Možnosti využívania FV systémov pri prevádzke bytových domov na Slovensku
FV systémy sa presadzujú ako štandard rodinných domov. Bytové domy síce zaostávajú, ale nové možnosti prináša optimalizácia návrhu a komunitná energetika.
1. Úvod
V súčasnosti zaznamenávame nielen na Slovensku doslova exponenciálny nárast inštalácií fotovoltaických (FV) systémov (FVS) predovšetkým na strechách budov. Najvýraznejší nárast zaznamenávame na rodinných domoch, nasledujú firemné a administratívne budovy. Na Slovensku sme mali v roku 2021 viac ako 1 234 000 rodinných domov, bytových domov bolo viac o jeden milión – viac ako 2 235 000. Napriek tomu je využívanie FVS v bytových domoch minimálne, väčšinou sa obmedzuje buď na využívanie FVS pre spoločné priestory a zariadenia, alebo sú FVS využívané na bytových domoch v developerských projektoch. Existujúce bytové domy sa pri záujme o využívanie FVS stretávajú s množstvom problémov. Niektoré sú riešiteľné ihneď, niektoré si vyžadujú legislatívne úpravy a technickú prípravu. V príspevku sa snažíme zhrnúť možnosti využívania FVS a načrtnúť možnosti odstránenia existujúcich prekážok.
Prevádzka bytového domu zahŕňa viaceré činnosti a povinnosti, ktoré súvisia s udržiavaním a spravovaním spoločných častí domu, ale aj jednotlivých bytov. V spoločných priestoroch z energetického pohľadu je potrebné zabezpečiť osvetlenie spoločných priestorov, prevádzku spoločných zariadení a vykurovanie. V bytoch je potrebné zabezpečiť vykurovanie, prípravu teplej vody, energiu na varenie a zásobovanie bytov elektrinou. Tieto potreby sú zabezpečované v prípade elektriny dodávateľom elektriny, v prípade tepla buď centrálnym zásobovaním (teplárne a výhrevne) alebo sídliskovými (centrálnymi), či domovými zdrojmi tepla.
V súčasnosti prevláda vo väčších mestách na Slovensku zásobovanie bytových domov teplom z centrálnych systémov, pričom stále viac dodávateľov nahrádza fosílne palivá obnoviteľnými zdrojmi energie, hlavne biomasou, geotermálnou energiou a tepelnými čerpadlami. Aj preto nie je odpájanie bytových domov od systémov CZT vždy tým ideálnym riešením nielen z pohľadu ekonomického, ale i environmentálneho a občas i technického. Napriek tomu existujú situácie, kedy je možné a vhodné doplniť systém CZT obnoviteľným zdrojom, rovnako je tomu aj pri elektrine. Optimálnym riešením je kombinácia výroby tepla a elektriny z obnoviteľného zdroja, ktorý pokryje maximálnu možnú ročnú potrebu energie. Ideálnym riešením je, ak sa energia z obnoviteľného zdroja dokáže spotrebovať priamo v mieste výroby v čo najkratšom časovom rozpätí, čím sa eliminujú náklady na akumuláciu vrátane virtuálnej.
Elektrinu je možné z obnoviteľných zdrojov vyrábať vodnými, veternými alebo fotovoltaickými zariadeniami. Vodný zdroj nie je dostupný všade, z technického hľadiska sú teda vo všeobecnosti najvhodnejšie veterné a fotovoltaické systémy, z legislatívneho hľadiska je možné z týchto dvoch aktuálne inštalovať len fotovoltaické.
2. Fotovoltaické systémy pre bytové domy z pohľadu spotreby elektriny
Stredná spotreba elektriny v obytných priestoroch na obyvateľa je nižšia v bytoch ako v rodinných domoch, ale tzv. bežná spotreba (zahŕňajúca osvetlenie schodísk a iných spoločných priestorov, spotreba výťahov a iných spoločných zariadení) je samozrejme vyššia. V takých prípadoch aj vzhľadom k tomu, že vlastníctvo budovy a strešnej plochy je zvyčajne spoločné, je inštalácia zdieľaného fotovoltaického systému na spoločnú spotrebu najjednoduchšou a najrozšírenejšou konfiguráciou pre bytové domy vo svete.
