Integrรกcia fotovoltaickรฝch systรฉmov do budov
Fotovoltaickรก technolรณgia ponรบka ฤistรฝ a nehluฤnรฝ spรดsob vรฝroby elektrickej energie. Ak sรบ fotovoltaickรฉ prvky umiestnenรฉ na vhodnej ploche obvodovรฉho plรกลกลฅa budovy, elektrina sa vyrรกba priamo v mieste spotreby, ฤรญm sa minimalizujรบ straty v prenosovรฝch sรบstavรกch. Zรกroveล vzrastรก energetickรก sebestaฤnosลฅ objektu, ฤo je v dneลกnej dobe neistรฉho trhu s energiami nespornou vรฝhodou.
- stavebnรฉ zaฤlenenie a architektonickรฝ sรบlad fotovoltaiky s budovou,
- technologickรฉ zaฤlenenie do energetickรฝch sรบstav budovy,
- energetickรก nadvรคznosลฅ na krivku potreby elektrickej energie v budove.
V mnoลพstve FV inลกtalรกciรญ, najmรค ak je vyrobenรก elektrina urฤenรก na predaj, hrรก ฤalลกiu vรฝznamnรบ rolu ekonomika projektu (nรกklady na vรฝstavbu, รบverovanie, poistenie, dotรกcie, vรฝkupnรก cena, predpokladanรฝ ฤas prevรกdzky, รบdrลพba a obnova, odstrรกnenie a recyklรกcia).
Spรดsoby zaฤlenenia
Najฤastejลกie spรดsoby zaฤlenenia FV prvkov do budov sรบ znรกzornenรฉ na obr. 1.
Obr. 1 : Schematickรฉ znรกzornenie spรดsobov integrรกcie FV systรฉmov do budov: a โ ลกikmรก strecha, b โ plochรก strecha, c โ fasรกda, d โ tenkovrstvovรฉ FV systรฉmy na veฤพkรฉ streลกnรฉ plochy, e โ priemyselnรฉ aplikรกcie, f โ semitransparentnรฉ FV systรฉmy pre รกtriรก a vรฝplne otvorov, g โ vonkajลกie tieniace systรฉmy |
Na zรกklade stavebnรฉho, architektonickรฉho a funkฤnรฉho vzลฅahu fotovoltaika โ budova existujรบ tri hlavnรฉ kategรณrie opisujรบce spรดsob inลกtalรกcie FV panelov:
- FV panely v otvorenej polohe โ prevaลพne FV panely, ktorรฉ nesรบ rรกmovรฉ konลกtrukcie na plochรฝch strechรกch โ nรญzka miera integrรกcie (obr. 2a),
- FV panely v tesnej blรญzkosti inรฝch konลกtrukciรญ โ FV panely ako sรบฤasลฅ fasรกdnych ฤi streลกnรฝch plรกลกลฅov alebo fotovoltaickรฉ tieniace prvky a systรฉmy โ vysokรก miera integrรกcie (obr. 2b),
- FV panely na rozhranรญ vonkajลกieho a vnรบtornรฉho prostredia โ najmรค semitransparentnรก fotovoltaika ako sรบฤasลฅ vรฝplne otvorov โ maximรกlna miera integrรกcie (obr. 2c).
Obr. 2: a โ FV systรฉm na plochej streche Fakulty stavebnej ฤVUT v Prahe; b โ FV panely ako nรกhrada streลกnej krytiny pasรญvneho domu v Koberovech; c โ semitransparentnรฉ FV systรฉmy ako vรฝplลovรฝ prvok ฤพahkรฉho obvodovรฉho plรกลกลฅa รกtria, Aachen, Nemecko | |
ย | ย |
Plรกnovanie systรฉmu
Typickรฝ FV systรฉm tvorรญ rad vzรกjomne prepojenรฝch prvkov. Jeho jadrom sรบ FV panely generujรบce jednosmernรฝ elektrickรฝ prรบd. Sรฉriovo-paralelne pospรกjanรฉ panely upevnenรฉ na podpornej konลกtrukcii tvoria FV pole. Prรบd sa z panelov privรกdza do DC/AC striedaฤov, ktorรฉ ho premieลajรบ na striedavรฝ. Ten sa cez rozvรกdzaฤ systรฉmu rozvรกdza do elektrickej siete budovy. Sรบฤasลฅou systรฉmu mรดลพu byลฅ aj akumulรกtory.
