Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
23
EIXO TEMÁTICO: ( ) Tópico Especial: A Cidade e o Isolamento Social (X) Cidades Inovadoras ( ) Mobilidade Urbana Sustentável ( ) Geotecnologias e Investigação Geotécnica das Cidades ( ) Gestão e Tecnologias Aplicadas aos Sistemas de Saneamento
Integração entre telhados verdes e sistemas fotovoltaicos: uma revisão bibliográfica sobre benefícios e desafios
Integration between green roofs and photovoltaic systems: a bibliographic review on
benefits and challenges
Integración entre cubiertas verdes y sistemas fotovoltaicos: revisión bibliográfica sobre beneficios y desafíos
Wanessa Karoline Maciel Carvalho Doutoranda, UFSCar, Brasil.
Ricardo Augusto Souza Fernandes
Professor Doutor, UFSCar, Brasil. [email protected]
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
24
RESUMO A integração entre técnicas sustentáveis como telhados verdes e sistemas fotovoltaicos pode contribuir para a expansão de ambas as aplicações em grandes centros urbanos. Tendo isso em vista, este trabalho tem como objetivo apresentar uma revisão bibliográfica identificando os fatores importantes para a implantação, benefícios e desafios da construção de telhados verdes fotovoltaicos, reunindo informações relevantes para fins acadêmicos e para futuros desenvolvimentos na área de coberturas sustentáveis nas cidades. A análise dos trabalhos dá-se por meio de uma busca preliminar seguida pela primeira seleção de trabalhos, buscando referenciar aqueles mais recentes. A partir disso, pode-se analisar seu conteúdo e finalmente produzir o quadro-resumo com os 20 principais trabalhos relacionados ao tema. Os resultados desta revisão mostram que há diversos benefícios na implantação conjunta de telhados verdes e sistemas fotovoltaicos, já que a temperatura ambiente localizada diminui por conta do resfriamento evaporativo da vegetação e essa redução de temperatura aumenta a eficiência e a vida útil dos painéis fotovoltaicos. Destaca-se ainda os desafios apontados nos trabalhos como a falta de conhecimento acerca da manutenção dos dois sistemas, os custos atrelados à sua implantação e a falta de regulamentações para adoção de ambas as técnicas. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas fotovoltaicos. Telhados verdes. Tecnologias verdes. ABSTRACT The integration between sustainable techniques such as green roofs and photovoltaic systems can contribute to the expansion of both applications in large urban centers. Thus, this paper aims to present a bibliographic review identifying important factors for the implantation, the benefits and challenges of the construction of photovoltaic green roofs, gathering relevant information for academic purposes and for future developments in the area of sustainable roofing in cities. The analysis of the articles takes place through a preliminary search followed by the first selection of works, seeking to reference the most recent ones. From this, it is possible to analyze its content and finally produce the summary table with the 20 main articles related to the theme. The results of this review show that there are several benefits in the joint deployment of green roofs and photovoltaic systems, since the localized ambient temperature decreases due to the evaporative cooling of the vegetation and this temperature reduction increases the efficiency and the useful life of the photovoltaic panels. It also highlights the challenges pointed out in the works, such as the lack of knowledge about the maintenance of the two systems, the costs linked to their implementation and the lack of regulations for the adoption of both techniques. KEYWORDS: Photovoltaic systems. Green roofs. Green technologies.
RESUMEN La integración entre técnicas sostenibles como cubiertas verdes y sistemas fotovoltaicos puede contribuir a la expansión de ambas aplicaciones en los grandes centros urbanos. Así, este trabajo tiene como objetivo presentar una revisión bibliográfica identificando los factores importantes para la implantación, los beneficios y desafíos de la construcción de cubiertas verdes fotovoltaicas, recopilando información relevante para fines académicos y para futuros desarrollos en el área de cubiertas sustentables en las ciudades. El análisis de las obras se realiza mediante una búsqueda preliminar seguida de la primera selección de obras, utilizando obras más recientes. A partir de esto, se puede analizar su contenido y finalmente producir la tabla resumen con los 20 trabajos principales relacionados con el tema. Los resultados de esta revisión muestran que existen varios beneficios en el despliegue conjunto de cubiertas verdes y sistemas fotovoltaicos, ya que la temperatura ambiente localizada disminuye debido al enfriamiento evaporativo de la vegetación y esta reducción de temperatura aumenta la eficiencia y la vida útil de los paneles fotovoltaicos. También se destacan los desafíos señalados en los trabajos, como el desconocimiento sobre el mantenimiento de los dos sistemas, los costos vinculados a su implementación y la falta de normativa para la adopción de ambas técnicas.
PALABRAS CLAVE: Sistemas fotovoltaicos. Cubiertas verdes. Tecnologías verdes.
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
25
1. INTRODUÇÃO
A cidade é um espaço que apresenta grandes desafios para promover o bem-estar daqueles que
ocupam esse modelo de ambiente. Ações sustentáveis que otimizem o uso do espaço urbano
têm sido o objetivo de diversos estudos e a produção de energias limpas aliada ao aumento de
áreas verdes na cidade é uma alternativa viável para mitigar os efeitos negativos que a
urbanização acelerada pode causar.