Pri výškových budovách s vysokou spoločnou spotrebou a relatívne malou plochou strechy môže byť spotrebovaných aj 100 % elektriny vyrobenej z FV systému. To znamená, že benefity FV systému pripadajú všetkým vlastníkom a nájomcom bytov aj bez dodávky FV elektriny priamo do bytov.
Naopak pri bytových domoch s malým počtom podlaží bez výťahov je spoločná spotreba obmedzená na osvetlenie spoločných priestorov a vtedy je využitie FV systému pre vlastnú spotrebu prakticky preddefinované v kombinácii s akumulátorom elektriny. To má za následok predĺženie návratnosti investície mnohokrát prevyšujúcej životnosť komponentov FV systému.Vyššie uvedené špecifiká podnietili vývoj nových ekonomických a technických konceptov využívania elektriny z FV systémov v bytových domoch vrátane vlastníkov a nájomníkov bytov. Stále viac sa hovorí a do legislatívy jednotlivých štátov zavádza pojem kolektívna vlastná spotreba zavedený novou smernicou EÚ RED II. [1] Na Slovensku je tento pojem transformovaný do legislatívy ako Energetické spoločenstvo a Energetická komunita prostredníctvom § 11a Zákona č. 251/2012 Z. z. o energetike a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
Dobrou správou pre všetkých záujemcov o využívanie FV elektriny aj v bytoch je, že na Slovensku je od 2. októbra 2023 spustené v testovacej prevádzke Energetické dátové centrum (EDC). EDC predstavuje centrálnu platformu pre výmenu dát predovšetkým v energetike. Spustilo a prevádzkuje ho Organizátor krátkodobého trhu s elektrinou (OKTE), dcérska spoločnosť Slovenskej elektrizačnej sústavy (SEPS), ktorý tým nadviazal na vyhlášku Úradu pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) č. 207/2023 Z. z. o pravidlách trhu s elektrinou.
Vyššie uvedené predstavuje prelom možností využívania elektriny z FV v Slovenských bytových domoch a výrazne eliminuje ich diskrimináciu voči ostatným budovám.
Špecifiká bytových domov
Bytové domy majú z pohľadu využívania FV systémov svoje špecifiká voči rodinným domom či administratívnym budovám, okrem iného aj z týchto hľadísk:
- dostatočná plocha pre inštaláciu,
- únosnosť strechy a skladba strešnej krytiny,
- technické zariadenia a stavebné prvky umiestnené na streche budovy,
- distribúcia/rozdelenie vyrobenej elektriny medzi obyvateľov bytov,
- využitie vyrobenej elektriny,
- spoločné vlastníctvo zariadenia.
Uvedené oblasti sa čiastočne týkajú aj ostatných budov, bytové domy sú však špecifické hlavne z pohľadu posledného uvedeného bodu. Spoločné vlastníctvo a demokratické princípy schvaľovacích procesov sú veľmi často príčinou nevyužívania FV systémov na bytových domoch. Našťastie, vyššie uvedené legislatívne zmeny a elektronické systémy môžu využívanie FV systémov v bytových domoch výrazne urýchliť a zjednodušiť. Je však potrebné vykonať ešte niekoľko legislatívnych krokov.
Vždy je však vhodné a odporúčané, aby záujemcovia o FV systém boli poučení a snažili sa o zmenu správania v prospech FV výroby. To znamená prispôsobiť dobu prevádzky zariadení, ktoré to umožňujú (práčka, sušička, umývačka riadu, zásobník TV, ...) tak, aby sa zapínali hlavne v čase okolo obeda.
Obr. 1 Spotrebné profily bytového domu v porovnaní s výrobou elektriny FV systémom
Profil spotreby elektriny v bytovom dome sa mení v čase, to znamená, že je iný cez pracovný týždeň, cez víkend a iný v zime a v lete. Ukážky spotrebného profilu bytového domu v priebehu roku v porovnaní s výrobou elektriny FV systémom sú na obrázku. Hodnoty sú vyjadrené v %, to znamená, že je zobrazené, koľko elektriny z dennej / ročnej spotreby je v danú hodinu / mesiac spotrebované. Rovnako je to v prípade výroby elektriny z FV systému.