Pri plรกnovanรญ FV systรฉmu treba uviesลฅ do sรบladu zamรฝลกฤพanรฉ rieลกenie s miestnymi ลกpecifickรฝmi podmienkami. K zรกkladnรฝm vstupnรฝm informรกciรกm na nรกvrh systรฉmu patrรญ:
- znalosลฅ miestnych podmienok โ mnoลพstvo dostupnรฉho slneฤnรฉho ลพiarenia, odstupovรก vzdialenosลฅ a vรฝลกka susednรฝch budov a ฤalลกรญch potenciรกlnych zdrojov tienenia, sila vetra a mnoลพstvo snehovรฝch zrรกลพok (dimenzovanie podpornej konลกtrukcie a kotevnรฝch prvkov),
- zamรฝลกฤพanรก forma inลกtalรกcie FV panelov โ umiestnenie na budove (sklon a orientรกcia), geometria inลกtalรกcie, voฤพba podpornej konลกtrukcie a spรดsobu kotvenia,
- charakteristiky jednotlivรฝch prvkov systรฉmu โ poฤet a typ FV panelov, elektrickรฉ pospรกjanie, nominรกlne vรฝkonovรฉ parametre FV panelov a striedaฤov, ลพivotnosลฅ,
- spรดsob vyuลพitia produkovanej energie โ priama spotreba, skladovanie pomocou akumulรกtorov, predaj do elektrickej siete alebo kombinรกcia tรฝchto spรดsobov.
Najdรดleลพitejลกรญm vstupnรฝm รบdajom na predpoveฤ produkcie elektrickej energie je mnoลพstvo dostupnรฉho slneฤnรฉho ลพiarenia, ktorรฉ pre vybranรฉ sklony a orientรกcie znรกzorลuje obr. 3.
Optimรกlna poloha na umiestnenie FV panelov v podmienkach ฤR โ po zapoฤรญtanรญ optickรฝch strรกt a negatรญvneho vplyvu teploty โ je pri sklone 36ยฐ s juลพnou orientรกciou. Pri sklone 20 aลพ 50ยฐ a orientรกcii JJV aลพ JJZ je vลกak celoroฤnรฝ pokles energetickej produkcie oproti optimu menลกรญ ako 5 %. Nominรกlna konverznรก รบฤinnosลฅ v komerฤne vyrรกbanรฝch FV paneloch na bรกze kryลกtalickรฉho kremรญka sa pohybuje v rozpรคtรญ 12 aลพ 17 %. Pre realistickรฝ odhad roฤnejprodukcie elektrickej energie vลกak tลeba nominรกlnu รบฤinnosลฅ korigovaลฅ o prevรกdzkovรฉ straty FV systรฉmu, spravidla sรบฤiniteฤพom 0,8.
Konลกtrukฤnรฉ rieลกenia na obvodovรฝch plรกลกลฅoch
Voฤพba podpornej konลกtrukcie zรกvisรญ predovลกetkรฝm od umiestnenia a spรดsobu inลกtalรกcie FV panelov. Integrรกcia FV panelov do obvodovรฝch plรกลกลฅov budov sa v sรบฤasnosti najฤastejลกie realizuje pomocou tyฤovรฝch prvkov, najmรค hlinรญkovรฝch profilov, na ktorรฉ sรบ FV panely prichytenรฉ prรญtlaฤnรฝmi prvkami (obr. 4). Toto rieลกenie je veฤพmi pรดsobivรฉ a zรกroveล umoลพลuje demontรกลพ panelu v prรญpade jeho vรฝmeny.
Podmienkou kvalitnรฉho rieลกenia je dรดslednรก optimalizรกcia tepelnรฝch mostov v prรญpade prieniku kotevnรฝch prvkov tepelnoizolaฤnรฝm sรบvrstvรญm โ najmรค pri inลกtalรกciรกch na ลกikmรฝch a plochรฝch strechรกch โ a tieลพ statickรฝ posudok zohฤพadลujรบci kombinovanรฉ zaลฅaลพenie snehom a vetrom (prรญpadne tieลพ sanie vetra a z neho plynรบca voฤพba kotevnรฝch prostriedkov โ nebezpeฤenstvo vytrhnutia kotvy). FV panely nemoลพno nikdy pouลพiลฅ ako vonkajลกiu vrstvu jednoplรกลกลฅovรฝch konลกtrukciรญ, pretoลพe ich vysokรฝ difรบzny odpor by bol prรญฤinou stavebnofyzikรกlnych problรฉmov (kondenzรกcia na zadnej strane panelov) a zรกroveล by neumoลพnil plynulรฝ odvod odpadovรฉho tepla z panelov.
Konลกtrukฤnรฉ rieลกenia na ลกikmรฝch strechรกch
Voฤพba podpornej konลกtrukcie a kotevnรฝch prvkov zรกvisรญ predovลกetkรฝm od typu streลกnej krytiny a od veฤพkosti FV poฤพa. Vzhฤพadom na to, ลพe FV panely pri rastรบcej teplote strรกcajรบ svoju konverznรบ รบฤinnosลฅ (asi 0,5 %/ยฐC), treba vytvoriลฅ medzi nimi a streลกnou krytinou vzduchovรบ medzeru. Tรฝm sa umoลพnรญ chladenie panelov pรดsobenรญm prรบdiaceho okolitรฉho vzduchu. Vรฝrobnรฉ portfรณlio kotevnรฝch prvkov a konลกtrukciรญ eurรณpskych vรฝrobcov sa vรคฤลกinou prispรดsobรญ samovoฤพnรฉmu vytvoreniu vzduchovej medzery. Montรกลพ je potom jednoduchรก a podฤพa typu streลกnej krytiny stavebnicovo zmontovateฤพnรก. ล pecifickรฝm prรญpadom pri novobudovanรฝch objektoch je รบplnรก nรกhrada streลกnej krytiny fotovoltaickรฝmi panelmi. Aj v tomto prรญpade je nevyhnutnรฉ dodrลพaลฅ niekoฤพko zรกkladnรฝch pravidiel. Streลกnรฉ konลกtrukcie pod panelmi musia byลฅ vybavenรฉ kvalitne poloลพenou hydroizolรกciou tak, aby nedochรกdzalo k prenikaniu vlhkosti do streลกnej konลกtrukcie.
