Pesquisadores da Universidade de Ljubljana, na Eslovênia, desenvolveram um novo modelo para calcular fluxos de energia em telhados verdes fotovoltaicos. Os telhados verdes são telhados cobertos de vegetação e os sistemas fotovoltaicos podem se beneficiar de seu efeito de resfriamento. Após a criação de seu modelo, a equipe o testou em uma configuração real para validação.
“Ao determinar com precisão todos os fluxos de calor, este estudo visa melhorar o cálculo da evapotranspiração, o que é importante para estimar o consumo de água”, explicou o grupo. “A abordagem deste estudo garante que as descobertas possam ser utilizadas não apenas por pesquisadores para estudos adicionais, mas também por especialistas do setor que buscam implementar soluções de infraestrutura urbana com eficiência energética, promovendo efetivamente as metas de sustentabilidade urbana.”
O modelo assume um extenso telhado verde que consiste em suculentas do gênero sedum, substrato orgânico e uma camada de substrato de lã mineral. Com base nos dados meteorológicos disponíveis e nos parâmetros de configuração fotovoltaica, ele usa um fator de visualização 2D simplificado e uma abordagem 3D avançada para calcular a quantidade de luz solar e radiação que o módulo solar bloqueia. Com esses cálculos, é então capaz de determinar fluxos de energia, como radiação de ondas curtas e longas, fluxo de calor do solo, fluxo de calor sensível e fluxo de calor latente.
“O aspecto inovador desta pesquisa é o arranjo configurável com proporções de sombreamento variadas usadas para desenvolver e validar os modelos, fornecendo robustez para diferentes sistemas de telhado verde fotovoltaico”, acrescentaram os acadêmicos. “O modelo de radiação de ondas longas inclui um modelo paramétrico desenvolvido para a temperatura da superfície do telhado verde com fatores de sombreamento variados e códigos de cálculo disponíveis publicamente para sombreamento e determinação do fator de visualização na geometria 3D.”
Para verificar a precisão de seu modelo, a equipe construiu uma configuração experimental em Ljubljana, na Eslovênia. Incluiu uma amostra de telhado verde medindo 0,71 m em 0,71 m, consistindo em manta de suculentas do gênero sedum com até 2 cm de matéria orgânica, 2 cm de mistura de substrato mineral (lava, pedra-pomes, zeólita) e 4 cm de substrato leve de lã mineral. Dois módulos monocristalinos de 0,65 m de altura e 0,505 m de largura, foram posicionados acima do telhado verde, posicionados a 30 cm na borda inferior e tinham um ângulo de inclinação de 25◦.
“As medições foram realizadas em duas fases: a fase I é para a validação dos fluxos de energia e modelos de evapotranspiração, realizada entre 28 de junho e 6 de agosto de 2024”, disse o grupo. A Fase II foi realizada entre 21 e 28 de agosto, quando o instrumento de radiação de ondas longas foi virado para baixo para desenvolver o modelo de temperatura da superfície do telhado verde.
Comparando as medições da configuração experimental com as do modelo, a radiação de ondas longas recebida produziu um erro quadrático médio normalizado (NRMSE) de 5,1%. A evapotranspiração modelada em comparação com a medida deu um NRMSE de 4,4% para os valores diários. Eles destacaram que essas métricas demonstram “alta precisão”.
“Os resultados experimentais revelam uma diferença de até 100 W m-² na radiação de ondas longas recebida na superfície do telhado verde sob energia fotovoltaica em comparação com as condições de céu aberto, demonstrando o impacto significativo no balanço de energia, mostraram ainda os resultados. ” Negligenciar a troca de radiação de ondas longas com módulos fotovoltaicos resultaria em uma subestimação de 18% da evapotranspiração diária.
Suas descobertas foram apresentadas em “Effect of solar photovoltaics on green roof energy balance and evapotranspiration“, publicado na Sustainable Cities and Society.
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