Los tejados metálicos y los paneles solares (fotovoltaicos) son una combinación ganadora: la resistencia y la durabilidad del metal lo convierten en el único tipo de material para tejados capaz de durar más de 30 años que las instalaciones solares fotovoltaicas. Los módulos solares pueden producir energía durante todo el año, incluso en regiones con fuertes nevadas. Sin embargo, cuando se instalan paneles fotovoltaicos en un tejado en una zona de nieve, hay que tener en cuenta que las cargas de nieve afectarán al diseño de la instalación solar. Hoy veremos algunas consideraciones importantes para que su instalación fotovoltaica resista las fuerzas de la naturaleza.
Los paneles solares pueden ser una superficie resbaladiza en terrenos nevados.
En primer lugar, exploraremos algunos aspectos básicos sobre la ciencia de la nieve en las cubiertas metálicas y las estrategias inteligentes de retención de nieve. A continuación, veremos cómo los paneles solares afectan (y se ven afectados por) las acumulaciones de nieve en los tejados.
¿Qué ocurre cuando se acumula nieve en su cubierta metálica?
Si vive en un país donde nieva mucho, probablemente haya visto alguna vez una avalancha en un tejado. Este fenómeno se produce cuando una masa de nieve se desprende de un tejado metálico de golpe. Las cargas de nieve en un tejado pueden variar mucho, desde 20 psf hasta 300 psf e incluso más. El resultado es peligroso -y potencialmente catastrófico- para las personas, los vehículos, los jardines, las propiedades y los equipos que se encuentran debajo.
Esta imagen muestra las secuelas de una avalancha desprendida de un tejado metálico.
Las condiciones para que se produzca una avalancha en un tejado comienzan cuando la nieve se acumula en él. Inicialmente, la nieve se mantiene en su lugar por una unión sensible a la temperatura (fricción). Las fuerzas de compresión empujan hacia abajo y compactan el manto de nieve. La fuerza vectorial (a veces conocida como carga de arrastre o carga de gravedad) empuja el banco de nieve hacia el alero, aumentando su densidad. Cuando la luz del sol calienta la superficie metálica del tejado a través de la nieve translúcida, se forma una lámina de agua de deshielo bajo el banco de nieve y crea una condición resbaladiza que permite que la nieve se deslice fuera del tejado.
¿Le interesa saber cómo actúan estas fuerzas y cómo se calculan las cargas de nieve?
Echa un vistazo el vídeo más adelante en este blog.
¿Qué frena la nieve?
La verdad es que cualquier obstrucción en el tejado puede crear una protección contra la nieve involuntaria. Los obstáculos pueden incluir elementos tales como:
Estas obstrucciones del tejado -incluidos sus paneles solares- pueden actuar como un impredecible sistema de retención de nieve.
La nieve puede acumularse por encima y en el borde inferior de los módulos fotovoltaicos.
Para evitar una avalancha en el tejado, necesita un sistema fiable diseñado para mantener la nieve en su sitio de forma segura mientras se derrite, como las protecciones de nieve "unificadas" (discontinuas) o una valla de nieve (continua).
¿Cómo se diseña un sistema fiable de retención de nieve?
La mayoría de las estructuras de edificios se diseñan con cargas de nieve precalculadas, pero compruebe que su edificio se diseñó con las cargas de nieve adecuadas. Si su edificio se diseñó conforme a la disposición ASCE-7 para la "reducción de la carga de tejado resbaladizo", las protecciones contra la nieve están prohibidas.
Las fuerzas de la nieve sobre un tejado pueden calcularse matemáticamente, lo que permite diseñar correctamente un sistema de retención de nieve para cualquier tejado. Infórmese sobre el "Diseño de cubiertas metálicas para climas fríos" en el Libro Blanco de la Asociación de Construcciones Metálicas (MCA), y vea este vídeo para obtener una visión general de su funcionamiento.
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Importante Las fuerzas de carga de nieve son específicas de cada proyecto. Variarán en función de la pendiente, la longitud de las vigas y las cargas de nieve previstas en la cubierta. |
¿Cómo afecta la nieve a los paneles fotovoltaicos?
Aunque un módulo solar tenga una superficie resbaladiza, en muchos casos la nieve no se desprende de él. Esto significa que debe conocer la carga que pueden soportar sus módulos fotovoltaicos. Asegúrese de que el módulo tiene una carga nominal de diseño igual o superior a la carga de nieve de diseño del tejado. Los fabricantes de módulos publicarán las cargas de un módulo determinado en la información del producto. Pero asegúrese de que las cargas publicadas del módulo que está consultando tienen aplicado el factor de seguridad adecuado. Normalmente, esta información se encuentra en los manuales de instalación del fabricante del módulo, junto con las zonas de montaje adecuadas del módulo.
Aunque la nieve puede acumularse en los módulos fotovoltaicos, los marcos de los módulos no están diseñados para actuar como un sistema de retención de nieve capaz de resistir cargas de arrastre (vectoriales). Esto significa que los módulos podrían no retener adecuadamente la nieve acumulada, lo que provocaría una avalancha en el tejado, y los módulos podrían resultar dañados por la fuerza vectorial del manto de nieve.
