Lze využít fotovoltaické panely pro panelový dům?
Článek pojednává o zajímavých možnostech instalace fotovoltaických systémů na panelových domech. Můžete se dozvědět vzájemné porovnání jednotlivých variant a výčet jejich předností, nevýhod a problémů se kterými se můžeme při instalaci fotovoltaiky setkat a na které bychom si při jejich realizaci měli dát pozor.
Získávání elektrické energie přímo ze slunečního záření je z hlediska životního prostředí čistý a šetrný způsob. V průběhu poslední dekády minulého století se v ČR omezilo na ostrovní systémy pro nezávislé napájení objektů a zařízení v lokalitách bez připojení na rozvodnou síť. V případě ČR se v posledních letech, díky politice státu dá mluvit o intenzivním rozvoji výstavby fotovoltaických elektráren. Bohužel jejich výstavba na "zelené louce" znamená zábor půdy, ne vždy působí v krajině zcela esteticky. Proto se instalace fotovoltaických systémů na stávajících či nových objektech jeví jako jejich vhodnější aplikace. S ohledem na orientaci a stavební řešení skýtají panelové domy řadu možností instalace fotovoltaických panelů. V článku popisujeme pět variant instalace fotovoltaických systémů. Jako nejvhodnější se jeví instalace fotovoltaických panelů na plochou střechu objektu, dále pak na štítovou stěnu objektu, na zábradlí balkonů nebo lodžií, případně je možno použít fotovoltaické panely jako markýzy a tím omezit přehřívání bytů v letním období. Každá z výše uvedených možností umístění fotovoltaiky má oproti jiným své silné a slabé stránky. Proto je nutné jednotlivé varianty pečlivě zvážit, jak z hlediska energetického, tak ekonomického. Na celkovou efektivitu získávání elektrické energie ze slunce má vliv lokalita, klimatické podmínky v místě provedení fotovoltaického systému a umístění fotovoltaiky na objektu. Také je nutno podotknout, že fotovoltaické panely získávají energii pouze přes den.
Při návrhu fotovoltaického systému je nutno určit plochu konstrukce, na kterou může být fotovoltaika aplikována, ta musí být následně snížena o část plochy, kterou není možno použít. Například na střeše jsou to stíněná místa, stejné problémy nastávají i při instalaci na štítové fasády a na zábradlí lodžií a balkonů.
Instalace fotovoltaických panelů na střechu
Jako nejjednodušší aplikace fotovoltaických systémů se jeví jejich umístění na střechu panelového domu, ale i zde se vyskytují určité problémy, jak je uvedeno výše. Z hlediska využitelné plochy pro instalaci panelů mají velký vliv stíněná místa od zástavby na střeše, např. výtahových a větracích šachet, komunikačních zařízení antén mobilních operátorů, WiFi, jejich příslušenství a dalších zařízení umístěných na střeše objektu např. antény, reklamní billboardy apod. Často se setkáváme s právními problémy, jako je právo přístupu na střechu, zodpovědnost za provoz a případné poškození zařízení. Při instalaci panelů na střechu je nutno zvolit vhodnou nosnou konstrukci pro fotovoltaiku, její kotvení a zvážit statické působení na konstrukci střechy. Nejčastěji jsou fotovoltaiky umísťovány na pevné konstrukci s daným sklonem a orientací ke světovým stranám. Výhodou je nižší cena a jednoduchost nosné konstrukce, nevýhodou nižší energetický přínos. Pro celoroční provoz je nejlepší sklon 35° (±10°). Další možností je umístění panelů na pohyblivou konstrukci, která může být natáčena podle vodorovné osy s ohledem na výšku Slunce nad obzorem s ohledem na roční období.
 Obrázek 1: Fotovoltaické panely na ploché střeše. (ČVUT) |
 Obrázek 2: Schéma FVE klasické na střeše. (Náprstek 2009) |
Další možností umístění fotovoltaického systému na plochou střechu panelového domu je tenkovrstvá fotovoltaická krytina.