Ako je zrejmé, úplnú spotrebu elektriny z FV systému je jednoduché dosiahnuť v zimnom období, kedy FV systém vyrába menej energie, ako dokáže bytový dom spotrebovať. Prebytočná elektrina v letných mesiacoch je však problém. Ten je možné riešiť v zásade tromi spôsobmi:
- dodávkou do virtuálnej batérie,
- ukladaním elektriny do fyzických batérií,
- využitím energetického spoločenstva.
Všetky spôsoby majú svoje pre a proti.
Fyzická batéria
Fyzická batéria spĺňa kritérium maximalizácie spotreby elektriny v reálnom čase výroby. To znamená, že využitím fyzickej batérie je možné eliminovať dodávku elektriny do distribučnej siete a minimalizovať negatívne vplyvy na parametre siete. Tie sa s rozvojom FV na Slovensku začínajú objavovať čoraz častejšie a kým nebudú distribučné siete modernizované, bude potrebné tento fakt rešpektovať. Fyzická batéria však dokáže akumulovať len určité množstvo elektriny. Investične je pritom možné uvažovať s pomerom ± 1:1. To znamená, že cena za jednotku výkonu FV systému je približne rovnaká ako cena za jednotku výkonu a kapacity batérie. Takže napríklad FV systém s výkonom 10 kWp a batériou s výkonom 10 kW a kapacitou 10 kWh by stál dvakrát toľko, ako samotný 10 kWp systém bez batérie.
Pre rodinné a bytové domy je fyzická batéria vhodným riešením pri správnom dimenzovaní. Dokazuje to aj rastúci záujem o fyzické batérie napríklad v Nemecku alebo Českej republike. V Nemecku sa inštalovaný výkon FV zariadení na rodinných domoch a bytoch v roku 2023 zvýšil o 87 % oproti roku 2022, avšak počet batérií stúpol o 100 % z pôvodných 600 tisíc na takmer 1,2 milióna. [4] V Čechách v roku 2023 bolo až 92 % inštalácií FV systémov s fyzickou batériou. [5]
Pri bytových a rodinných domoch je možné za fyzický akumulátor energie považovať aj systém na prípravu teplej vody, kedy sa prebytočná elektrina z FV systému ukladá do teplej vody. Optimálny systém je kombinácia oboch akumulátorov.
Stále však platí, že nie je rozumné dimenzovať batériu na dlhšie obdobie ako 1–3 dni, čo umožní uskladniť nadvýrobu napríklad na večer alebo na preklenutie špičkových odberov, či nepriaznivého počasia. Z toho vyplýva, že fyzická batéria nerieši problém nedostatku FV elektriny v zimnom období.
Virtuálna batéria
Tzv. virtuálna batéria eliminuje vyššie uvedený problém. Tá predstavuje službu, ktorá umožňuje „uskladniť“ elektrinu pomocou distribučnej siete. Nadbytočná elektrina z FV sa spotrebuje na inom mieste, ale bilančne je zapísaná v „pohľadávke“ výrobcu, teda vlastníka FV systému. V čase nedostatku slnečného žiarenia, napríklad v zime, môže vlastník FV systému takto „uskladnenú“ elektrinu čerpať zo siete späť do výšky bilančného vyrovnania. Pre bytové domy zatiaľ na Slovensku nie je dostupná.
Podobnú schému je možné využiť v rámci tzv. energetického spoločenstva. Na Slovensku ide podobne ako pri virtuálnej batérii o spôsob vyrovnania výrobno-spotrebnej bilancie pomocou distribučnej siete. Z pohľadu bytových domov je táto možnosť optimálna, nakoľko umožňuje využitie FV systému aj pre potrebu jednotlivých bytov, nielen spoločných priestorov. Celý proces alebo životný cyklus spoločenstva zdieľania energie (SZE) je v zjednodušenej schéme na obrázku 2.
