In quest’articolo ti mostrerò nel dettaglio il processo di calcolo e dimensionamento delle zavorre dei pannelli fotovoltaici. Vedremo le analisi statiche necessarie per la verifica della capacità portante della copertura su cui viene installato l’impianto fotovoltaico e la verifica al ribaltamento e al sollevamento nei confronti dell’azione del vento ai sensi della Normativa Tecnica vigente.
Per rendere più agevole l’attività di calcolo e verifica statica di un impianto fotovoltaico, nel corso dell’articolo potrai scarica gratuitamente Eolo, l’app implementata in Microsoft Excel per il calcolo dell’azione del vento sui pannelli fotovoltaici. Buona lettura!
Scarica Eolo, l’app per il calcolo dell’azione del vento sui pannelli fotovoltaici (implementata in Microsoft Excel)
Calcola l’azione del vento sui pannelli fotovoltaici con l’app Eolo ai sensi delle NTC2018 e Circolare 2019. Potrai calcolare rapidamente la pressione generata dal vento sulle superfici dei pannelli fotovoltaici fissi o mobili (tracker).
Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.
Zavorre di pannelli fotovoltaici: come sono realizzate, caratteristiche ed esempi
Le zavorre utilizzate per l’installazione di impianti fotovoltaici su coperture piane sono generalmente realizzate in calcestruzzo prefabbricato, materiale ideale per la sua bassa usura nel tempo.
Le zavorre costituiscono un sistema modulare la cui funzione principale è quella di contrastare l’azione del vento (sia la spinta orizzontale che quella verticale di sollevamento) che agisce sui pannelli, garantendo la stabilità dell’intero impianto.
I sistemi di supporto con zavorre, realizzate con elementi prefabbricati in calcestruzzo, rappresentano un metodo di installazione non invasivo che sfrutta il peso degli elementi per contrastare l’azione del vento e rendere stabili i pannelli. Questo sistema evita l’ancoraggio dei pannelli agli elementi strutturali dell’edificio e la conseguente perforazione della guaina impermeabile che comporterebbe elevati rischi di infiltrazione di acqua piovana. Sotto la superficie di contatto delle zavorre vengono posti strati di gomma o neoprene per proteggere la guaina impermeabilizzante esistente.
Oltre a fornire il peso necessario per la stabilità, le zavorre sono progettate anche per fornire l’adeguata inclinazione dei moduli fotovoltaici. Spesso le zavorre sono dotate di inserti filettati inglobati nel calcestruzzo per il fissaggio meccanico di profili metallici a supporto dei pannelli, garantendo un’elevata tenuta allo strappo.
Zavorre di pannelli fotovoltaici: dimensionamento, azione del vento e verifiche statiche
L’installazione di impianti fotovoltaici deve essere preceduta da un’adeguata attività di progettazione e verifica strutturale. L’aggiunta di carichi permanenti in copertura, in particolare per la presenza delle zavorre, e la creazione di nuove superfici esposte all’azione del vento, rendono necessario un’adeguato calcolo strutturale per garantire la sicurezza dei solai e la stabilità dell’intera installazione nel tempo.
Le zavorre possono avere pesi che vanno dai 25 kg fino a 100 kg o più. Vengono dimensionate per fornire la massa stabilizzante necessaria a contrastare l’azione del vento, calcolata in base a parametri del sito di installazione quali zona, altitudine, rugosità, altezza dell’edificio, inclinazione pannelli etc. (te ne ho parlato in maniera approfondita in quest’articolo).
L’azione del vento sui pannelli fotovoltaici può essere calcolata utilizzando le prescrizioni della Circolare 2019. Le condizioni di carico da considerare sono le stesse valide per le tettoie a singola falda in presenza di vento ortogonale e parallelo alla linea di colmo. La risultante del campo di pressioni sarà applicata ad un quarto della dimensione del pannello nella direzione del vento, a partire dal bordo sopravento, come mostrato nelle immagini seguenti estratte dall’app Eolo.
Per ciascuna direzione del vento (X e Y) si avranno quattro differenti condizioni di carico che prevedono l’applicazione della risultante della pressione del vento applicata nel punto A e B, con segno positivo (sovrappressione) e negativo (depressione).