Fotovoltaické hydroizolační pásy se nejlépe využívají při rekonstrukci střechy, jejího dodatečného zateplování a s tím spojené pokládky nové hydroizolace. Tenkovrstvá fotovoltaická krytina plní nejen funkci fotovoltaického panelu, ale také hydroizolační funkci. Při instalaci fotovoltaické hydroizolace musíme počítat se stejnými problémy týkajícími se přístupů na střechu a odpovědnosti za stav a případné škody na zařízení.
 Obrázek 3: Instalace tenkovrstvé fotovoltaické krytiny. (Topinfo s.r.o.) |
 Obrázek 4: Schema tenkovrstvé FVE na střeše. (Náprstek 2009) |
Základem systému je hydroizolační fólie na bázi EVA/PVC. Flexibilní třívrstvé amorfní fotovoltaické články tvořící solární modul krytiny jsou integrovány na horní povrch fólie a tvoří s ní jeden celek. Jednotlivé moduly jsou spojeny vodiči, které probíhají na střeše pod spodní stranou fólie a jsou svedeny pod střešní konstrukci do sběrné sítě. Pásy je nutno instalovat vcelku. Nelze je tedy použít na střechu, kde jsou časté větrací otvory, komínky, dešťové vpustě a další prvky. Okraje střechy, prostupy vzduchotechniky, komíny, lávky apod. se řeší doplňkovými tvarovkami, se svařovanými spoji. Amorfní tenkovrstvé fotovoltaické moduly mají asi poloviční teplotní součinitel fotoelektrického napětí a fungují tedy lépe na rozpálených střechách domů oproti krystalickým křemíkovým článkům. Současně mají také nižší účinnost (cca 6 %). Orientačně lze uvažovat s plochou 25 až 50 m2/kWp podle typu krytiny. Oproti předchozí variantě panely nezatěžují konstrukci střechy a odpadá problém s kotvením konstrukce a zásahů do střešního pláště, navíc nepůsobí rušivě na vzhled budovy. Fotovoltaická hydroizolace má navíc zvýšené nároky na čištění od prachu, sněhu, resp. spadaného listí.
Fotovoltaické panely na štítech
Pokud se pro instalaci fotovoltaiky nehodí střecha, ať už z hlediska statiky, nebo třeba z důvodů plánované nástavby, nabízí panelový dům další zajímavou možnost, kterou je pokrytí vhodně orientované štítové fasády fotovoltaickými panely.
Tuto instalaci lze provést současně se zateplováním fasády, kdy fotovoltaické panely mohou tvořit vnější plášť zateplení s odvětranou mezerou. U panelových domů jde o štítové stěny orientované na jih, kde nejsou žádná okna nebo třeba jen jedno okno na patro. Nevýhodou je, že nosná konstrukce fotovoltaických panelů musí být důkladně kotvena do panelu, takže v zateplení vzniká tepelný most. Důležité je také zajistit důkladné odvětrání zadní strany panelů, protože to je jediný způsob jak panely ochlazovat. Je známo, že v takovýchto aplikacích je teplota panelů až o 20°C vyšší než u volně stojících panelů se stejnou orientací a sklonem, což zhoršuje jejich účinnost. Další výraznou nevýhodou je skutečnost, že i při jižní orientaci stěny je energetický zisk svisle umístěné fotovoltaiky cca o 30 % nižší než při sklonu 35° až 45°. V nižších patrech domu je třeba brát zřetel na stínění sousedními objekty, popř. stromy. Výhodou je naopak reprezentativní vzhled fasády domu.
 Obrázek 5: Aplikace fotovoltaických panelů na štítovou fasádu. |
 Obrázek 6: Kotva fotovoltaického systému v zateplené stěně. (ČVUT) |
 Obrázek 7: Schema FVE na štítech. (Náprstek 2009) |
Fotovoltaické panely na zábradlí lodžií a balkonů
Instalace fotovoltaiky na balkónu je především zajímavé architektonické řešení skýtající zajímavé oživení fádní fasády panelového domu. Výhodou tohoto umístění je relativně snadná montáž. Nevýhodou je nevhodný sklon, svisle umístěné panely mají cca o 30% nižší energetický výnos oproti panelům se sklonem 35°až 45° umístěným na střeše. Pro zefektivnění výroby elektrické energie lze panely naklonit (cca na 75°). Jiným omezením je pochopitelně orientace domu, v ČR se nejčastěji setkáme s orientací balkónu na východ a západ. Zde je opět nutno počítat s poklesem produkce, o 15 až 20% oproti svislé ploše orientované přímo na jih. Výhodou je velmi dobré ochlazování panelů. Je zde ovšem i vyšší riziko poškození panelů uživateli balkónů.