Sabe-se que os materiais utilizados para construir as edificações nas cidades absorvem a maior
parte da radiação e a liberam como calor, o que acaba criando o fenômeno das ilhas de calor
urbanas (UHI, em inglês Urban Heat Islands), que tem impactos diretos e indiretos na saúde e
na qualidade de vida dos cidadãos (LIN et al., 2013). Por conta dessas alterações em climas
locais, o uso ideal de espaços que ofereçam alternativas de mitigação dos efeitos de UHI se faz
necessário e urgente.
A correlação entre a cobertura vegetal e a temperatura da superfície da terra (SUSCA; GAFFIN;
DELL’OSSO, 2011) indica que o aumento de áreas verdes em zonas urbanizadas contribuiria para
mitigar o problema das ilhas de calor. No entanto, a realidade das cidades é de alta densidade
de áreas cobertas de edificações, o que dificulta aumentar o número de zonas verdes (HERRERA-
GOMEZ; QUEVEDO-NOLASCO; PÉREZ-URRESTARAZU, 2017). Sendo assim, alternativas como o
uso das coberturas de edifícios são consideradas soluções inteligentes de utilização desses
espaços. A soma de todas as coberturas dos edifícios representa um alto percentual de
exposição e a fração dessa área de cobertura permitiria um aproveitamento positivo usando
tipos de vegetação para criar ambientes urbanos mais saudáveis (EPA, 2014).
Os telhados verdes (GR, em inglês Green Roofs) são uma das tecnologias de desenvolvimento
de baixo impacto e, embora cumpram seu papel igual ao de telhado tradicionais, contribuem
para a diminuição de efeitos de UHI, diminuem a temperatura da edificação em que estão
instalados e contribuem ainda para o gerenciamento de águas pluviais (HERRERA-GOMEZ;
QUEVEDO-NOLASCO; PÉREZ-URRESTARAZU, 2017).
No campo das tecnologias de energias limpas, os sistemas que utilizam energia solar são
importantes, principalmente em países com altos índices de incidência de radiação solar, como
o Brasil. Um exemplo dessas tecnologias é o sistema de painéis fotovoltaicos (PVs, em inglês
Photovoltaic System), que tem a finalidade de capturar a energia do sol e a converter em
eletricidade (CHEMISANA; LAMNATOU, 2014).
As tecnologias de telhados verdes e de PV são, por muitas vezes, consideradas incompatíveis e
raramente são pensadas para o mesmo telhado ao mesmo tempo. Em contraste com esta
percepção, existem possíveis efeitos simultâneos entre telhados verdes e painéis fotovoltaicos
pois quando um telhado verde é integrado a um sistema de PV, o GR-PV, temperaturas
ambientes podem diminuir por meio do resfriamento evaporativo. Essa redução da temperatura
influencia e aumenta a eficiência de conversão de energia e a vida útil das células fotovoltaicas
(JAHANFAR et al., 2020).
Sabe-se que condições externas como nível de irradiância, velocidade do vento, acúmulo de
sujeira/poeira, condições de instalação particulares e temperatura ambiente e do módulo solar
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
26
influenciam o desempenho de células solares e painéis solares (SYAFIQ, 2018). Tais fatores
comprometem o maior aproveitamento da técnica, mas há potencial para um maior
desenvolvimento dos sistemas fotovoltaicos e isso pode ser alcançado, por exemplo,
combinando o sistema de painéis com outras tecnologias verdes, como telhados verdes
(CHEMISANA; LAMNATOU, 2014). Os telhados verdes fotovoltaicos (GRs-PVs) são uma nova
tendência e podem fornecer múltiplas vantagens, como aumento da produção fotovoltaica e
economia de energia devido à interação com o PV.
Mesmo com a resistência encontrada para a implantação de técnicas sustentáveis na cidade,
ideias como a de implantação de telhados verdes fotovoltaicos indicam que a busca pelo alto
rendimento de ambos os sistemas promoverá maiores atrativos para sua implantação. Com
base em estudos relacionados, a colaboração mútua entre esses sistemas depende de fatores
como o tipo de planta e as condições climáticas de uma determinada região (LAMNATOU;
CHEMISANA, 2015). No entanto, por ser uma tecnologia recente, seu desenvolvimento ainda
demanda a análise de diversos parâmetros que estão relacionados com este tipo específico de
sistema de cobertura e que são objetos de estudo na literatura em termos de avaliação
experimental.
2. OBJETIVOS
O presente estudo tem como objetivo apresentar uma análise sobre os fatores importantes para
a implantação, benefícios e desafios da construção de telhados verdes fotovoltaicos, reunindo
informações relevantes para fins acadêmicos e para futuros desenvolvimentos na área de
coberturas sustentáveis nas cidades.
De forma mais detalhada, esta pesquisa busca ainda apresentar características acerca de cada
um dos sistemas separadamente e as contribuições da implantação de modelos sustentáveis
dentro dos centros urbanos.
3. MÉTODO DE ANÁLISE
O método para o desenvolvimento deste estudo foi aplicado conforme o esquema apresentado
na figura a seguir e destrinchado nas subseções posteriores:
Figura 1: Esquema para o desenvolvimento da análise bibliográfica
Fonte: Elaborado pela autora, 2020.