Obr. 2 Životný cyklus spoločenstva zdieľania energie (SZE) v zjednodušenej schéme
Zelenou farbou sú v obr. 2 vyznačené procesy, ktoré sa priamo týkajú SZE, oranžovou farbou sú vyznačené procesy, ktoré sú vykonávané z pohľadu SZE „automaticky“ – prostredníctvom energetického dátového centra zriadeného a spravovaného OKTE, alebo ich procesuje OKTE a ďalšie zúčastnené subjekty.
Zjednodušene je možné popísať vznik a proces výroby a zdieľania elektriny z FV systému prostredníctvom energetického spoločenstva z pohľadu bytového domu nasledovne:
- Vlastníci bytov a NP sa dohodnú na vzniku SZE, určia osobu zodpovednú za správu SZE a zároveň nastavia parametre zdieľania elektriny medzi členmi SZE.
- Každý člen SZE predstavuje samostatné odberné a odovzdávacie miesto (OOM).
- Požiadajú ÚRSO o osvedčenie o vzniku energetického spoločenstva.
- Všetky OOM musia byť vybavené inteligentnými meracími systémami (elektromer IMS), zabezpečujú si to jednotlivé OOM na vlastné náklady (ak zo zákona nevyplýva inak).
- Po pridelení osvedčenia o vzniku energetického spoločenstva zodpovedná osoba pristúpi k procesu prihlásenia, vytvorenia účastníka trhu s elektrinou a uzatvorenia zmluvy.
- Zo strany OKTE prebehne proces kontroly a priraďovania OOM k skupine zdieľania – spoločenstvu zdieľania energie.
- Po priradení OOM ku skupine zdieľania môže začať proces zdieľania elektriny medzi výrobou – FV systémom a členmi SZE, nespotrebovaná energia je dodávaná do siete.
- Systém meria spotrebu elektriny z distribučnej sústavy, z FV systému ako aj toky elektriny z FV systému v reálnom čase.
- Systém na konci fakturačného obdobia automaticky odpočíta od elektriny spotrebovanej zo siete elektrinu vyrobenú FV systémom a vytvorí podklady pre fakturáciu a podklad pre informáciu o zdieľanej elektrine pre SZE.
Výsledkom využitia energetického spoločenstva je to, že elektrinu z FV zdroja je možné využívať aj priamo v bytoch, nielen v spoločných priestoroch.
Jednou z podmienok vytvorenia energetického spoločenstva je aj nastavenie pravidiel rozpočítavania elektriny z FV zdroja. To znamená nastavenie kľúča, podľa ktorého sa bude vyrobená elektrina prerozdeľovať medzi jednotlivé byty a spoločné priestory.
To, či sa vlastníci bytov a NP rozhodnú pre energetické spoločenstvo alebo jednu z batérií závisí, ako bolo uvedené, aj od spôsobu využitia elektriny z FV zdroja.
3. FV systémy pre bytové domy z pohľadu výroby tepla
Účel využívania elektriny z FV systému je dôležitým faktorom nielen pri návrhu požadovaného výkonu, ale i z pohľadu technických parametrov inštalácie – umiestnenia panelov, ich sklonu, orientácie a pod. Ďalším aspektom je plánovanie využitia batérie, zdroja tepla a pod.
3.1 FV systém pre prípravu teplej vody
Príprava TV v elektrickom zásobníkovom ohrievači
Jednou z možností, ako zvýšiť priamu spotrebu FV elektriny, je využiť ju na prípravu teplej vody. Tu sa ponúkajú dve základné možnosti – príprava TV v elektrickom zásobníkovom ohrievači, alebo príprava TV pomocou tepelného čerpadla so zásobníkom. Rozdiel je prakticky len v požadovanom výkone FV systému a výške investície.
V oboch variantoch je dôležité dimenzovanie zásobníka teplej vody podľa spotreby v ostatných rokoch a dimenzovanie výkonu ohrevného telesa. Pri kombinácii elektrického ohrievača a FV systému je potrebné dimenzovať ich na približne rovnaký výkon, prípadný rozdiel je odporúčaný v prospech FV systému. To znamená, že je lepšie dimenzovať FV systém s vyšším výkonom, ako má elektrická špirála. Dôvod je jednoduchý – výkon FV systému je dimenzovaný na optimálne podmienky, ktoré sú dosahované v reálnej praxi len určitý čas. Prvým krokom je preto navrhnúť objem a príkon zásobníkového ohrievača. Čas ohrevu jednotlivých objemov je zobrazený v nasledujúcej tabuľke. Pre názornosť sú vyznačené časy ohrevu pod 11 hodín, čo je maximálna dĺžka slnečného svitu v lete.
