FOTOVOLTAICO GALLEGGIANTE
3.4. Dimensionamento di massima dei galleggianti tubolar
3.4.2. Dimensionamento dei tubi con carico neve
Il carico neve è spesso determinante nel dimensionamento delle coperture, in particolare quando si tratta di coperture leggere.
Nel caso in esame ciascuno dei moduli fotovoltaici può essere assimilato a una tettoia con inclinazione della copertura pari a quella degli stessi moduli, 25° per la soluzione A e 15°
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per la soluzione B, in modo da poter seguire il procedimento previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni per la determinazione del sovraccarico dovuto a depositi nevosi [46].
Secondo la normativa il carico neve deve essere valutato mediante la seguente espressione:
𝑞𝑠 = 𝑞𝑠𝑘∙ 𝜇𝑖∙ 𝐶𝑒∙ 𝐶𝑡 dove:
• 𝑞𝑠𝑘 è il valore di riferimento del carico neve al suolo nella località di interesse, valutato con periodo di ritorno pari a 50 anni;
• 𝜇𝑖 è il coefficiente di forma della copertura; • 𝐶𝑒 è il coefficiente di esposizione;
• 𝐶𝑡 è il coefficiente termico.
Il carico neve viene considerato agente in direzione verticale e viene riferito alla proiezione orizzontale della copertura o, in questo caso, alla proiezione orizzontale del modulo.
Si procede di seguito alla determinazione dei valori dei quattro parametri in gioco per la valutazione del carico neve.
Il carico neve al suolo dipende ovviamente dalle condizioni climatiche locali, dall’ altezza sul livello del mare (s.l.m) e dall’esposizione del sito d’installazione: a tal proposito, si ricorda che lo studio in esame ipotizza l’installazione della piattaforma fotovoltaica in prossimità della città di Pisa.
L’Italia è suddivisa dalla normativa in quattro zone: si riassumono in tabella le città facenti parte di ciascuna di esse e i relativi valori di 𝑞𝑠𝑘.
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Tabella 11: Zonazione Italia e relativi valori del carico neve al suolo
Zona I – Alpina
Aosta, Belluno, Bergamo, Biella, Bolzano, Brescia, Como, Cuneo, Lecco, Pordenone, Sondrio, Torino, Trento, Udine,
Verbania, Vercelli, Vicenza
𝑞𝑠𝑘 = 1,50 𝑘𝑁𝑚2 𝑎𝑠 ≤ 200 𝑚 𝑞𝑠𝑘 = 1,39 ∙ [1 + (𝑎𝑠 728) 2 ] 𝑘𝑁𝑚2 𝑎𝑠 > 200 𝑚 Zona I – Mediterranea
Alessandria, Ancona, Asti, Bologna, Cremona, Forlì-Cesena, Lodi, Milano, Modena, Novara, Parma, Pavia, Pesaro e Urbino, Piacenza, Ravenna, Reggio Emilia, Rimini, Treviso,
Varese 𝑞𝑠𝑘 = 1,50 𝑘𝑁 𝑚2 𝑎𝑠 ≤ 200 𝑚 𝑞𝑠𝑘 = 1,35 ∙ [1 + (𝑎𝑠 602) 2 ] 𝑘𝑁𝑚2 𝑎𝑠 > 200 𝑚 Zona II
Arezzo, Ascoli Piceno, Bari, Campobasso, Chieti, Ferrara, Firenze, Foggia, Genova, Gorizia, Imperia, Isernia, La Spezia, Lucca, Macerata, Mantova, Massa Carrara, Padova,
Perugia, Pescara, Pistoia, Prato, Rovigo, Savona, Teramo, Trieste, Venezia, Verona
𝑞𝑠𝑘= 1,00 𝑘𝑁 𝑚2 𝑎𝑠 ≤ 200 𝑚 𝑞𝑠𝑘 = 0,85 ∙ [1 + (𝑎𝑠 481) 2 ] 𝑘𝑁𝑚2 𝑎𝑠 > 200 𝑚 Zona III
Agrigento, Avellino, Benevento, Brindisi, Cagliari, Caltanissetta, Carbonia-Iglesias, Caserta, Catania, Catanzaro,
