De acordo com pt.wedoany.com-O Departamento de Águas do Condado de Maui instalou uma matriz fotovoltaica de baixa inclinação, não penetrante e lastrada no telhado de um reservatório circular de concreto para armazenamento de água, com potência CC de aproximadamente 105 a 141 kW, gerando eletricidade usada diretamente para compensar a carga elétrica da instalação do reservatório. O projeto foi entregue pela Johnson Controls como contratante.
O bombeamento é geralmente a principal carga elétrica das concessionárias de água potável. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) aponta que cerca de 80% dos custos de tratamento e distribuição de água municipal são destinados à eletricidade; a energia também costuma ser o maior custo operacional controlável, representando cerca de 25% a 30% das despesas de operação e manutenção (O&M). Terrenos planos, ensolarados e ociosos próximos às instalações de carga são raros, especialmente em ilhas.
Essas matrizes não penetram no telhado; são fixadas por lastro, usando peso em vez de fixadores. Os módulos solares são relativamente leves; o ponto crítico é quanto lastro o reservatório pode suportar, o que depende principalmente do comportamento sísmico, e não do próprio telhado. Esses reservatórios têm décadas de existência; antes da instalação, engenheiros estruturais determinaram previamente sua capacidade com base nos desenhos originais ou em avaliações no local.
Os módulos fotovoltaicos e o sistema de suporte são retangulares, enquanto o telhado do reservatório é circular. A matriz precisa ser disposta dentro da área circular interna, mantendo afastamento das bordas curvas e evitando tampas de inspeção, aberturas de ventilação e pontos de verificação ainda em uso. Maximizar a área dentro do círculo enquanto se mantêm os afastamentos periféricos e as zonas proibidas é o principal desafio de layout dos sistemas de montagem em reservatórios; por isso, essas matrizes aparecem como áreas retangulares densas com bordas recuadas.
O layout também deve atender aos requisitos de acesso de combate a incêndio para telhados fotovoltaicos. Conforme a Seção 1204.3, Capítulo 12, do Código Internacional de Incêndio de 2018, sobre caminhos de passagem em telhados planos, o projeto manteve uma passagem periférica livre de pelo menos quatro pés ao redor da matriz e um afastamento de quatro pés ao redor de cada abertura de acesso ao telhado. O requisito padrão do código para o perímetro é de seis pés; de acordo com a exceção da Seção 1204.3.1, quando qualquer eixo da estrutura tem 250 pés ou menos, o perímetro pode ser reduzido para quatro pés. Este projeto se aplica a essa exceção, recuperando área útil do telhado enquanto preserva o acesso.
Os reservatórios são altos e geralmente estão localizados em terrenos elevados e abertos, com cargas de vento significativas. As matrizes lastradas dependem do peso para resistir às forças de levantamento; adicionar lastro amplifica as forças laterais sob cargas sísmicas, tornando a massa uma faca de dois gumes. A água no reservatório reage durante um terremoto e gera suas próprias forças laterais, o que torna o equilíbrio entre lastro e sismicidade mais crítico em reservatórios do que em edifícios comuns: antes de qualquer lastro ser adicionado, o reservatório já suporta uma pesada demanda sísmica. A limitação não é a capacidade de carga gravitacional do telhado — os painéis são leves e, em grande parte, substituem a carga viva de pedestres que o telhado foi projetado para suportar; a restrição é quanto lastro adicional pode ser adicionado sem sobrecarregar o reservatório, que já está sujeito a cargas sísmicas devido ao armazenamento de água. Vento e sismo devem ser resolvidos simultaneamente: o dimensionamento do lastro para a força de levantamento do vento é determinado conforme a norma de cargas ASCE 7 da Sociedade Americana de Engenheiros Civis; em seguida, verifica-se se o peso adicional leva o cenário sísmico ao limite, iterando para conciliar ambos. Módulos de baixa inclinação captam menos vento e, consequentemente, exigem menos lastro.
A vida útil da matriz fotovoltaica pode chegar a décadas, e o reservatório abaixo deve durar ainda mais; ele não pode falhar devido à instalação solar. A EPA considera aberturas de inspeção expostas e grades de ventilação danificadas como riscos sanitários para o armazenamento de água tratada; uma matriz no telhado mal posicionada pode obstruir ou danificar esses componentes. Portanto, tampas de inspeção, aberturas de ventilação e pontos de verificação permanecem desobstruídos, e o layout reserva caminhos para inspeções internas futuras e reaplicação de revestimento. Como telhados planos acumulam água, os módulos e conduítes são elevados, evitando pontos baixos.
Os inversores, chaves seccionadoras e painéis de distribuição são instalados em suportes independentes no solo, ao lado do reservatório, em vez de na parede do tanque, removendo equipamentos pesados da estrutura. Os condutores ao longo das paredes são fixados com ancoragens adequadas à estrutura do reservatório, com conexões compatíveis com o método de construção específico de cada parede. A saída da matriz é transmitida por cabos até os inversores no nível do solo.
A instalação fotovoltaica no telhado de reservatórios é tratada como um método replicável, e não como um projeto único: transformar a infraestrutura já existente da concessionária em geração distribuída, compensando a maior parte da carga elétrica da instalação e reduzindo os custos operacionais de serviços críticos de abastecimento de água. Os padrões de execução são consistentes em cada local — começando pela avaliação estrutural, adotando matrizes lastradas não penetrantes, calculando vento e lastro como um problema acoplado e otimizado, otimizando a matriz dentro da pegada circular e tratando as funções de manutenção do próprio reservatório como requisito primordial.
A lição mais ampla é que os locais solares mais valiosos às vezes já estão construídos. Telhados de reservatórios não são terras livres, mas estruturas restritivas com regras rígidas; no entanto, para concessionárias com escassez de terra e altas cargas de bombeamento, ativos de armazenamento de água podem ser igualmente o melhor lugar para gerar a eletricidade que move a água.