| Hmot- nosť vody [kg] | Objem zásob- níka [l] | Potreb- ná energia [kWh] | Príkon špirály [kW] = Výkon FVP [kWp] | ||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | ||||
| 497 | 500 | 26 | Doba ohre- vu [h] | 26,5 | 13,3 | 8,8 | 6,6 | 5,3 | 4,4 | 3,8 | 3,3 | 2,9 | 2,7 | 2,4 | 2,2 | 2,0 | 1,9 | 1,8 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 994 | 1000 | 52 | 53,1 | 26,5 | 17,7 | 13,3 | 10,6 | 8,8 | 7,6 | 6,6 | 5,9 | 5,3 | 4,8 | 4,4 | 4,1 | 3,8 | 3,5 | 3,3 | 3,1 | 2,9 | 2,8 | 2,7 | |
| 1491 | 1500 | 78 | 79,6 | 39,8 | 26,5 | 19,9 | 15,9 | 13,3 | 11,4 | 10,0 | 8,8 | 8,0 | 7,2 | 6,6 | 6,1 | 5,7 | 5,3 | 5,0 | 4,7 | 4,4 | 4,2 | 4,0 | |
| 1989 | 2000 | 104 | 106,2 | 53,1 | 35,4 | 26,5 | 21,2 | 17,7 | 15,2 | 13,3 | 11,8 | 10,6 | 9,7 | 8,8 | 8,2 | 7,6 | 7,1 | 6,6 | 6,2 | 5,9 | 5,6 | 5,3 | |
| 2486 | 2500 | 130 | 132,7 | 66,4 | 44,2 | 33,2 | 26,5 | 22,1 | 19,0 | 16,6 | 14,7 | 13,3 | 12,1 | 11,1 | 10,2 | 9,5 | 8,8 | 8,3 | 7,8 | 7,4 | 7,0 | 6,6 | |
| 2983 | 3000 | 156 | 159,3 | 79,6 | 53,1 | 39,8 | 31,9 | 26,5 | 22,8 | 19,9 | 17,7 | 15,9 | 14,5 | 13,3 | 12,3 | 11,4 | 10,6 | 10,0 | 9,4 | 8,8 | 8,4 | 8,0 | |
| 3480 | 3500 | 182 | 185,8 | 92,9 | 61,9 | 46,5 | 37,2 | 31,0 | 26,5 | 23,2 | 20,6 | 18,6 | 16,9 | 15,5 | 14,3 | 13,3 | 12,4 | 11,6 | 10,9 | 10,3 | 9,8 | 9,3 | |
| 3977 | 4000 | 208 | 212,4 | 106,2 | 70,8 | 53,1 | 42,5 | 35,4 | 30,3 | 26,5 | 23,6 | 21,2 | 19,3 | 17,7 | 16,3 | 15,2 | 14,2 | 13,3 | 12,5 | 11,8 | 11,2 | 10,6 | |
| 4474 | 4500 | 234 | 238,9 | 119,4 | 79,6 | 59,7 | 47,8 | 39,8 | 34,1 | 29,9 | 26,5 | 23,9 | 21,7 | 19,9 | 18,4 | 17,1 | 15,9 | 14,9 | 14,1 | 13,3 | 12,6 | 11,9 | |
| 4972 | 5000 | 260 | 265,4 | 132,7 | 88,5 | 66,4 | 53,1 | 44,2 | 37,9 | 33,2 | 29,5 | 26,5 | 24,1 | 22,1 | 20,4 | 19,0 | 17,7 | 16,6 | 15,6 | 14,7 | 14,0 | 13,3 | |
Pre prípad bytového domu uvedeného v predchádzajúcom je navrhnutý zásobník s objemom 1 500 litrov a príkonom špirál sumárne 15 kW.