Le verifiche statiche da eseguire per l’installazione di un impianto fotovoltaico sul solaio di copertura riguardano due aspetti: la verifica di equilibrio (EQU) per ribaltamento e sollevamento del sistema pannello-zavorra e la verifica di resistenza allo SLU e di deformabilità allo SLE del solaio esistente. Nel seguito dell’articolo analizzeremo nel dettaglio queste due tipologie di verifica.
Pannelli fotovoltaici con zavorre: verifica a ribaltamento per l’azione del vento
La verifica a ribaltamento allo Stato Limite Ultimo (SLU) viene eseguita considerando lo Stato Limite di equilibrio come corpo rigido, definito mediante la sigla EQU dalle NTC2018 ed eseguite rispetto all’estremità della zavorra, assunta come punto di rotazione nel piano verticale. I coefficienti parziali di sicurezza da utilizzare per l’amplificazione delle azioni sfavorevoli all’equilibrio e la riduzione delle azioni favorevoli sono riportati nella tabella 2.6.I delle NTC 2018, nella colonna EQU.
La verifica a ribaltamento si esegue confrontando le azioni stabilizzanti derivate dai pesi propri dei pannelli e delle zavorre, ridotti mediante il coefficiente parziale di sicurezza per i carichi permanenti non strutturali e favorevoli all’equilibrio (γG2 = 0.8), con le azioni ribaltanti generate dal vento e amplificate dal coefficienti parziale di sicurezza γQ = 1.5. La verifica è soddisfatta se l’azione stabilizzante risulta superiore all’azione ribaltante.
Nel caso in cui l’intensità dei carichi permanenti non strutturali (zavorre, pannelli etc.) sia ben definita in fase di progetto, per tali carichi si potranno usare i coefficienti validi per le azioni permanenti strutturali, pertanto si potrà utilizzare γG2 = 0.9 invece di γG2 = 0.8, come prescritto dalla Normativa Tecnica.
Pannelli fotovoltaici con zavorre: verifica a sollevamento per l’azione del vento
Parallelamente alla verifica a ribaltamento, va eseguita la verifica a sollevamento per assicurare la stabilità dell’impianto fotovoltaico contro l’azione del vento. Questa verifica accerta che la forza di sollevamento esercitata dal vento sulle superfici inclinate dei pannelli non sia sufficiente a distaccare la struttura dalla copertura. Le zavorre in calcestruzzo sono essenziali per fornire il peso necessario a contrastare questa forza.
La verifica va eseguita come verifica di equilibrio di corpo rigido (EQU) e si basa sul confronto tra l’azione stabilizzante, data dal peso proprio totale della struttura (somma del peso di zavorre, pannelli e profili) ridotto tramite il coefficiente γG2 = 0.8, e l’azione di sollevamento generata dalle componenti verticali dell’azione del vento e amplificata tramite il coefficiente γQ = 1.5.
La verifica è soddisfatta quando l’azione stabilizzante (Zstab) è maggiore della componente verticale della forza del vento (Zsoll).
Impianto fotovoltaico: verifica statica del solaio di copertura
La verifica del solaio di copertura consiste nel determinare se la struttura portante sia in grado di sopportare il peso aggiuntivo derivante dai pannelli, dai profili di supporto e dalle zavorre. Il peso complessivo, distribuito sull’area di appoggio, viene confrontato con i carichi previsti nel progetto originale oppure con la capacità portante dell’elemento strutturale.
Ad esempio, se il carico agente sul solaio dovuto all’impianto (pannello da 19 kg + zavorra da 58 kg) è distribuito su circa 1.40 m² per ogni modulo, il carico per unità di superficie sarà dato da 77/1.40 kg/mq per un totale di 55 kg/mq.
La verifica di resistenza del solaio consiste nel confrontare i momenti e i tagli sollecitanti derivanti dai carichi agenti allo SLU (inclusi quelli aggiuntivi dell’impianto fotovoltaico) con la resistenza a flessione e taglio della sezione di solaio oggetto di verifica. Questa verifica è essenziale per garantire che gli elementi strutturali orizzontali non subiscano rotture o collassi.