ฤalej treba vytvoriลฅ nรกhradnรฝ spรดsob odvetrรกvania na zachovanie maximรกlnej miery dosiahnuteฤพnej รบฤinnosti za danรฝch klimatickรฝch podmienok. V inลกtalรกcii na pasรญvnom dome v obci Koberovy (obr. 2b), kde sรบ na ploche 60 m2 nainลกtalovanรฉ FV moduly s celkovรฝm vรฝkonom 8,5 kW, je toto odvetranie rieลกenรฉ vzduchovou dutinou medzi FV panelmi a strechou (obr. 3). Do tejto dutiny sa vzduch nasรกva otvorom pod presahom strechy a vyรบsลฅuje pri hrebeni strechy, kde je z ochrannรฝch dรดvodov umiestnenรก mrieลพka. Konลกtrukcia a povrch FV panelov dokonale odolรกva poveternostnรฝm podmienkam โ daลพฤu, snehu a krupobitiu (krรบpy do priemeru 2,5 cm). Ak sรบ FV panely takouto integrรกlnou sรบฤasลฅou streลกnej konลกtrukcie budovy, moลพno ich navrhovaลฅ iba ako vonkajลกรญ plรกลกลฅ dvojplรกลกลฅovรฝch konลกtrukciรญ s nalisovanou otvorenou vzduchovou medzerou (obr. 2b). Vลกetky ฤalลกie elektroinลกtalaฤnรฉ prvky systรฉmu, ako sรบ DC/AC striedaฤe a rozvรกdzaฤe (prรญpadne akumulรกtory), zaberajรบ minimum priestoru a mรดลพu byลฅ umiestnenรฉ v ฤพubovoฤพnom odvetranom priestore budovy.
Podmienkou uvedenia FV systรฉmu do prevรกdzky je, samozrejme, revรญzia celรฉho systรฉmu a v prรญpade predaja elektriny tieลพ zรญskanie prรญsluลกnej licencie na predaj, kde podmienky zรญskania stanovuje miestny distribรบtor. Kvalitnรฝ nรกvrh FV systรฉmov pre budovy je komplexnou zรกleลพitosลฅou zahลลajรบcou elektrotechnologickรฉ, stavebnotechnickรฉ aj architektonickรฉ aspekty a je nutnรฉ vychรกdzaลฅ z miestnych ลกpecifickรฝch podmienok lokality, vyhodnotiลฅ rizikรก zatienenia a minimalizovaลฅ pokles รบฤinnosti FV panelov vplyvom nadmernรฉho nรกrastu prevรกdzkovej teploty. Sรบฤasnรฝ fotovoltaickรฝ trh vลกak ponรบka ลกirokรบ ลกkรกlu vรฝrobkov vhodnรฝch na rรดznorodรฉ rieลกenia. Odmenou za starostlivosลฅ vo fรกze nรกvrhu a realizรกcie systรฉmu je potom dobre fungujรบci a modernรฝ zdroj elektrickej energie prinรกลกajรบci do budov novรฝ, vizuรกlne pรดsobivรฝ prvok.
Ing. Zdenฤk Machรกฤek, Ing. Kamil Stanฤk
Foto a obrรกzky: autori
Zdenฤk Machรกฤek absolvoval v roku 2004 Fakultu elektrotechnickรบ ฤVUT v Prahe, odbor technologickรฉ systรฉmy. V sรบฤasnosti pracuje ako vedeckรฝ pracovnรญk na ฤVUT โ FEL v oblasti fotovoltaiky a zรกroveล je produktovรฝm a obchodnรฝm manaลพรฉrom v oblasti fotovoltaiky v spoloฤnosti Silektro Praha, s .r. o. Publikuje doma aj v zahraniฤรญ.
Kamil Stanฤk absolvoval v roku 2004 Fakultu stavebnรบ ฤVUT v Prahe, odbor inลพinierstvo ลพivotnรฉho prostredia, kde v sรบฤasnosti pokraฤuje v doktorandskom ลกtรบdiu zameranom na nรญzkoenergetickรบ vรฝstavbu a integrรกciu fotovoltaiky do budov. Zรกroveล spolupracuje s Fakultou elektrotechnickou ฤVUT v Prahe, kde sa venuje meraniu vรฝkonnostnรฝch charakteristรญk fotovoltaickรฝch ฤlรกnkov a panelov v reรกlnych prevรกdzkovรฝch podmienkach. Takisto sa zaoberรก tepelnotechnickรฝmi a energetickรฝmi vรฝpoฤtami a navrhovanรญm nรญzkoenergetickรฝch domov v spoluprรกci s architektonickรฝmi ateliรฉrmi.