Príprava TV pomocou tepelného čerpadla so zásobníkom
Ako bolo uvedené, druhou možnosťou prípravy TV s využitím FV systému je tepelné čerpadlo poháňané FV elektrinou. V modelovom príklade predmetného bytového domu bolo uvažované s tepelným čerpadlom s rovnakým tepelným výkonom 15 kW, COP 3,1 a s optimalizovanou spotrebou FV elektriny prednostne do tepelného čerpadla. Ak sa obyvatelia BD rozhodnú pre využitie tepelného čerpadla na prípravu TV, hlavný rozdiel oproti predchádzajúcemu systému sú investičné náklady. Druhý rozdiel je vo využití FV elektriny priamo v čase výroby, ktorý je oproti priamemu elektrickému ohrevu nižší.
Existujú aj možnosti využitia tepelného čerpadla na podporu vykurovania. V tomto prípade bolo do systému navrhnuté tepelné čerpadlo s tepelným výkonom 20 kW s prednostným ohrevom vody pomocou FV systému.
Výsledky simulácií sú na nasledovnom obrázku, z ktorých je zrejmé, že najviac elektriny je možné spotrebovať priamo v čase FV výroby elektrickým zásobníkom. Ako je možné vidieť, spotreba elektriny v bytoch a spoločných priestoroch ostala rovnaká, rozdiel je v spotrebovanej elektrine tepelnými zariadeniami.
Aj keď systém s tepelným čerpadlom na podporu prípravy TV a vykurovania vykazuje vyššie percento priamej spotreby FV elektriny, je vhodné nad ním uvažovať len v prípade možnosti využitia distribučnej siete ako akumulátora elektriny, teda energetického spoločenstva.
a) Elektrický zásobník TV
b) TČ a zásobník TV
c) TČ a zásobník TV a ÚK
Obr. 3 Toky energie FV systému pre potreby energetického spoločenstva
Pri dimenzovaní FV systému je teda vhodné uvažovať s rôznymi variantmi zapojenia elektrospotrebičov do celého spotrebného ekosystému bytového domu tak, aby sa maximalizovala spotreba FV elektriny v reálnom čase výroby. Veľký vplyv na to má, samozrejme, aj dostupný výkon FV systému, ktorý závisí hlavne od dostupnej inštalačnej plochy a jej vhodnosti pre umiestnenie FV panelov.
4. Technické podmienky inštalácie FV systémov na bytové domy
Medzi technické podmienky inštalácie FV systémov a zariadení patrí plocha vhodná pre inštaláciu, tieniace prvky na ploche a v jej okolí, výskyt inverzných meteorologických javov, veternosť, vzdialenosť inštalácie od miesta spotreby a mnoho iných. Medzi najväčšie projektantské výzvy však patrí optimalizácia využitia vhodnej inštalačnej plochy.
4.1 Plocha pre inštaláciu FV systému
Plocha vhodná pre inštaláciu je jedným zo základných limitujúcich faktorov voľby FV systému. FV systémy pre spotrebu spoločných priestorov, kedy je spotreba nízka, by problém s dostatočnou veľkosťou vhodnej plochy mať nemali. V prípade záujmu o využitie FV systému aj pre byty, napríklad formou energetického spoločenstva, môže však výber a zhodnotenie vhodnej plochy predstavovať náročný proces.
Najjednoduchším krokom je určenie voľných plôch, na ktorých bude možné inštalovať FV systém. Najbežnejším miestom inštalácie je strecha. Tá býva na bytových domoch osadená rôznymi technickými prvkami, ako napríklad výťahové šachty, vetracie vyústenia, bleskozvody, antény, komíny a pod.
Obr. 4 Strecha bytového domu s technickými zariadeniami
Preto je potrebné pristúpiť k simulácii rôznych variantov umiestnenia FV panelov tak, aby sa na jednej strane maximalizoval výkon FV systému, na druhej strane je potrebné minimalizovať negatívny vplyv tienenia na jeho prevádzku. Strešné prvky majú vplyv nielen na rozmiestnenie FV panelov, ale aj na ich tienenie. Okrem toho je potrebné zohľadniť bezpečnosť pohybu na streche a prístupu k uvedeným zariadeniam. Preto je vždy odporúčané dať si vypracovať štúdiu využiteľnosti FV systému pre konkrétny dom. Štúdia by mala obsahovať variantné riešenia, ktoré by mali byť navrhnuté na spoločnom stretnutí projektanta a zástupcov vlastníkov bytov a NP.