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El labio del módulo está dañado y se desgarra |
Panel solar dañado debido al deslizamiento de la nieve |
También es importante no añadir nunca un sistema de retención de nieve apoyado en los marcos del módulo. Si el módulo de la foto de arriba sufrió tanto daño con sólo un reborde de marco de 1/8" que retenía la nieve, ¡imagínese cuánto daño podría ocurrir cuando se fija un sistema de retención de nieve de 1" a 3" al marco de un módulo!
Cuando diseñe fijaciones fotovoltaicas solares para su tejado en zonas nevadas, no apile nunca los componentes con un pie en L adicional. El apilamiento doble forma un brazo de momento y crea una fuerza de "apalancamiento", que podría provocar un fallo del sistema de estanterías y de las fijaciones al tejado cuando la nieve se acumule en los módulos.
¿Dónde van las protecciones contra la nieve en un tejado con un campo solar fotovoltaico?
Dado que las protecciones contra la nieve deben colocarse en el alero, donde la capa de nieve es más densa, es posible que tenga que sacrificar algo de espacio para que funcionen eficazmente. Por lo tanto, coloque la primera fila de módulos más arriba. Crear una distancia entre la fila de módulos inferior y la colocación de la protección contra la nieve en el alero dará a la nieve un lugar para densificarse en el tejado por encima de la protección contra la nieve.
Ejemplo de espacio de separación adecuado entre el campo fotovoltaico y las protecciones contra la nieve
Esta distancia entre la hilera y las retenciones de nieve puede variar en función de la severidad de las cargas de nieve de su región. Con un espacio de separación adecuado, los sistemas de retención de nieve de perfil más bajo suelen funcionar. Pero cuando no se pueda maximizar la distancia entre la hilera inferior y el alero, utilice un sistema de retención de nieve más alto para contener la masa de nieve.
El perfil más alto de X-Gard™ 2.0 retiene el manto de nieve.
¿Qué pasa con los sistemas de estanterías inclinadas en un tejado de pendiente baja?
Los sistemas de estanterías inclinadas requieren un espacio entre cada fila de módulos. Este espacio evita que las filas se hagan sombra entre sí para maximizar la producción de energía de los módulos. Pero la nieve a la deriva y la nieve arrastrada por el viento pueden acumularse en el espacio detrás de los módulos inclinados, creando acumulaciones de nieve mayores que las cargas de nieve diseñadas para el tejado.
El espacio detrás de las filas de módulos también produce zonas de "sombra aerodinámica". El sol no llega a estas zonas de sombra para derretir la nieve o el hielo acumulados. Cuando las acumulaciones se acumulan, también pueden crear cargas más pesadas de las que el tejado fue diseñado para soportar. La biblioteca de la ASCE ofrece recomendaciones sobre cómo tratar la sombra aerodinámica y la nieve impulsada por el viento en "Cargas de nieve en cubiertas con paneles solares".
El espacio detrás de las filas de módulos produce zonas de "sombra aerodinámica".
La sombra aerodinámica en el país de la nieve puede crear cargas de deriva de nieve que son mayores que las cargas de nieve de diseño del tejado.
¿Cómo asegurarse de que dispone del sistema adecuado para su trabajo?
Sorprendentemente, no existen códigos ni normas que rijan la selección y la ingeniería adecuada de su sistema de retención de nieve, lo que hace necesario obtener información creíble. Es necesario que un laboratorio acreditado realice pruebas para validar que el sistema elegido puede soportar las cargas de cualquier proyecto individual.
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Es fundamental que las pruebas sean específicas para el perfil, los materiales, los espesores, los sustratos y los valores de carga reales de la cubierta, ya que los distintos factores del proyecto producen resultados diferentes. Busque resultados publicados que estén fácilmente disponibles para poder verificar que se han realizado las pruebas adecuadas. Y asegúrese de que los resultados publicados incluyen un factor de seguridad adecuado. Se trata de la carga "admisible" que debe utilizarse en el diseño. Muchos proveedores sólo publican cargas "límite" sin incluir ningún factor de seguridad. Cuando su objetivo es evitar que miles de kilos de nieve se conviertan en una avalancha en el tejado, tener el factor de seguridad incorporado es esencial. Para obtener más información sobre el diseño de un sistema fiable, lea el Boletín Técnico de MCA " Calificación de los sistemas de retención de nieve para cubiertas metálicas."
Ideas a las que aferrarse
Las regiones propensas a fuertes nevadas crean situaciones únicas en lo que se refiere a las instalaciones fotovoltaicas sobre cubiertas metálicas. Hoy lo analizamos:
- La importancia de prevenir una avalancha en el tejado y cómo diseñar un sistema fiable de retención de la nieve.
- Los efectos nocivos de la nieve en los módulos solares.
- Colocación de la protección contra la nieve en relación con las filas de módulos solares.
- El efecto de los sistemas de estanqueidad por títulos en las acumulaciones de nieve.
- Formas de validar que su sistema de retención de nieve soportará las cargas.
Comprender los factores que entran en juego con los paneles solares en condiciones de nieve le permite proteger tanto a las personas como a los bienes, optimizando la vida útil de su tejado metálico y de su instalación solar fotovoltaica.
