Fotovoltaické fasády – nový přínos pro stavbu

Téma lehkých obvodových plášťů, respektive prosklených fasád se zdá být již vyčerpané. Zatímco začátkem devadesátých let minulého století stačil k omráčení kolemjdoucích prostý fakt, že budova je „skleněná jako v Americe“, dnešní uživatelé staveb jsou zvyklí na zakřivené a obloukové fasády i sofistikované konstrukční systémy, které dávají proskleným plášťům kýženou lehkost a vzdušnost. Také parametry tepelněizolačních vlastností se neustále zlepšují, a to jak z důvodu požadavků legislativy, tak na přání investorů staveb. Nikoho dnes již nepřekvapí izolační trojskla ani nejrůznější prvky v profilech prosklených fasád, které zajišťují snižování úniků energie. Prosklená fasáda dnes však může také produkovat elektřinu.

Ačkoliv se tedy zdá, že prosklené fasády nás nemohou ničím novým překvapit, lze se na ně podívat zcela novým pohledem. Tedy nikoliv jako na pouhý prvek architektury, který zhoršuje tepelnou techniku budovy – ať už jde o úniky tepla v zimě nebo přehřívání „skleníku“ v létě. Nová řešení prosklených fasád totiž naopak energetickou bilanci objektu zlepšují. V dnešní době lze do lehkých obvodových plášťů zakomponovat prvky produkující elektřinu za pomoci fotovoltaických (FV) panelů. První vlaštovkou v této oblasti byla německá společnost Schüco International KG. Dlouhodobě je známá právě jako špičkový výrobce a průkopník nových řešení v oblasti lehkých obvodových plášťů a nyní přichází s fotovoltaickým fasádním systémem ProSol TF. Přibývají však i další výrobci, kteří nabízejí fotovoltaické komponenty do prosklených fasád. A že mimo Českou republiku nejde o úplně převratnou novinku, dokazují realizace uskutečněné nejen v Německu, ale také třeba na Slovensku (akvapark v Popradu).

Estetická i výhodná
V praxi z českého prostředí, která skloubila zkušenosti jak s prosklenými plášti, tak fotovoltaikou, se však setkáváme se dvěma zásadními překážkami, které vy­užití fotovoltaiky ve fasádách brzdí. První překážka je bohužel v hlavách architektů a investorů. Pod dojmem nedávné negativní mediální kampaně vedené proti fotovoltaice podlehli myšlence, že fotovoltaika je nevzhledný, drahý, neúčelný a společensky nepřínosný zdroj energie. Opak je však pravda, jen je zapotřebí vnímat stavbu v horizontu delším, než je momentální obecný názor na fotovoltaiku.

Dnešní technologie kombinující fotovoltaiku s lehkými obvodovými plášti umožňují velmi efektivní výrobu elektřiny, aniž by FV panely musely ležet na střeše nebo hyzdily vzhled budovy plochami navěšených modrých desek, jak je známe například z polních FV instalací. Architektům tak dovolují vzhled budovy, jako by v prosklené fasádě ani žádná fotovoltaika nebyla, na trhu jsou navíc různé vzory, které FV články ve fasádách vytváří. 

Největším přínosem je ovšem výrazné zlepšení komfortu i ekonomiky užívaní objektu vybaveného FV fasádou. Z hlediska ekonomiky je pohled jasný. Peníze, které investor vydá na pořízení FV fasády oproti klasické prosklené fasádě, se vrátí do deseti let, přičemž předpoklad i záruky na fungování FV fasád bývají 25 let. Při podrobném výpočtu vychází, že FV fasáda za dobu garantované životnosti fotovoltaiky vygeneruje zisk ve výši násobků nákladů nutných k pořízení. Budou-li se v budoucnu zvyšovat ceny energie tak, jak všichni očekáváme, bude finanční efekt ještě významnější. 

FV panely se na fasádách navíc nepřehřívají tolik, jako například zabarvená skla, jelikož část dopadajícího slunečního záření se přemění v elektřinu, a nikoli pouze v teplo. Sníží tudíž náklady nezbytné na klimatizaci i množství překlimatizovaného vzduchu, který jsou obyvatelé kancelářských objektů nuceni snášet. Obyvatele takové budovy navíc může hřát vědomí, že za jejich chladivý komfort netrpí životní prostředí. Každý metr čtvereční FV fasády totiž ušetří přibližně tunu CO₂ ročně ve srovnání s obdobnou výrobou elektřiny v tepelné elektrárně. Hledisko ekologie dnes sice nevnímáme jako nejdůležitější, ale budova s FV fasádou zde bude stát i za deset let, kdy budou požadavky na stavby z hlediska ekologické šetrnosti mnohem přísnější.