Odporúča sa netlačiť na projektanta, aby umiestnil čo najviac panelov kvôli výkonu bez uvažovania uvedených vplyvov. Na druhej strane nie je vhodné od projektanta akceptovať presviedčanie typu „čím vyšší výkon, tým lepšie pre vás“. Je vhodné vyžadovať od projektanta, aby odprezentoval výsledky simulácie jednotlivých variantov. Cieľom spotrebiteľov má byť správne fungujúci FV systém a snaha o spotrebovanie FV elektriny v dome bez nadvýroby. Pre názornosť sú v nasledujúcich obrázkoch návrhy FV systému „na plnú strechu“ a so zohľadnením tienenia a prístupových ciest.
Obr. 5 Návrh plného pokrytia strechy bez zohľadnenia vplyvu tienenia a prístupových ciest
Obr. 6 Návrh optimalizovaného pokrytia strechy
Samozrejme, je na investorovi, pre ktorú alternatívu sa rozhodne. Pri využívaní obnoviteľného zdroja je však vhodné poznať aj koeficient využitia vlastnej investície. To znamená, ako efektívne pracuje zakúpená technológia. Ako je zrejmé z nasledovnej tabuľky, pri optimalizovanom FV systéme sa koeficient využitia približuje 100 %. To znamená, že takmer celá elektrina vyrobená FV systémom je spotrebovaná priamo v budove a nie sú zaťažované distribučné siete.
| Pokrytie strechy | Výkon [kWp] | Výroba [MWh] | Spotreba [MWh] | Koeficient využitia [%] |
|---|---|---|---|---|
| Plné | 61,6 | 56,4 | 42,9 | 76,0 |
| Optimalizované | 21,2 | 18,9 | 18,4 | 97,7 |
4.2 Inštalačná plocha – funkčnosť vs estetika
Kým strecha je na Slovensku štandardom pre inštaláciu FV systémov, vo svete sú bežné aj inštalácie, ktoré vsadili okrem funkčnosti aj na dizajn samotnej inštalácie v kontexte celej budovy.
Rozmáhajúcim sa fenoménom je budovanie tzv. carportov, teda prístreškov pre autá s integrovanými FV panelmi v streche, častokrát tzv. bifaciálnymi. To znamená polopriehľadnými FV panelmi, ktoré sú schopné absorbovať svetlo z oboch strán a poskytujú čiastočné tienenie priestoru pod nimi.
Miera priehľadnosti je pritom u niektorých výrobcov voliteľná, čo je vhodné napríklad pre zimné záhrady osadené FV sklami alebo v bytových domoch na pergoly, balkóny alebo tieniace prvky.
Strešné inštalácie sú vhodným doplnkom zelených striech, pričom kombinácia týchto dvoch prvkov pôsobí symbioticky. FV panely na jednej strane zabraňujú prehrievaniu substrátu, na druhej strane rastliny zelenej strechy dokážu ochladzovať FV panely, čo zvyšuje ich účinnosť.
FV systémy môžu byť aj súčasťou fasád v tzv. BIPV systémoch (Building Integrated PV), prípadne môžu byť integrované priamo do strešnej krytiny. Takéto systémy sú špecifické z dvoch pohľadov. Na jednej strane šetria náklady na fasádny systém, resp. strešnú krytinu. Na druhej strane je však pri projektovaní a plánovaní prevádzky uvažovať so zníženým ochladzovaním FV panelov, čo môže mať vplyv na účinnosť panelov a produkciu elektriny z celého systému.
