Integração entre telhados verdes e sistemas fotovoltaicos ...

1º Simpósio Brasileiro Cidades + Resilientes

28 a 30 de outubro de 2020

Trabalho Inscrito na Categoria de Artigo Completo

978-65-86753-09-7

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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.

[email protected]

Ricardo Augusto Souza Fernandes

Professor Doutor, UFSCar, Brasil. [email protected]




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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.




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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




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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




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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




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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




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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




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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.




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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.




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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




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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




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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.




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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.

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