3.1. Busca preliminar
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
27
Para o desenvolvimento deste artigo foi feita uma pesquisa bibliográfica, em que a fonte de
coleta foi a plataforma Scopus, escolhida por conta de sua multidisciplinaridade, possibilitando
uma alta demanda de artigos relacionados nesta base de dados (ELSEVIER, 2019). Realizou-se
uma busca por meio de palavras-chave definidas como “telhado verde”, “fotovoltaico” e “painel
fotovoltaico”, palavras inseridas na plataforma na forma: TITLE-ABS-KEY ("green roof*" AND
("photovoltaic*" OR "pv panel*")). A busca retornou 44 resultados, entre artigos e revisões, que
possuíam os termos selecionados nos títulos, resumos ou palavras-chave.
3.2. Seleção do conteúdo
Dentro deste levantamento bibliográfico, é importante mencionar que o primeiro trabalho
publicado que trata da ideia de combinação desses dois sistemas data de 2007 e que discutiu
como equilibrar os interesses privados e sociais, a fim de cumprir o princípio de benefício mútuo
de mitigar fenômenos de ilhas de calor e otimizar o uso de energias renováveis no design
integrado do espaço telhado. A partir deste ano, poucos artigos sobre o tema foram publicados,
normalmente um artigo a cada ano, até a expansão do tema a partir de 2015.
Sendo assim, optou-se por utilizar como fonte de pesquisa artigos ou revisões recentes, em
inglês, para que se pudesse ter maior noção acerca das metodologias aplicadas para estudar a
fusão do telhado verde e da produção de energia elétrica de forma renovável e limpa. Assim,
foram filtrados trabalhos publicados entre os anos de 2016 a 2020, resultando em 30 artigos.
3.3. Seleção final dos artigos
Para a etapa seguinte, foi ainda realizado um processo de filtragem de artigos que selecionou
de maneira criteriosa trabalhos que pudessem compor a base teórica para a análise do tema
neste levantamento bibliográfico. Isto porque notou-se que, dos 30 trabalhos selecionados
anteriormente, 10 trabalhos apenas mencionavam os termos ao tratar sobre ideias sustentáveis,
mas não relacionavam suas pesquisas ao estudo de implantação conjunta de ambas as técnicas.
Portanto, foram mantidos 20 trabalhos para formar a base deste estudo.
Por fim, foi retirado destes 20 artigos finais o conteúdo para compreender os benefícios e
possibilidades de implantação das tecnologias verdes de forma conjunta.
3.4. Organização do quadro-resumo
Foram destacados aspectos relevantes de cada um dos 20 trabalhos selecionados como
objetivos, metodologia e resultados encontrados, buscando apresentar de forma clara e concisa
os fatos relevantes para a escolha do tema e quais os assuntos abordados para seu
aprimoramento. A seção a seguir apresenta os resultados da revisão bibliográfica realizada,
organizando o conteúdo teórico em subtópicos estruturados para a melhor compreensão das
informações coletadas.
4. RESULTADOS
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
28
4.1. Telhados verdes
Conforme Ogaili e Sailor (2016), um telhado verde com vegetação consiste em camadas de
vegetação e substrato diretamente acima de uma camada de drenagem, barreira de raiz e
membrana à prova d'água. A composição e profundidade do meio de cultivo variam de um
telhado verde para outro, assim como a escolha das espécies de vegetação e o desenho da
camada de drenagem. Quando a espessura do meio de cultivo é maior que 20 cm, o telhado
verde é chamado de intensivo ou de alto perfil. Já os telhados verdes com espessura menor que
20 cm são mais comuns e são normalmente chamados de telhados verdes extensivos.
Em situações urbanas de alta densidade onde o espaço é escasso, os telhados dos edifícios
representam um espaço viável para a integração de novas infraestruturas verdes. Nash et al.
(2016) afirmam que os telhados verdes são componentes importantes da infraestrutura verde
nas cidades, apoiando a restauração de uma ampla gama de serviços ecossistêmicos para áreas
urbanas, incluindo o manejo de águas pluviais, absorção de poluição, mitigação de ilhas de calor
urbanas e conservação de energia.
Embora os telhados verdes tenham uma longa história, que remonta aos tempos antigos,
ultimamente tem havido um interesse crescente na tecnologia. Muitos estudos têm mostrado
que o uso de telhados verdes fornece vários serviços ecossistêmicos. Ogaili e Sailor (2016)
reiteram que as vantagens potenciais dos telhados verdes envolvem ainda a melhoria da
qualidade do ar, apelo estético, regulação da temperatura no edifício e ambiente circundante,
habitat, conservação de energia e preservação do envelope do edifício.
Schindler et al. (2016) afirmam que os telhados verdes tendem a ser mais frios do que os
telhados convencionais por conta da evapotranspiração da superfície plantada, variando de
acordo com o albedo da superfície e outras propriedades físicas dos dois telhados.
Ainda acerca da variação de temperatura nos telhados verdes, Alshayeb e Chang (2018) relatam
que os materiais de cobertura convencionais, por exemplo, durante os meses de verão podem
atingir temperaturas muito altas, enquanto um telhado verde ou telhado com vegetação, possui
temperaturas mais brandas. A maioria das superfícies de telhados verdes permanecem mais
frias do que telhados convencionais devido ao sombreamento das plantas e evapotranspiração
e também porque os componentes de cobertura convencionais têm temperaturas superficiais
mais altas porque grande parte da energia do Sol é absorvida pelos materiais construtivos.
4.2. Sistema de painéis fotovoltaicos
A energia solar é uma fonte de energia renovável limpa, gratuita e promissora que ajuda a
reduzir as emissões de gases de efeito estufa e, portanto, mitigar o aquecimento global e as
mudanças climáticas. Os painéis fotovoltaicos (PVs), que podem converter diretamente a luz do
sol em eletricidade, são um dos métodos mais eficientes de aproveitamento da energia solar
(RAMSHANI,2020).