5. Záver
Fotovoltaické systémy sa už vo sfére rodinných domov stávajú takmer bežným štandardom, čo je z pohľadu znižovania uhlíkovej stopy bývania veľmi dobrým znakom. Hovorí to aj o tom, že ľudia sa snažia využívať obnoviteľné zdroje s cieľom znižovania nákladov na bývanie. Vo veľkej miere im v tom pomáha aj program Zelená domácnostiam, ktorý významnou mierou za ostatné roky prispel k rozmachu využívania OZE práve v rodinných domoch. V tomto bode však Slovensko zaostáva v oblasti, ktorá predstavuje najväčší podiel využívania energie na bývanie – v oblasti bytových domov. Na jednej strane existujú podporné programy umožňujúce inštaláciu technológií OZE do bytových domov, na druhej strane sú však tieto inštalácie limitované buď len pre využitie v spoločných priestoroch, alebo nesmú byť dôvodom na odpájanie od systémov CZT. Tieto skutočnosti diskriminujú ľudí bývajúcich v bytových domoch, špeciálne v oblasti využívania fotovoltaických systémov pre pokrytie spotreby elektriny a tepla aj v samotných bytoch.
V príspevku sme poukázali na to, že technicky je možné využívať elektrinu z FV zdroja nielen na pokrytie potrieb spoločných priestorov, ale i na zníženie spotreby elektriny zo siete v bytoch, dokonca aj na prípravu teplej vody či podporu vykurovania v kombinácii s tepelným čerpadlom.
Poznámka
Článok bol uverejnený aj v zborníku prednášok z 32. medzinárodnej vedecko-odbornej konferencie VYKUROVANIE 2024 na tému "Zelená dohoda a budúcnosť zásobovania teplom" pod záštitou Slovenskej spoločnosti pre techniku prostredia, Stavebnej fakulty STU Bratislava, katedry TZB a Slovenskej komory stavebných inžinierov ISBN 978-80-8284-023-3.
Literatúra
- Smernica Európskeho parlamentu a Rady (EÚ) 2018/2001 z 11. decembra 2018 o podpore využívania energie z obnoviteľných zdrojov [RED II]
- Zákon č. 251/2012 Z. z. o energetike a o zmene a doplnení niektorých zákonov
- Vyhláška Úradu pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) č. 207/2023 Z. z. o pravidlách trhu s elektrinou
- https://www.solarwirtschaft.de/2024/01/03/2023-mehr-als-eine-million-neue-solaranlagen/
- https://www.solarniasociace.cz/solarni-rok-2023-cesko-se-opet-radi-mezi-gigawattove-zeme-na-vyznamu-nabyvaji-stredni-a-velke-elektrarny/
- Development of an Efficient Tool for Solar Charging Station Management for Electric Vehicles - Scientific Figure on ResearchGate. Available from:
https://www.researchgate.net/figure/Example-of-a-PV-charging-carport-30_fig1_342091931 [accessed 24 Jan, 2024] - https://www.topregal.com/en/solar-technology/solar-carport-frame-spg5-including-12-solar-panels-aluminum-3-640-mm-x-7-100-mm-x-3-540-mm-soloport.html (stiahnuté 24.1.2024)
- https://www.balkongelaender.at/produkt/photovoltaik/photovoltaik-carports/ (stiahnuté 24.1.2024)
- https://www.ertex-solar.at/en/a-swiss-balcony-project-a-an-article-in-the-easy-engineering-magazine/ (stiahnuté 24.1.2024)
- https://www.solarnova.de/en/bipv_facades.html (stiahnuté 24.1.2024)
- https://www.hobbytec.uk/winter-garden-with-glass-in-zania-frame-custom-production-10.html (stiahnuté 24.1.2024)
- https://zinco-greenroof.co.uk/sites/default/files/2023-12/ZinCo_Solar_Energy_Green_Roofs.pdf (25.1.2024)
- https://www.abc.net.au/news/2021-08-24/nsw-green-roofs-make-solar-panels-more-efficient/100400552
- https://www.solarpowerportal.co.uk/massive_eu_rollout_of_rooftop_solar_proposed/ (28.1.2024)
- Unie komunitní energetiky: Jak na společnou fotovoltaiku u bytových domů, https://www.uken.cz/ (25.1.2024)
- https://www.bipv.ch/images/esempi/residenziale/PalazzoPositivo_Chiasso/PlusEnergy_multi-family_house_Chiasso_2013__ENG_.pdf (28.1.2024)
PV systems are gaining ground as a standard for family homes. Apartment buildings are lagging behind, but design optimization and community energy bring new possibilities.