os módulos são ensaiados para terem uma resistência a incêndio mínima (conforme detalhado na norma IEC 61730-2). Em alguns locais do mundo há a obrigatoriedade de um nível mínimo de resistência a incêndio para todos os componentes da edificação. 

Os fabricantes em sua maioria só garantem o nível de proteção de incêndio mínimo quando todos os requisitos de montagem descritos no manual de instalação dos módulos são atendidos. Só é possível garantir que o módulo tenha essa proteção contra incêndio caso as recomendações do manual de instalação do produto sejam satisfeitas.

Análise de manual de instalações e garantias 

Todos os fabricantes de módulos possuem manuais de instalação de seus produtos com as instruções e limites mecânicos das montagens dos módulos. A classificação de resistência à carga do vento, a durabilidade do produto e a resistência a incêndio dependem da correta instalação do módulo.

Por isso, é comum que os fabricantes de módulos invalidem a garantia do produto nas situações em que a instalação do módulo não atendeu os requisitos de instalação. Como exemplo, a tabela abaixo traz as recomendações de 3 fabricantes distintos em relação ao espaçamento do telhado.

Tabela 2 – Análise de manual de instalação do módulo para 3 fabricantes distintos

Fabricante

Texto Original

Tradução

“TS”

6.1  MOUNTING METHODS PV 

 A clearance  of  at  least  115mm(4.5in)  (recommended)  is  provided  between  the module’s  frame  and  the  surface  of  the wall  or  roof.  If  other  mounting  means  are  employed  this  may  affect  the  UL  Listing  or  the  fire  class  ratings. 

6.1 Métodos de montagem FV

Um espaçamento de ao menos 115mm deve ser providenciado entre o frame do módulo e a superfície de uma parede ou telhado. Se outro tipo de montagem for aplicado, isto pode afetar a classificação UL de resistência ao fogo.

“JS”

3.5 Fire Safety 

In order to maintain the fire class rating, the distance between the module’s frame surface and roof surface shall be at least 10 cm. 

5. Mechanical Installation

When the modules are supported parallel to the surface of the building wall or roof, a minimum clearance of 10 cm between the modules frame and the surface of the wall or the roof is required to allow air to circulate behind the modules and to prevent wiring damage. 

3.5 Segurança contra incêndios

Para que o módulo mantenha sua classificação contra incêndios a distância entre o frame do módulo e a superfície do telhado deve ser de ao menos 10 cm

5. Instalação Mecânica

Quando os módulos estão montados paralelamente à superfície de uma parede ou telhado, deve haver um espaçamento mínimo de 10 cm entre o frame do módulo e a superfície da parede ou do telhado para permitir a passagem de ar atrás do módulo e para prevenir danos ao cabeamento.

“JK”

2.2.2 Site Selection

When the modules are installed on the roof, they must be separated from the roof by more than 10cm to facilitate air circulation and heat dissipation. 

2.2.2 Seleção do local

Quando os módulos são instalados no telhado, eles devem estar separados do telhado mais de 10 cm a fim de facilitar a circulação de ar e a dissipação de calor.

Analisando os termos de garantia dos fabricantes, temos que qualquer desvio da montagem em relação ao manual de instalação é passível de anulação da garantia.

Tabela 3 – Análise dos termos de garantia

Fabricante

Texto original

Tradução

“TS”

4)  Exclusions  and Limitations 

The  aforementioned  “Limited  Warranty”  does  not  apply  to  any  Products  which  have  been  subjected to 

b) Failure  to  comply  with  the  requirements  of  TS  user  manual  

  1. Exclusões e limitações 

Os termos de garantia limitada citados anteriormente não se aplicam a produtos que:

b) Não estão de acordo com os requisitos da TS descritos no manual do usuário

“JS”

3. Exclusions and Limitations

(b)  The  Limited  Product  Warranty  and  Limited  Peak  Power  Warranty  shall  not  apply  to     MODULES which have been subject to:     Alteration,  improper  installation  or  application; 

3. Exclusões e limitações

(b) A garantia limitada do produto e a garantia de potência de pico não se aplicam aos módulos que foram sujeitos a:

Alteração, instalação ou operação impróprias

“JK”

7. EXCLUSIONS. This Limited Warranty is subject to the exclusions set forth in this Section 7. The Warranties shall not apply to any Module which has been:\

 (g) used in a manner inconsistent with the version of Jinko Installation Manual available on the date the Module is manufactured.