Cosenza, Crotone, Enna, Frosinone, Grosseto, L’Aquila, Latina, Lecce, Livorno, Matera, Medio Campidano, Messina,
Napoli, Nuoro, Ogliastra, Olbia Tempio, Oristano, Palermo, Pisa, Potenza, Ragusa, Reggio Calabria, Rieti, Roma, Salerno, Sassari, Siena, Siracusa, Taranto, Terni, Trapani,
Vibo Valentia, Viterbo
𝑞𝑠𝑘= 0,60 𝑚𝑘𝑁2 𝑎𝑠 ≤ 200 𝑚 𝑞𝑠𝑘 = 0,51 ∙ [1 + (𝑎𝑠
481)
2
] 𝑘𝑁𝑚2 𝑎𝑠 > 200 𝑚
Avendo supposto di installare la piattaforma fotovoltaica in zone della provincia di Pisa con altezza s.l.m inferiore a 200 m, il carico neve al suolo da adottare è 𝑞𝑠𝑘 = 0,60 [𝑚𝑘𝑁2]. Il coefficiente di forma 𝜇𝑖 dipende invece dalla forma della copertura (in questo caso del
modulo), dall’inclinazione sull’orizzontale della stessa (in questo caso dall’angolo di tilt) e dalle condizioni climatiche locali del sito di realizzazione.
In assenza di dati corredati da opportuna documentazione, i valori nominali del coefficiente di forma delle coperture ad una o due falde possono essere ricavati dalla tabella seguente, dove con α si indica l’angolo formato dalla falda con l’orizzontale.
Tabella 12: Valori del coefficiente di forma
Coefficiente di forma 𝟎° ≤ 𝜶 ≤ 𝟑𝟎° 𝟑𝟎° < 𝜶 < 𝟔𝟎° 𝜶 ≥ 𝟔𝟎°
𝜇𝑖 0,8 0,8 ∙(60 − 𝛼)
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Poiché le soluzioni A e B proposte per la piattaforma prevedono angoli di tilt dei moduli rispettivamente pari a 25° e 15° e passerelle disposte orizzontalmente (𝛼 = 0°), in entrambi i casi si assume 𝜇𝑖 = 0,8. L’adozione di tale valore per i moduli fotovoltaici trova riscontro anche in [47].
Figura 68: Condizioni di carico da considerare per coperture a una falda
Il coefficiente di esposizione 𝐶𝑒 tiene conto delle caratteristiche specifiche dell’area in cui sorge l’opera: si riportano in tabella i valori consigliati per questo coefficiente in funzione della classe di esposizione del sito in esame.
Tabella 13: Valori del coefficiente di esposizione 𝐶𝑒 per diverse classi di esposizione
Topografia Descrizione Ce
Battuta dai venti
Aree pianeggianti non ostruite esposte su tutti i lati, senza costruzioni o alberi più alti
0,9
Normale
Aree in cui non è presente una significativa rimozione di neve sulla
costruzione prodotta dal vento, a causa del terreno, altre costruzioni o
alberi
1,0
Riparata
Aree in cui la costruzione in esame è sensibilmente più bassa del circostante terreno o circondata da
costruzioni/alberi più alti
1,1
Poiché i moduli fotovoltaici si troveranno a un’altezza limitata dal pelo libero dello specchio d’acqua, si può ipotizzare l’assenza di significativa rimozione di neve prodotta dal vento; pertanto, ai fini del dimensionamento dei galleggianti si considera 𝐶𝑒 = 1.
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Infine, il coefficiente termico 𝐶𝑡 tiene conto della riduzione del carico della neve dovuta
allo scioglimento della stessa, causato da perdita di calore della costruzione. In assenza di uno specifico e documentato studio, deve essere posto 𝐶𝑡 = 1.