Zkušenosti ukazují, že drtivá většina elektřiny, kterou fasáda vyprodukuje, se spotřebuje v rámci objektu, tudíž nedochází k zatěžování distribuční sítě, jak nás o tom často přesvědčují distribuční společnosti (například ČEZ). A tím se v podstatě dostáváme ke druhé překážce, která je v případě fotovoltaiky ve fasádách kladena: výrobci elektrické energie již cítí konkurenci, která jim může v rámci tisíců drobných výrobců, respektive samozásobitelů elektrické energie vyrůst, a proto klade připojování takovýchto fasád různé překážky. Tento stav by se však měl v blízkém budoucnu zlepšit, neboť i legislativa regulující rozvoj fotovoltaiky v České republice doznala změn. V praxi tak nebude investorům nic bránit, aby požadovali na své objekty prosklené fasády s fotovoltaikou.

Spolupráce s architekty
A to už se dostáváme k požadavkům, které budou zakrátko kladeny na architekty. Ze zkušenosti s prosklenými fasádami soudím, že není v silách architektonických kanceláří provést detailní návrh a výpočet prosklené fasády ani v případě, kdy fasáda fotovoltaiku neobsahuje. Při požadavcích na šíři znalostí, jaká je na architekty kladena, ani není divu, navíc prosklené fasády si často detailně řeší až sami subdodavatelé fasád. Pokud však uvažujeme o zakomponování fotovoltaiky do prosklené fasády, množství důležitých detailů, které je potřeba vyřešit pro správné fungování fasády, se nesčítá, ale násobí. Kromě problémů prosklených fasád zde totiž řešíme také zásady elektrotechniky a konfigurace fotovoltaiky, o čemž architekti pochopitelně nemohou mít potřebné znalosti. A jelikož ke správnému fungování FV fasády jsou zapotřebí roky zkušeností s oběma obory, doporučuji se s řešením konkrétní stavby obrátit na zkušené odborníky z praxe. Z uvedených důvodu se tedy nebudu dále věnovat ani tak podrobným technickým vlastnostem, jako spíše druhům technologií, které jsou pro FV fasády dostupné.

Krystalické, nebo amorfní moduly?
Klasický modrý vzhled s typickým mřížkovým (síťovitým) vzorem fotovoltaických modulů je dosažen při použití technologie s monokrystalickým a polykrystalickým křemíkem. Jde o technologii, která je známá z většiny pozemních a střešních instalací. Ve fasádách mohu být osazeny jednak panely jako takové, velmi zajímavě však působí články umístěné přímo ve skle, kde mohou díky různé konfiguraci fungovat zároveň jako zastínění. V dnešní době lze navíc pořídit články zabarvené do různých odstínů stříbrné, zlatavé, červené či zelené barvy, je tím však ovlivněna cena i účinnost článku. Nevýhodou krystalických modulů je nutnost osazení jižním směrem, nejlépe ve sklonu 30 stupňů, protože při svislém sklonu vykazuje technologie mírné ztráty. Z hlediska uvedených vlastností je tedy nejlepší umístění na prosklené střechy, střešní světlíky a další podobné konstrukce.

Zajímavou alternativou ke krystalickým panelům jsou amorfní nebo také tenkovrstvé technologie. Jde o odlišnou konstrukci FV modulu, který není tvořen jednotlivými články, ale tenká vrstva křemíku je nanášena přímo na sklo. Vytváří na skle homogenní povrch hnědočervené nebo černé barvy a jsou podobné například smaltovaným sklům. Do této skupiny patří již zmiňované panely ProSol TF, na nichž je vrstva křemíku 50krát slabší než u krystalických panelů a vytváří různé stupně průhlednosti od 10 do 20 procent, a to i ve dvojskle či trojskle. Vhodné jsou tedy pro použití do výplní neprůhledných až částečně průhledných. Tyto panely jsou určeny primárně do fasád a vyrábějí se ve velké škále tvarů, takže neomezují architekty při volbě rastru. Další velkou výhodou amorfních panelů je zachování účinnosti při použití na svislých plochách a jiných než jižních stěnách – amorfy totiž dokážou lépe vstřebat nepřímé, tzv. difuzní světlo.

Energeticky soběstačné budovy
Samostatnou kapitolou fotovoltaiky prosklených fasád jsou součásti, které dokážou elektřinu získanou z panelů upravit na parametry distribuční sítě, takže elektřina může být spotřebována v běžných spotřebičích v budově, v klimatizačním systému, případně uskladněna v bateriích či předána do distribuční soustavy.

Jak je vidět také z fotografií, fotovoltaika ve fasádách nabízí možnosti estetických řešení s vysokou přidanou hodnotou pro majitele i uživatele staveb. Náročnost kancelářských provozů na energii stoupá, takže i cena elektřiny bude stoupat. Zásobování budov energií tedy bude úkolem, který bude třeba řešit. Společenská poptávka bude investory, projektanty a výrobce tlačit, aby šlo o energii ekologickou. Mají tak v ruce nástroj, kterým lze řešit problémy dneška i let budoucích, a měli by jej použít.

Ing. Jakub Schneider
Foto: archiv autora

Autor je manažer společností EGLIN, a. s., a TOLZA, spol. s r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.