Os sistemas fotovoltaicos absorvem fótons quando a luz solar atinge os painéis solares,
liberando elétrons que são capturados e usados para criar uma corrente elétrica, permitindo a
produção de eletricidade. Assim, a quantidade de radiação que atinge o sistema PV afeta a
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
29
quantidade de energia que está sendo gerada (STATLER; ADAMS; ECKMANN, 2017). Essa
radiação é proveniente da radiação difusa, do feixe e da radiação refletida do sol, que juntas
constituem a insolação. Sabe-se que em uma certa inclinação e dependendo da época do ano a
radiação incidente máxima é obtida. A inclinação do painel, medida entre o plano do painel e o
horizonte, deve ser maior no inverno e menor no verão para obter a quantidade máxima de
radiação (STATLER; ADAMS; ECKMANN, 2017).
Os painéis fotovoltaicos aproveitam a irradiação solar e a transformam em eletricidade, por
meio da qual a eletricidade acessível pode ser gerada e utilizada tanto em serviços públicos
quanto residenciais. Nos últimos anos, a taxa de instalação de painéis fotovoltaicos vem
aumentando continuamente devido à redução do custo, aumento da produção e incentivos na
legislação. Os painéis fotovoltaicos dependem da irradiação solar para gerar eletricidade, mas
isso afeta de forma negativa sua produção devido ao aumento da temperatura da superfície dos
painéis. A eficiência de saída dos sistemas fotovoltaicos diminui aproximadamente 0,5% para
cada aumento de 1°C na temperatura da superfície dos painéis fotovoltaicos (RAMSHANI,2020).
Além de estar acima de muitas obstruções verticais que bloqueariam a luz solar, os telhados são
lugares particularmente bons para instalar sistemas fotovoltaicos porque a eletricidade que eles
produzem pode contribuir para atender a demanda elétrica do edifício onde estão localizados,
o que minimiza as perdas de transmissão em comparação com usando eletricidade de uma usina
de energia solar localizada mais longe (STATLER; ADAMS; ECKMANN, 2017).
4.3. Integração dos sistemas GR-PV e seus benefícios
Os sistemas de telhados verdes e fotovoltaicos são tecnologias de telhado sustentáveis. Essas
tecnologias são frequentemente vistas como concorrentes diretos, pois ambos os sistemas
reduzem o impacto ambiental dos edifícios, embora por meio de mecanismos diferentes
(JAHANFAR et al., 2019). A integração de painéis fotovoltaicos (PV) e telhados verdes pode ser
denominada como telhados verdes fotovoltaicos integrados, pode trazer benefícios mútuos,
como melhorar a eficiência de conversão dos painéis fotovoltaicos e reduzir a irradiação solar
incidente na vegetação (OSMA-PINTO; ORDÓÑEZ-PLATA, 2019).
Vários dos estudos analisados neste trabalho têm mostrado que quando um telhado verde é
integrado a um sistema PV, a temperatura ambiente localizada diminui, resultado dos efeitos de
resfriamento evaporativo da vegetação. Essa redução de temperatura afeta as células do
sistema PV aumentando a eficiência de conversão e a vida útil dos painéis.
A ideia de integração de painéis fotovoltaicos e telhados verdes teve origem na Alemanha em
1999. Os sistemas fotovoltaicos montados em telhados verdes reapareceram com destaque em
2008, quando o Centro de Tecnologia de Munique, Alemanha, instalou um sistema fotovoltaico
em um telhado verde. Em 2009, a Universidade Estadual da Pensilvânia introduziu o termo
"sistema fotovoltaico integrado ao telhado verde” e a partir de então, diversas pesquisas
relacionadas foram publicadas com o intuito de entender melhor como otimizar a implantação
destes sistemas conjuntos (OSMA-PINTO; ORDÓÑEZ-PLATA, 2019).
Em um sistema típico de telhado verde fotovoltaico, os painéis são montados acima da camada
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
30
de telhado verde com distâncias e ângulos predefinidos, permitindo espaço de crescimento para
a vegetação sem bloquear a luz para as células solares. A relação potencial entre as técnicas
pode fornecer benefícios recíprocos para a produção de energia elétrica fotovoltaica e a
estrutura de telhados verdes. No entanto, as condições climáticas, os tipos de espécies de
vegetação em telhados verdes e as alturas de instalação dos painéis fotovoltaicos podem afetar
essa relação simbiótica (ZHENG; WENG, 2020).
Conforme a literatura, os sistemas combinados tem como propósito aumentar a potência de
saída dos painéis fotovoltaicos, reduzir o estresse térmico da vegetação, aumentar o isolamento
térmico de telhados verdes e, assim, reduzir a carga térmica interna dos edifícios. Esses
benefícios ocorrem porque os painéis fotovoltaicos instalados em terraços de edifícios
funcionam como placas protetoras que reduzem a exposição à radiação solar e os telhados
verdes melhoram as características térmicas de todo o telhado (OSMA-PINTO; ORDÓÑEZ-PLATA,
2019). Ao proteger a vegetação, os painéis fotovoltaicos podem aumentar a heterogeneidade,
a umidade e a sombra do solo, o que provavelmente resultará em maior diversidade de espécies
de plantas (BLAUSTEIN; KADAS; GUREVITCH, 2016).