 Obrázek 8:Umístění fotovoltaických panelů na zábradlí. (EkoWATT) |
 Obrázek 9: Schema FVE zábradlí lodžií. (Náprstek) |
Fotovoltaické markýzy
Tato aplikace fotovoltaiky je opět velmi zajímavým architektonickým přínosem do jinak nezajímavého vzhledu fasády panelových domů. U oken s jižní orientací je možno nainstalovat fotovoltaické markýzy, které současně s výrobou energie v létě vyřeší nežádoucí solární zisky a tím i nepříjemné přehřívání bytů, zároveň vzroste komfort bydlení a atraktivnost vzhledu domu. Zajímavým řešením je v tomto případě fotovoltaika integrovaná do skla.
Výhodou v tomto případě je příznivější sklon fotovolatiky. Případná odchylka budovy od jižního směru nemusí být závažným nedostatkem, snížení produkce při orientaci JV, JZ se dá čekat asi o 5 % nižší než při orientaci přímo na jih. U budov s orientací více na východ či západ není stínění markýzou už tak efektivní.
 Obrázek 10:Fotovoltaické markýzy (EkoWATT) |
 Obrázek 11: Schema fotovoltaické markýzy. (Náprstek 2009) |
Článek je součástí informační kampaně projektu výzkumu a vývoje Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu VAV-SP-3g5-221-07 podpořeného Ministerstvem pro životní prostředí České republiky.
Recenze
Ing. Kamil Staněk, Fakulta stavební ČVUT v Praze:
Integrace fotovoltaiky,ale i dalších obnovitelných zdrojů, do budov je perspektivní a oproti výstavbě na "zelených loukách" má řadu výhod. Výroba je v blízkosti spotřeby, nevyužité plochy obvodového pláště dostávají nový význam. Panelové domy mají v tomto ohledu skutečně zajímavé postavení, neboť řešení jsou snadno přenositelná, mohou být konstruovány typizované prvky a stavebnice a nabízeny propracované certifikované projekty. Samozřejmostí musí být kvalitní architektonické i technické řešení se zárukou dlouhodobé životnosti, dnes nejméně 25 let.
Článek společnosti EkoWATT je přehledným rozcestníkem základních možností při umísťování FV na panelové domy. Hlavními oblastmi jsou plochá střecha, fasáda, předsazené konstrukce (balkony, lodžie) a stínící prvky. Srozumitelnou formou jsou představeny klady a zápory jednotlivých řešení.
Zpracovávané téma nabízí také široké pole pro pokračování. Bylo by přínosné vyčíslit statické nároky, produkci a náklady popisovaných řešení, např. vztažené na jednotku instalovaného výkonu nebo, což je pro architekty uchopitelnější, na jednotku plochy obvodového pláště.
Zdroje:
[1]Náprstek, K.: (2009) Použití fotovoltaiky v panelových domech. Diplomová práce. ČVUT v Praze, Fakulta stavební
[2] K. Srdečný, J. Antonín, J. Beranovský, J. Škorpil, E. Dvorský: (2009) Fotovoltaické panely na panelových domech.
[3] EkoWATT (2010): Fotovoltaika [Online]
[4] Ing. Kamil Staněk ČVUT (2010): Fotovoltaika [Online]
The article summarizes interesting possibilities to install photovoltaic systems while realizing retrofits of communist block of flats. You can educate yourself in all the portfolio of photovoltaic varieties, in their advantages and disadvantages. You can also find common problems of realization of photovoltaics on residential buildings.