7. Exclusões.

A garantia limitada está sujeita a exclusão definida na seção 7. A garantia não se aplica a módulos que:

(g) foram usados de maneiras inconsistentes à versão do manual de instalação JK disponível no site na data de manufatura do produto.

Conclusão

Não há um tipo de estrutura inerentemente errada ou ruim. Existem aplicações equivocadas. A aplicação equivocada de uma estrutura de forma que não seja compatível com a exigência de distanciamento mínimo do módulo ao telhado pode acarretar perda de geração pelo efeito de temperatura e pode também acarretar a perda da garantia do produto. 

O instalador nunca deve ignorar o manual de instalação dos módulos, pois a não observação de um item pode tornar a garantia de manufatura e a garantia de potência inválidas.

Mateus Vinturini

Mateus Vinturini

Especialista em sistemas fotovoltaicos e engenheiro eletricista graduado pela UNICAMP (Universidade Estadual de Campinas). Entusiasta de ciências e tecnologia, com experiência no ramo da energia solar, tanto no âmbito comercial como em projeto, dimensionamento e instalação de sistemas fotovoltaicos. 

7 comentários

  • Leonel Poltosi disse:

    Muito obrigado por compartilhar estas informações. Como a temperatura em um painel fotovoltaico tem relação muito grande com o rendimento na conversão, acredito que também tenhamos que explorar o afastamento mínimo “entre” painéis, para facilitar a convecção natural do ar de ventilação. Normalmente vê-se strings com paineis praticamente colados um no outro. Os situados em posição mais elevada no telhado recebem o ar quente aquecido dos painéis montados em posições inferiores. Deixar frestas “entre” painéis para facilitar a saída do ar quente e aumentar a vazão da convecção natural pode ser uma boa solução, quando o telhado dispor de espaço físico. Também permitem acesso para facilitar a limpeza. Até agora não consegui encontrar nenhuma referência sobre este assunto. Fica sugestão para investigação. Grato

  • Donizeti Peres de Oliveira disse:

    A minha usina foi montada certa em 2019 obedecendo o limite mínimo de 10 cm da telha porém em 2021 com direcionamento do telhado para Norte para melhorar capacidade de geração do sistema o integrador rebaixou para zero sendo que a cobertura é telha térmica onde o mesmo dizia ter mais segurança em detrimento de ventos fortes porém,após a instalação eu me preocupei com o fato dos paines ficarem tão próximos as telhas e foi daí que comecei a pesquisar sobre o assunto e encontrei as matérias que dizem quando do espaço mínimo de ventilação foi então que contratei um novo técnico e refiz novamente o arranjo respeitando o espaço mínimo de 10 centímetros. Gostaria de relatar a falta de informações de parte dos integradores que causou duplo prejuízo. “PRIMEIRO em não questionar sobre posições do telhado SEGUNDO em aplicação fora das normas do fabricante.

  • Edigar disse:

    Bom dia. A questão é delicada, porém, não somente o instalador tem essa responsabilidade de um correto posicionamento da instalação. A demanda no mercado cresce a cada dia e há várias empresas testando novas estruturas. Entendo porém, que essa responsabilidade do distanciamento correto, é da empresa que fornece o kit solar e não do instalador. Visto que eu como instalador, uso sempre o material que me é entregue no instante em que eu defino o tipo de telhado.

  • Excelente conteúdo obrigado!!

  • Marco Aurélio Manucci disse:

    Muito bom o artigo.
    Parabéns!

  • Antônio Carlos disse:

    Tem muitas empresas utilizando o mini trilho sem o suporte, em telhado metálico, acredito que causará danos aos módulos.

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