Pesquisadores da Universidade de Liubliana, na Eslovênia, desenvolveram um novo modelo para calcular os fluxos de energia em telhados verdes com sistemas fotovoltaicos. Telhados verdes são aqueles cobertos por vegetação, como plantas, e os painéis fotovoltaicos podem se beneficiar do efeito de resfriamento proporcionado por eles. Após criar o modelo, a equipe o testou em uma configuração real para validação.

"Através da determinação precisa de todos os fluxos térmicos, este estudo visa melhorar o cálculo da evapotranspiração, que é crucial para estimar o uso de água", explicou a equipe. "A metodologia deste estudo garante que os resultados sejam úteis não apenas para pesquisadores em estudos futuros, mas também para especialistas do setor que buscam implementar soluções de infraestrutura urbana energeticamente eficientes, contribuindo efetivamente para os objetivos de sustentabilidade urbana."

O modelo assume um telhado verde de grande extensão, composto por plantas do gênero Sedum, substrato orgânico e uma camada de substrato mineral de lã de rocha. Com base em dados meteorológicos disponíveis e parâmetros da configuração fotovoltaica, ele utiliza um coeficiente de visão bidimensional simplificado e um método tridimensional avançado para calcular a quantidade de luz solar e radiação bloqueada pelos módulos solares. Por meio desses cálculos, o modelo determina os fluxos de energia, como radiação de onda curta e longa, fluxo de calor no solo, calor sensível e calor latente.

"A novidade deste estudo está na configuração ajustável com diferentes proporções de sombreamento, que pode ser usada para desenvolver e validar o modelo, proporcionando robustez para diferentes sistemas de telhados verdes fotovoltaicos", acrescentaram os pesquisadores. "O modelo de radiação de onda longa inclui um modelo paramétrico desenvolvido para a temperatura da superfície do telhado verde, com diferentes coeficientes de sombreamento, além de um código de cálculo aberto para determinar coeficientes de sombreamento e visão em geometria 3D."

Para validar a precisão do modelo, a equipe construiu uma configuração experimental em Liubliana, Eslovênia. Ela consistia em uma amostra de telhado verde com 0,71 metros de comprimento e largura, composta por um tapete vegetal de Sedum com até 2 cm de matéria orgânica, uma mistura de substrato mineral (lava, pedra-pomes, zeólita) de 2 cm e um substrato leve de lã de rocha de 4 cm. Dois módulos monocristalinos de 0,65 metros de altura e 0,505 metros de largura foram posicionados acima do telhado verde. Suas bordas inferiores estavam a 30 cm acima do telhado, com um ângulo de inclinação de 25°.

A equipe afirmou: "As medições foram realizadas em duas etapas: a primeira, para validar os modelos de fluxos de energia e evapotranspiração, ocorreu entre 28 de junho e 6 de agosto de 2024. A segunda etapa foi realizada de 21 a 28 de agosto, quando os instrumentos de radiação de onda longa foram posicionados para baixo, a fim de desenvolver o modelo de temperatura da superfície do telhado verde."

Ao comparar as medições da configuração experimental com as do modelo, o erro padrão da raiz quadrada média normalizada (NRMSE) para a radiação de onda longa incidente foi de 5,1%. Para a evapotranspiração diária simulada, o NRMSE foi de 4,4% em relação às medições. Eles destacaram que esses indicadores demonstram "alta precisão".

"Os resultados experimentais mostram que, em comparação com condições abertas, a radiação de onda longa incidente na superfície do telhado verde sob condições fotovoltaicas pode variar em até 100 W m-², indicando um impacto significativo no balanço energético", concluíram. "Ignorar a troca de radiação de onda longa com os módulos fotovoltaicos levaria a uma subestimação de 18% na evapotranspiração diária."