A biodiversidade de telhados verdes é pelo menos parcialmente dependente de micro habitats,
sejam eles produzidos por painéis fotovoltaicos ou de outra forma (NASH et al, 2016). A maioria
dos estudos ecológicos atuais sobre a combinação de telhados verdes e células fotovoltaicas
carece de replicação adequada para avaliação estatística e qualitativa, e que a seleção das
plantas é necessária para abordar mais claramente as hipóteses sobre os potenciais efeitos
colaborativos da produção de painéis elétricos fotovoltaicos e da diversidade de telhados verdes
(SCHINDLER et al., 2016). A seguir, o quadro-resumo que referenciou o conteúdo deste artigo.
4.4. Quadro-resumo Quadro 1: Resumo dos artigos selecionados
Nº Título Ano Autor(es) Objetivo(s) Método(s) Resultado(s)
1.
“Initial insights on the biodiversity
potential of biosolar roofs: a London Olympic Park green roof
case study”
2016 Nash, C.
et al.
Investigar a influência de
painéis fotovoltaicos na
vegetação e comunidades de
invertebrados em um extenso GR
Amostragem de vegetação e
invertebrados e a estrutura do
habitat medida em relação aos nichos
no telhado, incluindo PVs
Registro de 92 espécies de
plantas no GR, identificação da
variação da estrutura
associada à proximidade de
PVs.
2.
“Integration of photovoltaic
panels and green roofs: review and
predictions of effects on electricity
production and plant
communities”
2016 Schindler,B.Y.
et al.
Propor uma visão geral sobre os
efeitos dos GRs na produção de
eletricidade do PV e prever os efeitos do PV nas plantas
Pesquisa na base de dados Web of
Science
O PV tem um efeito positivo no crescimento de
algumas espécies de plantas em
ambientes secos, e a diversidade de
plantas afeta a eficiência do PV.
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
31
3. “Integrating
ecology into green roof research”
2016 Blaustein, L., Kadas, G.J., Gurevitch, J.
Analisar pesquisas que tratam de ecossistema de
GRs e da influência dos PVs
na heterogeneidade
das espécies
Reunião de propostas de
pesquisadores convidados que
propõem diferentes
alternativas ecológicas
Exemplos de integração da
ecologia com a projeção de GRs, citando trabalhos
que mostram a sinergia eles e os
PVs..
4.
“Measuring the Effect of Vegetated
Roofs on the Performance of
Photovoltaic Panels in a
Combined System”
2016 Ogaili, H., Sailor, D.J.
Investigar o balanço de
energia e os coeficientes de
transferência de calor de superfície
para PVs em várias alturas
acima de superfícies
convencionais e verdes.
Os experimentos usaram PVs em 2 alturas diferentes
instalados em telhados com materiais de
superfície como membrana branca (TB), membrana
preta (TP) e um GR irrigado durante 2
meses
Com altura de 18 cm, a potência média de saída
do GR-PV foi 1,2% e 0,8% maior do
que os convencionais,
respectivamente. A 24 cm, o
benefício do GR foi 1,0% e 0,7% maior do que os
TP e TB, respectivamente.
5.
“Optimizing angles of rooftop
photovoltaics, ratios of solar to vegetated roof systems, and
economic benefits, in Portland,
Oregon, USA”
2017 Statler, N.E.,
Adams, A.M., Eckmann, T.C.
Calcular ângulos de inclinação
ideais para PVs em GRs, brancos e
escuros e quantificar benefícios
econômicos ao variar a área do telhado com PV
Análise de dados de 2 edifícios conforme o
desempenho do PV e teste de
combinações de PV e cobertura
vegetal para encontrar a
solução economicamente
ideal para cada GR
Para painéis fixos, a inclinação ideal de 34° a 44°. Para
os com movimento sazonal, a
inclinação ideal é maior no inverno. O PV em um GR
produz mais energia.
6.
“Variations of PV panel performance
installed over a vegetated roof and
a conventional black roof”
2018 Alshayeb,M.J.,
Chang, J.D.
Investigar as interações
térmicas entre a superfície do telhado do
edifício e os painéis
fotovoltaicos
Experimento de 1 ano instalado no telhado de um
edifício com painéis
fotovoltaicos montados em um protótipo de GR e outro de telhado
convencional
Durante todo o período de
estudo, o GR produziu 19,4 kWh a mais de energia, o que
representa 1,4% a mais que o
convencional.
7.
“Energy and carbon-emission
analysis of integrated green-roof photovoltaic
systems: Probabilistic approach”
2018 Jahanfar, A.,
Sleep, B., Drake, J.
Analisar a energia e a emissão de carbono para
sistemas de GR, PV e GR-PV.
Aplicação de abordagem
probabilística; cálculo dos tempos
de retorno de energia e emissão
de carbono; análise de
sensibilidade; estudo de caso em
Toronto.
Redução de demanda de
eletricidade em 28% (16% da fornecida por sistemas PV e
13% de economia de energia por GRs) e reduzir emissões de
carbono em 20% para a cidade.
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
32
8.
“Innovative technology of
Egyptian mosques by using solar
energy and reusing ablution water in sustainable crop
production”
2018 Ramadan,
Abdelraouf,
Investigar o impacto e a
viabilidade do reaproveitamento
da água e bombeamento
por PV na produção agrícola
sustentável.
