Integrรกcia fotovoltaickรฝch systรฉmov do budov
Galรฉria(10)

Integrรกcia fotovoltaickรฝch systรฉmov do budov

Partneri sekcie:

Fotovoltaickรก technolรณgia ponรบka ฤistรฝ a nehluฤnรฝ spรดsob vรฝroby elektrickej energie. Ak sรบ fotovoltaickรฉ prvky umiestnenรฉ na vhodnej ploche obvodovรฉho plรกลกลฅa budovy, elektrina sa vyrรกba priamo v mieste spotreby, ฤรญm sa minimalizujรบ straty v prenosovรฝch sรบstavรกch. Zรกroveลˆ vzrastรก energetickรก sebestaฤnosลฅ objektu, ฤo je v dneลกnej dobe neistรฉho trhu s energiami nespornou vรฝhodou.

Fotovoltaiku moลพno uplatniลฅ aj v sรญdelnรฝch celkoch, kde spolu s ฤalลกรญmi obnoviteฤพnรฝmi zdrojmi energie napฤบลˆa koncept tzv. mikrosietรญ, ฤiลพe รบzemne ohraniฤenรฝch energetickรฝch sรบstav s poลพadovanou mierou nezรกvislosti. Moderne navrhnutรฝ fotovoltaickรฝ (FV) systรฉm pre budovu slรบลพi nielen na produkciu elektrickej energie, ale ako plnohodnotnรฝ stavebnรฝ prvok zastรกva aj ฤalลกie tradiฤnรฉ stavebnรฉ funkcie. Vzลฅah fotovoltaika โ€“ budova sa tak odohrรกva na troch รบrovniach:

  • stavebnรฉ zaฤlenenie a architektonickรฝ sรบlad fotovoltaiky s budovou,
  • technologickรฉ zaฤlenenie do energetickรฝch sรบstav budovy,
  • energetickรก nadvรคznosลฅ na krivku potreby elektrickej energie v budove.

V mnoลพstve FV inลกtalรกciรญ, najmรค ak je vyrobenรก elektrina urฤenรก na predaj, hrรก ฤalลกiu vรฝznamnรบ rolu ekonomika projektu (nรกklady na vรฝstavbu, รบverovanie, poistenie, dotรกcie, vรฝkupnรก cena, predpokladanรฝ ฤas prevรกdzky, รบdrลพba a obnova, odstrรกnenie a recyklรกcia).

Spรดsoby zaฤlenenia

Najฤastejลกie spรดsoby zaฤlenenia 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 funkฤnรฉho 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 sรบฤasลฅ fasรกdnych ฤi 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 sรบฤasลฅ vรฝplne otvorov โ€“ maximรกlna miera integrรกcie (obr. 2c).
Obr. 2: a โ€“ FV systรฉm na plochej streche Fakulty stavebnej ฤŒVUT v Prahe; b โ€“ FV panely ako nรกhrada streลกnej krytiny pasรญvneho domu v Koberovech; c โ€“ semitransparentnรฉ FV systรฉmy ako vรฝplลˆovรฝ 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 striedaฤov, ktorรฉ ho premieลˆajรบ na striedavรฝ. Ten sa cez rozvรกdzaฤ systรฉmu rozvรกdza do elektrickej siete budovy. Sรบฤasลฅou 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 slneฤnรฉho ลพiarenia, odstupovรก vzdialenosลฅ a vรฝลกka susednรฝch budov a ฤalลกรญch 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€“ poฤet a typ FV panelov, elektrickรฉ pospรกjanie, nominรกlne vรฝkonovรฉ parametre FV panelov a striedaฤov, 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 slneฤnรฉho ลพiarenia, ktorรฉ pre vybranรฉ sklony a orientรกcie znรกzorลˆuje obr. 3.

Optimรกlna poloha na umiestnenie FV panelov v podmienkach ฤŒR โ€“ po zapoฤรญtanรญ 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 celoroฤnรฝ pokles energetickej produkcie oproti optimu menลกรญ ako 5 %. Nominรกlna konverznรก รบฤinnosลฅ v komerฤne vyrรกbanรฝch FV paneloch na bรกze kryลกtalickรฉho kremรญka sa pohybuje v rozpรคtรญ 12 aลพ 17 %. Pre realistickรฝ odhad roฤnejprodukcie elektrickej energie vลกak tล™eba nominรกlnu รบฤinnosลฅ korigovaลฅ o prevรกdzkovรฉ straty FV systรฉmu, spravidla sรบฤiniteฤพom 0,8.

