Úspory energie v budovách: Potenciál využitia strešnej fotovoltiky na území SR
Časopis Správa budov 
Strešná fotovoltika má mnohonásobne väčší teoretický potenciál, ako sa v súčasnosti využíva.
Obraz o aktuálnom stave a význame strešnej fotovoltiky na Slovensku sa výrazne zmenil v roku 2023, keď sa do siete pripojilo 267 MW nových zdrojov, z ktorých viac ako 99 % tvorili práve strešné inštalácie. Keďže solárna fotovoltika ako obnoviteľný zdroj energie má najväčšie energetické a ekonomické opodstatnenie, keď produkuje elektrinu priamo v mieste vlastnej spotreby, v rámci tvorby energetických a klimatických plánov SR je dôležité vyčísliť potenciál jej využitia na celom území SR.
Aktuálny stav a význam strešnej fotovoltiky
V roku 2023 sa do distribučných sústav na území SR pripojilo 267 MW inštalovaného výkonu fotovoltických zdrojov (www.sapi.sk/clanok/sapi-rozvoj-fotovoltiky-v-roku-2023-prekonal-ocakavania). Spolu bolo pripojených 21 307 ks zdrojov, z ktorých až 92 % tvorili strešné fotovoltiky ako malé zdroje do 10,8 kW inštalované domácnosťami a 7,6 % pripadlo na lokálne zdroje, z ktorých drvivá väčšina bola nainštalovaná tiež na strešných konštrukciách alebo fasádach firiem, ktoré sa tak stali aktívnymi odberateľmi elektriny (tzv. prosumermi).
Oproti roku 2022 tak ide o 460 % nárast nového výkonu inštalovaného prevažne na strechách. Rozvoj strešnej fotovoltiky dokladovaný vyššie uvedenými číslami nenastal náhodou, ale je dôsledkom rastúceho záujmu domácností, firiem a všeobecne investorov o využívanie vlastného zdroja elektriny, ktorý je pomerne málo investične náročný, rýchly na výstavbu, produkuje bezemisnú energiu a dá sa inštalovať na všetkých plochách, na ktoré dopadá dostatočné množstvo slnečného žiarenia.
Využívanie solárnych fotovoltických panelov ako obnoviteľného zdroja energie má bezpochyby najväčší zmysel tam, kde sa dá vyrobená elektrina aj priamo dodať na pokrytie okamžitej spotreby.
Pri takejto prevádzke dochádza k najmenším stratám a k najväčším ekonomickým prínosom, keďže vyrobená elektrina využitá na pokrytie spotreby (tzv. samospotreba) ušetrí odberateľovi viac na nákladoch ako v prípade jej dodávky do siete v rámci komerčného predaja na trhu s elektrinou. Toto je jeden z hlavných dôvodov, prečo sa domnievam, že strešné fotovoltické inštalácie budú dominovať v nových energetických zdrojoch.
Z hľadiska tvorby energetických a klimatických plánov SR je však dôležité pozrieť sa a vyčísliť, aký je potenciál využívania strešnej fotovoltiky na celom území SR. Na tieto účely sa na začiatku roka 2023 v spolupráci s rakúskou konzultačnou spoločnosťou Energiewerkstatt vypracovala expertná analýza, ktorej opis a výsledky sú ďalej prezentované v tomto príspevku.
Nastavenie vstupov a predpokladov analýzy
Analýza vychádzala z aktuálneho inventáru budov na Slovensku a nesnažila sa predvídať budúce zmeny vyplývajúce z novej výstavby alebo demolácie budov. Na získanie databázy budov sa použili údaje z geografickej databázy Open Street Map (www.openstreetmap.org).
Údaje sa náhodne porovnali s leteckými snímkami, čím sa potvrdila ich dobrá kvalita s ohľadom na obrys budov a úplnosť databázy. Z databázy sa odstránili určité kategórie budov, ktoré v princípe nie sú vhodné na inštaláciu strešnej fotovoltiky. Konkrétne ide o:
- dočasné stavby: napr. kontajnery, karavany, hausbóty a pod.;
- starobylé a pamiatkovo chránené budovy: kostoly, kláštory, hrady a pod.;
- silá a skladovacie nádrže;
- skleníky;
- budovy v nevyhovujúcom stave: ruiny, opustené budovy a pod.
Takýmto spôsobom sa identifikovalo 2,4 mil. budov, ktorých poloha je vyznačená na obr. 1. Rozmiestnenie budov reflektuje urbanistické centrá a štruktúru osídlenia územia SR.
V rámci výpočtu potenciálu výroby energie sa ďalej zobrali do úvahy údaje o slnečnej iradiácii, ktoré sa získali z databázy Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) (https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/) pre deväť rozličných bodov pokrývajúcich rozsah iradiačných podmienok a geografickú variabilitu celého Slovenska.
Čo sa týka hlavného parametra globálnej horizontálnej iradiácie (GHI), týchto deväť bodov pokrýva rozsah od 1 029 kWh/m²/rok do 1 315 kWh/m²/rok. Žiadny bod nebol umiestnený v horských oblastiach (napr. Tatry), pretože v takýchto regiónoch v údajoch o iradiácii prevládajú tiene vrhané horami, ktoré sa môžu meniť na veľmi malých dĺžkových mierkach.