2 projetos de GR comparados: o 1º GR usando água
doce na irrigação e energia elétrica
para bombeá-la e o 2º reusando
água na irrigação e PV para bombear. Cada sistema foi estudado para 1,2,3 camadas
verdes
A produtividade máxima das
hortaliças no GR e a receita líquida máxima para as
safras 2015 e 2016 ocorreram
sob o projeto sustentável de
reuso de água e PV com três
camadas verdes.
9.
“Green roof and photovoltaic panel integration: Effects
on plant and arthropod diversity
and electricity production”
2018 Schindler,B.Y.
et al.
Estudar os benefícios da
integração de GRs e PVs projetando
em telhados verdes, telhados verdes com um
PV e um telhado convencional com
um PV
Análise dos efeitos de diversidade e abundância das
plantas e se os PVs em GRs
produziram mais eletricidade que os
normais usando um protótipo desenvolvido
A presença de PV prolongou a floração e
aumentou o crescimento de uma espécie de
planta e ausência de efeito positivo da influência da vegetação no PV.
10.
“Evaluating the shading effect of
photovoltaic panels on green roof discharge reduction and plant growth”
2019 Jahanfar,A.
et al.
Investigar o desempenho de sistemas GR-PV,
como retenção de água da chuva e
biomassa e avaliar a influência da
altura diferencial entre PVs e
módulos de GR em sistemas GR-
PV
2 sistemas GR-PV, com baixa (0,6m) e alta (1,2m) altura diferencial entre a superfície do GR e
os painéis PV foram comparados
com um módulo de teste do GR
para retenção de águas pluviais e
biomassa
A retenção da água da chuva e a redução do fluxo
de pico não foram significativamente diferentes entre os sistemas. O crescimento da
vegetação foi 47% maior no sistema
alto em comparação com o sistema baixo.
11.
“Measuring factors influencing
performance of rooftop PV panels in warm tropical
climates”
2019
Osma-Pinto, G.,
Ordóñez-Plata, G.
Descrever a influência de 3
fatores no desempenho de PVs em climas
tropicais quentes: altura de
instalação, tipo de cobertura e
velocidade do ar
Montagem de 2 PVs, monitorando potência, energia, irradiação solar,
temperatura, velocidade do ar e
temperatura de operação do PV e temperatura do ar
circundante
O PV instalado em alturas entre
50 e 75cm em um telhado verde pode gerar até 1,3 ± 0,4% mais
energia do que o do telhado de
concreto.
12.
“Solar Green Roofs: A Unified Outlook 20 Years
On”
2019 Ciriminna,R.
et al.
Revisar a tecnologia de telhado verde
solar apresentada ao longo de 20
anos com foco em aspectos práticos
Análise de métodos aplicados
e resultados encontrados em
trabalhos relacionados ao
tema
Maior produção de eletricidade do
PV paga o custo extra incorrido para instalar e
manter GR
13. “Photovoltaic systems with
2019 Baumann,T.
et al. Apresentar
modelo de PV Para avaliar a precisão das
PVs bifaciais verticais têm
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
33
vertically mounted bifacial PV modules in
combination with green roofs”
com módulos bifaciais verticais em combinação
com GR e analisar o rendimento
energético de dois solos diferentes
simulações, os resultados
calculados para os dois sistemas
específicos foram comparados com os dados medidos
rendimentos de energia similares
aos de PVs monofaciais
planos. O projeto resultou em um esverdeamento
do GR mais resiliente.
14.
“Enhancing the sustainability of
shipping container homes in a hot
arid region: A case study of Aswan in
Egypt”
2019 Taleb,H.
et al.
Encontrar maneiras de aumentar a
sustentabilidade das casas
contêineres, especialmente em um clima quente, árido e rigoroso
3 estratégias com PV: 1º projetar um
pátio para funcionar como uma forma de refrigeração passiva; 2º
telhados e paredes verdes 3º o vidro
simples dos recipientes foi substituído por vidros duplos
A estratégia mais eficaz foi a
utilização de GRs e paredes verdes, que reduziram o
consumo de energia em
13,5%. Os PVs forneceram 12,32 MWh de energia
limpa.
15.
“Optimal planning of the joint
placement of photovoltaic
panels and green roofs under
climate change uncertainty”
2020
Ramshani, M., Khojandi, A.,
Li, X., Omitaomu, O.
Abordar a tomada de decisões de longo prazo na
instalação de PVs e GRs, na
perspectiva de um órgão
governamental
Modelo de programação
estocástica de dois estágios para determinar o
posicionamento ideal de PVs e GRs, separadamente ou
em conjunto
Horizonte de planejamento de 10 anos é curto,
mas 20 anos é um prazo melhor para avaliar o resultado do investimento
nessas tecnologias
verdes.
16.
“An agent-based approach to study the diffusion rate and the effect of policies on joint
placement of photovoltaic
panels and green roof under climate
change uncertainty”
2020
Ramshani, M., Li, X.,
Khojandi, A., Omitaomu, O.
Considerar várias tecnologias verdes com estruturas
inerentemente diferentes e as
interações entre elas
Modelo matemático que calcula a receita
potencial direta da instalação de PVs e/ou GRs em um edifício e modelo
atitudinal que entende o que
influencia as novas tecnologias
O total de tecnologias
verdes aumenta à medida que seu
custo diminui com o tempo. Os
GRs instalados com ou sem PV integrado estão centrados em
áreas mais quentes.
