Studio e ottimizzazione di layout di impianti fotovoltaici su coperture metalliche piane di grandi dimensioni : definizione di strategie progettuali e applicazione a un caso di studio

The increasing number of entrepreneurs aiming at energy efficiency, by means of photovoltaic plants on wide industrial building flat metal roofing, leads the way to a great number of installation configurations. The present paper develops a method enabling the engineer to narrow the various configurations down to a minimum range of suitable solutions to be submitted to the customer. By means of a matrix combining all the parameters of a photovoltaic plant (type of photovoltaic panel, layout, building orientation, panel’s azimuth and tilt, pitch), several configurations are developed, which are submitted both to energy production simulations and to cost effectiveness assessments. This study shows that the configurations with horizontally arranged panels are the best choice in terms of cost/energy production ratio, discouraging the use of tilted solar arrays, which often require expensive supporting structures. Since the layout of the panels is often heavily affected by the encumbrance of commercial supporting items, in order to provide an optimized layout, a new customized installation kit is presented, the structural strength of which is checked by using the data obtained from wind tunnel experimental tests on a mock-up reproducing a flat roof building provided with roof-top installed PV strings. The study proves that for some positionings of the supporting triangles with respect to support brackets additional structural connections are needed, yet not always sufficient in some cases, for which further measures are required. The reliability of the proposed method is confirmed by means of a case study concerning a Fieramilano Rho-Pero exhibition pavilion. Besides proving the universality of the energy production and cost indexes per usable surface square meter, this study indicates a direct proportion between the usable surface reduction and the resulting reductions in energy production and financial investment.

Il crescente numero di imprenditori che sceglie di orientare la propria azienda verso un efficientamento energetico, ricorrendo all’installazione di impianti fotovoltaici su grandi coperture metalliche di capannoni industriali, apre la strada a numerose possibili configurazioni di installazione, oggetto di indagine del presente studio. Viene elaborato un metodo che consente al progettista di restringere il campo di configurazioni a un ventaglio di soluzioni ottimali da sottoporre al giudizio del cliente. Combinando all’interno di una matrice tutti i parametri caratterizzanti un impianto fotovoltaico (tipologia del pannello fotovoltaico, layout del campo, orientamento dell’edificio, azimut e tilt dei pannelli, pitch), vengono generate configurazioni sottoposte a simulazioni di producibilità, sotto il profilo prestazionale, e a valutazioni di convenienza economica. L’analisi mostra come le configurazioni con pannelli posizionati in piano costituiscano la scelta ottimale in termini di rapporto costo/producibilità, sconsigliando l’adozione di soluzioni con pannelli inclinati che spesso richiedono sottostrutture di sostegno commerciali molto costose. Per ottimizzare la disposizione dei pannelli, spesso dettata dall’eccessivo ingombro degli elementi commerciali, si propone un nuovo kit di installazione realizzato su misura, la cui resistenza strutturale viene verificata con il supporto dei dati ottenuti in galleria del vento su di un modello in scala di una copertura fotovoltaica: emerge che per alcuni specifici posizionamenti del triangolo rispetto alle staffe di supporto si richiede l’esecuzione di ancoraggi aggiuntivi, non sufficienti tuttavia in altri casi per i quali sono necessari interventi ulteriori. La validità di tutti i risultati ottenuti viene confermata attraverso un caso applicativo, condotto su un padiglione espositivo di Fieramilano Rho-Pero: oltre a dimostrare l’universalità degli indici di produzione e di costo calcolati a metro quadro di superficie utile, si determina una diretta proporzionalità tra la riduzione di quest’ultima e le conseguenti riduzioni di potenza generata e di investimento economico.