E’ buona prassi eseguire anche le verifiche di deformabilità agli Stati Limite di Esercizio (SLE), per assicurare che le deformazioni del solaio siano contenute entro i limiti ammissibili previsti dalla Normativa Tecnica. Ti ricordo che grazie Ver.Sez. l’app per l’analisi di sezioni in calcestruzzo armato, potrai eseguire agevolmente verifiche di resistenza allo SLU e verifiche di deformabilità allo SLE ai sensi della Normativa Tecnica vigente.
Scarica Eolo: l’app per il calcolo dell’azione del vento sui pannelli fotovoltaici
Scarica gratuitamente Eolo, l’app implementata in Microsoft Excel per il calcolo dell’azione del veno sui pannelli fotovoltaici, ai sensi delle NTC2018 e Circolare 2019. Potrai calcolare rapidamente la pressione generata dal vento sulle superfici dei pannelli fotovoltaici fissi o mobili (tracker), per tutte le condizioni di carico previste dalla Normativa Tecnica. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante una mail contenente il link per eseguire il download.
Pannelli fotovoltaici su coperture piane esistenti: un trend in forte crescita
L’installazione di impianti fotovoltaici sulle coperture di edifici esistenti o di nuova costruzione è una tendenza che ha visto una forte crescita negli ultimi anni e rappresenta un passo importante verso un futuro energetico sostenibile.
Secondo le statistiche del quinquennio 2019-2023, l’installazione di nuovi impianti è in costante aumento, passando dal +6.4% del 2019 con 55.000 nuovi impianti installati, fino al +30% del 2023 con 371.000 nuovi impianti installati (fonte: rapporto GSE-2023). Ti riporto i dati statistici nella tabella qui sotto.
| Anno | Impianti Totali | Nuovi Impianti | Crescita % impianti |
|---|---|---|---|
| 2019 | ~880.000 | ~58.000 | — |
| 2020 | ~936.000 | ~55.000 | +6,4% |
| 2021 | ~1.016.000 | ~80.000 | +8,5% |
| 2022 | ~1.225.000 | ~210.000 | +20,5% |
| 2023 | ~1.597.000 | ~371.000 | +30,4% |
Conclusioni
L’installazione di impianti fotovoltaici con zavorre alla base rappresenta una soluzione non invasiva per le coperture esistenti e richiede l’esecuzione di un’adeguata verifica statica per assicurare la sicurezza e la durabilità dell’impianto.
Come abbiamo visto in quest’articolo, le zavorre in calcestruzzo prefabbricato forniscono la massa necessaria a contrastare l’azione del vento. Le verifiche statiche includono la verifica della sezione del solaio allo SLU e allo SLE, per garantire che il solaio di copertura possa sopportare il carico aggiuntivo di pannelli e zavorre, e l’analisi di stabilità (EQU) nei confronti dell’azione del vento, che si articola nelle verifiche a ribaltamento e a sollevamento. Queste verifiche confrontano le azioni stabilizzanti del peso con quelle ribaltanti o di sollevamento generate dal vento.
Spero che i contenuti di quest’articolo ti siano d’aiuto per il tuo prossimo progetto riguardante l’installazione di un impianto fotovoltaico sulla copertura di un edificio esistente. Se ti è piaciuto, puoi suggerirlo ad un tuo collega su Linkedin e ad un tuo amico su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.
Al prossimo post.
Marco
Codice articolo: 263
Questi li hai già letti?
Relazione geotecnica: come definire il modello geotecnico del sottosuolo
Calcolo automatico delle strutture: come si ottiene la soluzione del problema statico (in 5 passaggi...
![Taipei 101: una sfera d'acciaio per proteggersi dal sisma [Tuned mass damper]](https://www.marcodepisapia.com/wp-content/uploads/2021/06/01_Cop_Taipei101-150x150.jpg)
Taipei 101: una sfera d'acciaio per proteggersi dal sisma [Tuned mass damper]
Suolo alla Winkler e rigidezza relativa fondazione/terreno: come calcolare le travi su suolo elastic...