17.
“The "PV rooftop garden": Providing recreational green
roofs and renewable energy
as a multifunctional
system within one surface area”
2020
Sattler, S., Zluwa, I.,
Österreicher, D.
Analisar e testar um protótipo de PVs e GRs com base em design
estrutural, escolhas de planta
adequadas e produção de
energia
1º Pesquisa de usuários;
2º Projeto de construção
3º Seleção de plantas e
desenvolvimento de design de GRs
O projeto adequado para a
reforma de edifícios, pois sua estrutura é leve. A infraestrutura verde aumenta a biodiversidade. O
sistema GR-PV tem vantagens
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
34
4º Derivação de 2 projetos
exemplares de GRs
ecológicas em uma só aplicação.
18.
Photovoltaic-green roofs: A review of
benefits, limitations, and
trends
2020 Shafique, M.,
Luo, X., Zuo, J.
Fornecer revisão dos benefícios e desafios do GR-
PV, identificando avanços recentes em todo o mundo
Revisar sistematicamente
a literatura publicada no
Scopus e Web of Science em relação às tecnologias de GRs-PVs aplicados
na prática e futuras direções
Os resultados apresentam
referências para aprimorar o
projeto de GR-PV para sua
aplicação mais ampla na
indústria de construção.
19.
“An experimental and modeling
study of evapotranspiration
from integrated green roof
photovoltaic systems”
2020
Jahanfar, A., Drake, J.,
Gharabaghi, B.,
Sleep, B.
Desenvolver novo modelo para
prever taxas de evapotranspiração
(ET) no sistema GR-PV,
considerando sombreamento e proteção contra o vento dos PVs no
GR subjacente
Comparação de taxas de ET de um
módulo GR não protegido com as taxas de módulos
protegidos por um PV suspenso.
Parâmetros: altura, inclinação,
comprimento e espaço entre PVs
As taxas de ET foram mais baixas
no módulo GR protegido do que no módulo não
protegido. Os PVs reduzem a
radiação solar e o fluxo de vento sobre um GR.
20.
“Modeling the effect of green
roof systems and photovoltaic
panels for building energy savings to mitigate climate
change”
2020 Zheng, Y., Weng, Q.
Testar os potenciais efeitos de mitigação de
GRs e GRs-PVs nos edifícios mais vulneráveis às
mudanças climáticas em
termos de aumento da demanda de
energia.
Teste de efeitos de GRs-PVs para
mitigar a demanda de energia de
edifícios causada pela mudança
climática. Uso do EnergyPlus para
simular o consumo de energia com as
configurações adequadas de GRs-
PVs
Todos os edifícios com GRs-PVs consumiram
menos energia. A maior economia de eletricidade
dos GRs foi encontrada nos
sistemas de aquecimento, ventilação e refrigeração.
5.
Fonte: Elaborado pela autora, 2020
4.5. Desafios encontrados
Conforme Baumann et al. (2019) em aplicações reais, a combinação de um sistema fotovoltaico
(PV) com telhado verde pode criar obstáculos que tornem tal solução complicada. As instalações
fotovoltaicas em telhados verdes cobrem amplamente a área do telhado plano, o que pode
suprimir o efeito do telhado verde se, por exemplo, não forem usados betume ou cascalho nas
camadas impermeabilizantes desde o início da implantação. Outro fator a ser considerado é que
as plantas muitas vezes podem causar sombreamento dos módulos, além da manutenção do
telhado verde ser dificultada pela instalação fotovoltaica.
Já no trabalho de Shafique, Luo e Zuo (2020), outros desafios a serem superados incluem a falta
de conhecimento sobre os benefícios em países em desenvolvimento e a consequente baixa
aplicação nestes locais. O custo geral, que exige um investimento alto no curto prazo e as poucas
regulamentações para adoção dos sistemas separados e integrados dificultam sua adoção.
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
35
5. CONCLUSÃO
Neste artigo, buscou-se apresentar conceitos e características de aplicação de sistemas GR-PV,
seus benefícios e desafios a serem superados. A hipótese de que telhados verdes e painéis
fotovoltaicos para geração de eletricidade não competem por espaço, mas podem ser
mutuamente benéficos foi respondida por meio de revisão bibliográfica aplicada ao tema, que
mostrou grande potencial de popularização dessa técnica integrada.
Finalmente, deve-se notar que este estudo se concentrou exclusivamente em apresentar
trabalhos relevantes que buscaram prever o impacto dos sistemas dentro do ambiente urbano.