Konลกtrukฤnรฉ 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 sรบฤasnosti najฤastejลกie realizuje pomocou tyฤovรฝch prvkov, najmรค hlinรญkovรฝch profilov, na ktorรฉ sรบ FV panely prichytenรฉ prรญtlaฤnรฝmi prvkami (obr. 4). Toto rieลกenie je veฤพmi pรดsobivรฉ a zรกroveลˆ umoลพลˆuje demontรกลพ panelu v prรญpade jeho vรฝmeny.

Podmienkou kvalitnรฉho rieลกenia je dรดslednรก optimalizรกcia tepelnรฝch mostov v prรญpade prieniku kotevnรฝch prvkov tepelnoizolaฤnรฝm sรบvrstvรญm โ€“ najmรค pri inลกtalรกciรกch na ลกikmรฝch a plochรฝch strechรกch โ€“ a tieลพ statickรฝ posudok zohฤพadลˆujรบci kombinovanรฉ zaลฅaลพenie snehom a vetrom (prรญpadne tieลพ sanie vetra a z neho plynรบca voฤพba kotevnรฝch prostriedkov โ€“ nebezpeฤenstvo vytrhnutia kotvy). FV panely nemoลพno nikdy pouลพiลฅ ako vonkajลกiu vrstvu jednoplรกลกลฅovรฝch konลกtrukciรญ, pretoลพe ich vysokรฝ difรบzny odpor by bol prรญฤinou stavebnofyzikรกlnych problรฉmov (kondenzรกcia na zadnej strane panelov) a zรกroveลˆ by neumoลพnil plynulรฝ odvod odpadovรฉho tepla z panelov.

Konลกtrukฤnรฉ 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 รบฤinnosลฅ (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 vรคฤลกinou 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.

ฤŽalej treba vytvoriลฅ nรกhradnรฝ spรดsob odvetrรกvania na zachovanie maximรกlnej miery dosiahnuteฤพnej รบฤinnosti 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€“ daลพฤu, snehu a krupobitiu (krรบpy do priemeru 2,5 cm). Ak sรบ FV panely takouto integrรกlnou sรบฤasลฅou streลกnej konลกtrukcie budovy, moลพno ich navrhovaลฅ iba ako vonkajลกรญ plรกลกลฅ dvojplรกลกลฅovรฝch konลกtrukciรญ s nalisovanou otvorenou vzduchovou medzerou (obr. 2b). Vลกetky ฤalลกie elektroinลกtalaฤnรฉ prvky systรฉmu, ako sรบ DC/AC striedaฤe a rozvรกdzaฤe (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 zahล•ลˆajรบcou elektrotechnologickรฉ, stavebnotechnickรฉ aj architektonickรฉ aspekty a je nutnรฉ vychรกdzaลฅ z miestnych ลกpecifickรฝch podmienok lokality, vyhodnotiลฅ rizikรก zatienenia a minimalizovaลฅ pokles รบฤinnosti FV panelov vplyvom nadmernรฉho nรกrastu prevรกdzkovej teploty. Sรบฤasnรฝ 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. Zdenฤ›k Machรกฤek, Ing. Kamil Stanฤ›k
Foto a obrรกzky: autori

Zdenฤ›k Machรกฤek absolvoval v roku 2004 Fakultu elektrotechnickรบ ฤŒVUT v Prahe, odbor technologickรฉ systรฉmy. V sรบฤasnosti pracuje ako vedeckรฝ pracovnรญk na ฤŒVUT โ€“ FEL v oblasti fotovoltaiky a zรกroveลˆ je produktovรฝm a obchodnรฝm manaลพรฉrom v oblasti fotovoltaiky v spoloฤnosti Silektro Praha, s .r. o. Publikuje doma aj v zahraniฤรญ.

Kamil Stanฤ›k absolvoval v roku 2004 Fakultu stavebnรบ ฤŒVUT v Prahe, odbor inลพinierstvo ลพivotnรฉho prostredia, kde v sรบฤasnosti pokraฤuje v doktorandskom ลกtรบdiu zameranom na nรญzkoenergetickรบ vรฝstavbu a integrรกciu fotovoltaiky do budov. Zรกroveลˆ spolupracuje s Fakultou elektrotechnickou ฤŒVUT v Prahe, kde sa venuje meraniu vรฝkonnostnรฝch charakteristรญk fotovoltaickรฝch ฤlรกnkov a panelov v reรกlnych prevรกdzkovรฝch podmienkach. Takisto sa zaoberรก tepelnotechnickรฝmi a energetickรฝmi vรฝpoฤtami a navrhovanรญm nรญzkoenergetickรฝch domov v spoluprรกci s architektonickรฝmi ateliรฉrmi.

Najฤรญtanejลกie