Nella parte finale, riguardo la verifica statica del solaio, c’e’ una considerazione da aggiungere. Mi riferisco in particolare alle azioni del vento sul carico del solaio infatti, avendo aggiunto dei pannelli inclinati, sicuramente il vento tende a sollevarli ma la norma 2018 prevede anche un carico vento che tende a schiacciare… cioè abbiamo un carico aggiuntivo sul solaio che, in condizioni normali (solaio piano) normalmente, non è considerato. Quindi oltre alla forza peso della zavorra, sul solaio incide ora anche un carico vento (schiacciante) che non è riportato nell’analisi proposta e che va considerato nel computo con opportuni coefficienti EQU/SLU del solaio. Tipicamente per un solaio di civile abitazione questi carichi massimi devono rientrare nei famosi 2kN/mq.
Grazie.
L’azione del vento in compressione va considerata nel calcolo delle sollecitazioni per lo schema statico del solaio. Nella combinazione allo SLU va considerato anche il carico accidentale del vento, sia come azione dominante che come azione secondaria. La domanda in termini di sollecitazione va poi confrontata con la capacità della sezione del solaio. Un articolo utile: https://www.marcodepisapia.com/combinazioni-di-carico-allo-slu/
Ciao Marco, da un po di tempo mi occupo anche di verifiche statiche per l’installazione di zavorre su capannoni. Andando a calcolare il vento come vuole la normativa si perviene ad un’azione caratteristica molto elevata , e la verifica di sollevamento (che risulta essere la più gravosa ) torna solo con un sistema di zavorramento oneroso… per un pannello fotovoltaico di area circa 2m^2, consoderando i coefficienti del vento da norma, servirebbe almeno una zavorra di circa 80 kg per ogni lato. Tale aggravio di peso in copertura non è poco e in zona sismica (sempre se le verifiche statiche della copertura siano soddisfatte) comporta, secondo me, anche delle ulteriori valutazioni. Per far tornare tali verifiche occorre abbassare i coefficienti di pressione e un valido aiuto l’ho trovato nella norma CEI. Ti è mai capitato di utilizzarla?
Ciao Alessandro, non mi è mai capitato di utilizzare la norma CEI. In quale zona hai calcolato l’azione del vento? Valuterò di aggiungere un esempio numerico all’interno dell’articolo.
Ciao Marco, le condizioni più sfavorevoli sono quelle relative alle isole, ma se consideri una zona costiera del centro italia con categoria di esposizione III e con altezze dell’edificio intorno a 10 metri (caso capannoni) l’azione caratteristica del vento risulta intorno a 95da/m2 al netto dei coefficienti di forma.
E la verifica alla traslazione, con resistenza per attrito? Recentemente il Servizio Centralle LLPP di Roma dice: Installazione di impianti fotovoltaici sulla copertura piana degli edifici.
Al riguardo, preliminarmente si riporta quanto prescritto al par. § 2.1 delle NTC e relativa Circolare: “I componenti, i sistemi e i prodotti edili od impiantistici, non facenti parte del complesso strutturale, ma che svolgono funzione statica autonoma, devono essere progettati ed installati nel rispetto dei livelli di sicurezza e delle prestazioni di seguito prescritti [omissis]”
Inoltre, si rappresenta la necessità di considerare un impianto fotovoltaico installato sulla copertura di un edificio come un elemento il cui cedimento causa conseguenze non trascurabili per la sicurezza.
Risulta quindi che essi non possano essere vincolati alla costruzione contando sull’effetto dell’attrito, bensì devono essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili e che devono risultare soddisfatte tutte le verifiche previste al par. § 7.3.6 delle NTC e relativa Circolare applicativa.
Il Dirigente della Divisione II, Ing. Mariarcangela Ramundo
Grazie del commento Valter. Nel quadro delle verifiche statiche va considerata anche la verifica a scorrimento nei confronti della componente orizzontale del vento.
Si può inoltre valutare di eseguire un collegamento alla struttura mediante ancoraggio chimico alla guaina.