A análise quantitativa da contribuição da técnica de GRs-PVs está além do escopo deste estudo,
mas é certamente poderá ser uma próxima etapa, bastante importante para a avaliação dos
projetos. Portanto, pretende-se expandir a pesquisa com base no conteúdo aprendido ao longo
do desenvolvimento deste artigo, focando em estudos sobre o sistema GR-PV dentro do Brasil e
contemplando as características das 8 zonas bioclimáticas que definem a diversidade climática
do país.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALSHAYEB, Mohammed J.; CHANG, Jae D. Variations of pv panel performance installed over a vegetated roof and a conventional black roof. Energies, v. 11, n. 5, p. 1110, 2018. BAUMANN, Thomas et al. Photovoltaic systems with vertically mounted bifacial PV modules in combination with green roofs. Solar Energy, v. 190, p. 139-146, 2019. BLAUSTEIN, Leon; KADAS, Gyongyver J.; GUREVITCH, Jessica. Integrating ecology into green roof research. Israel Journal of Ecology and Evolution, v. 62, n. 1-2, p. 1-6, 2016. CHEMISANA, Daniel; LAMNATOU, Chr. Photovoltaic-green roofs: An experimental evaluation of system performance. Applied Energy, v. 119, p. 246-256, 2014. CIRIMINNA, Rosaria et al. Solar Green Roofs: A Unified Outlook 20 Years On. Energy Technology, v. 7, n. 6, p. 1900128, 2019. ELSEVIER. Sobre a solução Scopus. Disponível em: https://www.elsevier.com/pt-br/solutions/scopus. Acesso em: 28 ago 2020. EPA (Environmental Protection Agency). Green Infrastructure Collaborative. Disponível em: http://water.epa.gov/infrastructure/greeninfrastructure/gi_partners.cfm. Acesso em: 25 ago. 2020. HERRERA-GOMEZ, Sergio S.; QUEVEDO-NOLASCO, Abel; PÉREZ-URRESTARAZU, Luis. The role of green roofs in climate change mitigation. A case study in Seville (Spain). Building and Environment, v. 123, p. 575-584, 2017. JAHANFAR, Ali; SLEEP, Brent; DRAKE, Jennifer. Energy and carbon-emission analysis of integrated green-roof photovoltaic systems: probabilistic approach. Journal of Infrastructure Systems, v. 24, n. 1, p. 04017044, 2018. JAHANFAR, Ali et al. Evaluating the shading effect of photovoltaic panels on green roof discharge reduction and plant growth. Journal of Hydrology, v. 568, p. 919-928, 2019.
1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes
28 a 30 de outubro de 2020
Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo
978-65-86753-09-7
36
JAHANFAR, Ali et al. An experimental and modeling study of evapotranspiration from integrated green roof photovoltaic systems. Ecological Engineering, v. 152, p. 105767, 2020. LAMNATOU, Chr; CHEMISANA, Daniel. A critical analysis of factors affecting photovoltaic-green roof performance. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 43, p. 264-280, 2015. LIN, Bau-Show et al. Impact of climatic conditions on the thermal effectiveness of an extensive green roof. Building and Environment, v. 67, p. 26-33, 2013. NASH, C. et al. Initial insights on the biodiversity potential of biosolar roofs: a London Olympic Park green roof case study. Israel Journal of Ecology and Evolution, v. 62, n. 1-2, p. 74-87, 2016. OGAILI, Hamid; SAILOR, David J. Measuring the effect of vegetated roofs on the performance of photovoltaic panels in a combined system. Journal of Solar Energy Engineering, v. 138, n. 6, 2016. OSMA-PINTO, German; ORDÓÑEZ-PLATA, Gabriel. Measuring factors influencing performance of rooftop PV panels in warm tropical climates. Solar Energy, v. 185, p. 112-123, 2019. RAMADAN, Abdelraouf. Innovative technology of Egyptian mosques by using solar energy and reusing ablution water in sustainable crop production. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, v. 20, n. 2, p. 37-51, 2018. RAMSHANI, Mohammad et al. An agent-based approach to study the diffusion rate and the effect of policies on joint placement of photovoltaic panels and green roof under climate change uncertainty. Applied Energy, v. 261, p. 114402, 2020. RAMSHANI, Mohammad et al. Optimal planning of the joint placement of photovoltaic panels and green roofs under climate change uncertainty. Omega, v. 90, p. 101986, 2020. SCHINDLER, Bracha Y. et al. Integration of photovoltaic panels and green roofs: review and predictions of effects on electricity production and plant communities. Israel Journal of Ecology and Evolution, v. 62, n. 1-2, p. 68-73, 2016. SCHINDLER, Bracha Y. et al. Green roof and photovoltaic panel integration: Effects on plant and arthropod diversity and electricity production. Journal of environmental management, v. 225, p. 288-299, 2018. SHAFIQUE, Muhammad; LUO, Xiaowei; ZUO, Jian. Photovoltaic-green roofs: A review of benefits, limitations, and trends. Solar Energy, v. 202, p. 485-497, 2020. STATLER, Nicole E.; ADAMS, Amanda M.; ECKMANN, Ted C. Optimizing angles of rooftop photovoltaics, ratios of solar to vegetated roof systems, and economic benefits, in Portland, Oregon, USA. Environment Systems and Decisions, v. 37, n. 3, p. 320-331, 2017. SUSCA, Tiziana; GAFFIN, Stuart R.; DELL’OSSO, Guido R. Positive effects of vegetation: Urban heat island and green roofs. Environmental pollution, v. 159, n. 8-9, p. 2119-2126, 2011. SYAFIQ, Amirul et al. Advances in approaches and methods for self-cleaning of solar photovoltaic panels. Solar Energy, v. 162, p. 597-619, 2018. TALEB, Hanan; ELSEBAEI, Mohamed; EL-ATTAR, May. Enhancing the sustainability of shipping container homes in a hot arid region: A case study of Aswan in Egypt. Architectural Engineering and Design Management, v. 15, n. 6, p. 459-474, 2019. ZHENG, Yuanfan; WENG, Qihao. Modeling the Effect of Green Roof Systems and Photovoltaic Panels for Building Energy Savings to Mitigate Climate Change. Remote Sensing, v. 12, n. 15, p. 2402, 2020.