Následne sa pre rôzne kategórie veľkostí budov zvolili predpoklady pre typ fotovoltickej inštalácie, o ktorej sa vzhľadom na predpokladaný charakter budovy uvažuje v analýze. V tejto fáze sa z analýzy vylúčili budovy s plochou menšou ako 10 m2. Pri budovách s plochou strechy v rozpätí 10 až 50 m², pri ktorých sa predpokladá, že ide o pomocné stavby (najmä garáže, kôlne a šopy), sa uvažovalo o umiestnení fotovoltických panelov systémom orientácie západ – východ so sklonom 10° a s koeficientom využitia 50 %.
Pri budovách s plochou strechy v rozpätí 50 až 500 m² sa uvažovalo o umiestnení panelov s premenlivou orientáciou s priemerným sklonom 35° a koeficientom využitia 66 %. Pri všetkých budovách väčších ako 500 m2 sa predpokladalo umiestnenie fotovoltických panelov ako kombinácie systému s orientáciou západ – východ, so sklonom 10° a s koeficientom využitia 50 % a s južnou orientáciaou so sklonom 15°.
Poslednou kategóriou plôch, ktorej potenciál sa analyzoval, sú parkoviská, pri ktorých sa predpokladal koeficient využitia tiež na úrovni 50 % vo forme tzv. carportov (prístreškov pre autá). V prípade parkovacích plôch menších ako 1 000 m² sa nepredpokladá žiadne využitie FV. Kvôli vylúčeniu jednoradových parkovacích čiar pozdĺž ciest a iných parkovísk nepravidelného tvaru sa kompaktnosť parkovacích plôch posudzovala podľa pomeru plochy a obvodu. Parkovacie plochy s pomerom plochy a obvodu menším ako šesť sa považovali za nevhodné na využitie pre fotovoltiku.
Na technické a technologické dimenzovanie fotovoltických inštalácií sa uvažovalo o monofaciálnych paneloch z monokryštalického kremíka s účinnosťou 21,5 %, štandardných meničoch s účinnosťou 97,5 % a energetických stratách v celkovej hodnote 16 % (zahŕňa elektrické straty, degradáciu panelov a zašpinenie).
Výsledky analýzy
Na základe uvedených vstupných údajov a predpokladov sa vypracovala analýza, ktorej výsledky sú prehľadne zhrnuté v tab. 1 pre budovy a v tab. 2 pre parkoviská.
| Veľkosť budovy | Celková plocha panelov (m²) | Inštalovaný výkon DC (MWp) | Inštalovaný výkon AC (MW) | Celkový energetický výnos (GWh/rok) |
| 10 až 50 m² | 9 358 000 | 2 022 | 1 685 | 1 700 |
| 50 až 500 m² | 110 121 000 | 23 797 | 19 831 | 22 628 |
| 500 až 10 000 m² | 44 280 000 | 9 569 | 7 974 | 9 655 |
| > 10 000 m² | 7 444 000 | 1 609 | 1 341 | 1 627 |
| Spolu | 171 204 000 | 36 997 | 30 831 | 35 611 |
Tab. 1 Potenciál fotovoltiky na budovách
| Veľkosť parkoviska | Celková plocha panelov (m²) | Inštalovaný výkon DC (MWp) | Inštalovaný výkon AC (MW) | Celkový energetický výnos (GWh/rok) |
| < 100 m² | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 100 až 1 000 m² | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 000 až 10 000 m² | 3 104 000 | 671 | 559 | 675 |
| > 10 000 m² | 897 000 | 194 | 162 | 197 |
| Spolu | 4 001 000 | 865 | 721 | 872 |
Tab. 2 Potenciál využitia fotovoltiky na parkoviskách
Z výsledkov vyplýva, že v rámci budov majú suverénne najvyšší potenciál budovy v kategórii 50 až 500 m², čiže rodinné domy. Ak by sa využila všetka dostupná analyzovaná plocha na všetkých vhodných budovách nachádzajúcich sa na území Slovenska, bolo by možné na ňu teoreticky nainštalovať až takmer 37 GWp nominálneho výkonu fotovoltických panelov, ktorý by dokázal ročne vyrobiť 35,6 TWh elektriny.
Aj parkoviská predstavujú určitý, aj keď omnoho menší, potenciál. Ak by sa však využil na 100 %, predstavoval by hodnotu, ktorá dokonca prevyšuje inštalovaný výkon fotovoltiky aktuálne pripojený v rámci Slovenska.
Zhodnotenie a záver
Na základe výsledkov analýzy je zrejmé, že potenciál strešnej fotovoltiky na území Slovenska je mnohonásobne vyšší ako jej aktuálne využívanie, a to aj napriek historicky najvyššiemu prírastku výkonu, ktorý nastal v roku 2023.
Ak by sa tento potenciál dokázal naplno využiť, vyrobená elektrina by na bilančnej úrovni dokázala pokryť viac ako ročnú spotrebu celej krajiny. Treba však zároveň dôrazne podotknúť, že výsledky analýzy predstavujú len vyčíslenie teoretického potenciálu. Jeho skutočné technické využitie je úplne inou otázkou, do ktorej bude potrebné započítať najmä investičné možnosti majiteľov nehnuteľností, obmedzené kapacity siete a aj schopnosť reálne a ekonomicky využiť vyrobenú elektrinu.
Napriek tomu je možné konštatovať, že strešná fotovoltika predstavuje obrovský doposiaľ nevyužívaný zdroj energie.
TEXT A FOTO: Ing. Ján Karaba, MSc., Slovenská asociácia fotovoltického priemyslu a OZE