Il carico neve per unità di superficie risulta pertanto: 𝑞𝑠 = 0,6 [ 𝑘𝑁 𝑚2] ∙ 0,8 ∙ 1 ∙ 1 = 0,48 [ 𝑘𝑁 𝑚2] = 480 [ 𝑁 𝑚2]
Come sopra specificato, esso è considerato agente in direzione verticale e riferito alla proiezione ortogonale delle superfici sull’orizzontale.
Per semplicità, si considera l’accumulo di neve solo sulla superficie dei moduli fotovoltaici e su quella delle passerelle, trascurando eventuali accumuli sulle porzioni esposte delle travi a U e dei galleggianti tubolari.
Si riportano nella tabella seguente i dati necessari al calcolo del carico neve complessivo agente sulle piattaforme A e B e il carico complessivo stesso dato da:
𝑄𝑠 = 𝑞𝑠 ∙ (𝐴𝑚,𝑜∙ 𝑛𝑚+ 𝐴𝑝∙ 𝑛𝑝)
Dove con 𝐴𝑚,𝑜 si è indicata la proiezione sull’orizzontale della superficie del modulo, con 𝑛𝑚 il numero di moduli, con 𝐴𝑝 la superficie di ogni unità delle passerelle e con 𝑛𝑝 il numero di tali unità.
Tabella 14: Dati propedeutici al calcolo del carico neve complessivo e entità di quest’ultimo
Tilt [°] nm [-] np [-] Am,o [m2] Ap [m2] Qs [N]
A 25 49 49 1,488 0,991 58'316
B 15 60 30 1,586 1,235 63'461
Figura 69: Forze agenti sulla piattaforma fotovoltaica in presenza di carico neve e s.d.r. assunto
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𝜌𝑎𝑐𝑞𝑢𝑎∙ 𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖 ∙ 𝑔 = 𝐹𝑔,𝑡𝑢𝑏𝑖 + 𝐹𝑔,𝑠𝑡𝑟𝑢𝑡𝑡𝑢𝑟𝑎 + 𝐹𝑔,𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑖+ 𝐹𝑔,𝑝𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒 + 𝑄𝑠
Dalla quale ancora una volta è possibile ricavare la quota di volume di galleggianti tubolari immersi, per verificare che parte di essi sia ancora emersa:
𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖 =𝐹𝑔,𝑡𝑢𝑏𝑖+ 𝐹𝑔,𝑠𝑡𝑟𝑢𝑡𝑡𝑢𝑟𝑎+ 𝐹𝑔,𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑖+ 𝐹𝑔,𝑝𝑎𝑠𝑠𝑒𝑟𝑒𝑙𝑙𝑒+ 𝑄𝑠 𝜌𝑎𝑐𝑞𝑢𝑎∙ 𝑔
𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖 [%] = 𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖
𝑉𝑡𝑜𝑡,𝑡𝑢𝑏𝑖∙ 100
Come previso, il diametro esterno di primo tentativo risulta insufficiente a sopportare il carico neve di cui sopra; infatti, in entrambe le soluzioni gli elementi galleggianti verrebbero completamente immersi.
Si procede quindi ad aumentare il valore di suddetto diametro da 350 𝑚𝑚 a 400 𝑚𝑚, lasciando inalterato lo spessore, e si riassumono i risultati ottenuti dal foglio di calcolo nella tabella seguente:
Tabella 15: Percentuale di volume dei galleggianti immersa in assenza di carichi esterni e in presenza di
carico neve con diametro esterno di 350 mm e spessore 20 mm
De = 350 mm
Caso
𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖 [%]
Assenza di carichi esterni Presenza di carico neve
A 48,37 99,85
B 54,12 100
Tabella 16: Percentuale di volume dei galleggianti immersa in assenza di carichi esterni e in presenza di
carico neve con diametro esterno di 400 mm e spessore 20 mm
De = 400 mm
Caso
𝑉𝑖,𝑡𝑢𝑏𝑖 [%]
Assenza di carichi esterni Presenza di carico neve
A 39,43 78,85
B 43,87 93,07
Le percentuali relative alla verifica in assenza di carico esterno risultano ancora elevate rispetto al 30% previsto a pag. 67, per cui sarà probabilmente necessario incrementare ulteriormente il diametro.
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