Střešní a moderní integrované fotovoltaické systémy na budovách

Po razantním legislativním zásahu do trhu s realizací fotovoltaických systémů u nás se nové fotovoltaické systémy budou uplatňovat již jen instalované a zabudované na objektech. Podporované (formou zeleného bonusu nebo pevnou výkupní cenou) zůstávají již jen ty do instalovaného výkonu 30 kWp, a to s podmínkou, že budou umístěné na střešní konstrukci nebo obvodové zdi jedné budovy spojené se zemí pevným základem. Tato budova musí být evidovaná v katastru nemovitostí. Ostatní instalace zprovozněné po 1. březnu 2011 již podporované nebudou a ve své ekonomii provozu se dostávají za hranici návratnosti.

Legislativní podmínky pro realizaci fotovoltaických elektráren (FVE) a Building Integrated Photo Voltaic (BIPV) od roku 2011 jsou zpřísněné. Elektrárny zprovozněné po 1. březnu 2011 budou mít nárok na podporu formou zeleného bonusu nebo výkupní ceny pouze v případě, když jejich výkon nepřesáhne 30 kWp včetně (týká se to umístění na střešní konstrukci nebo na obvodové zdi jedné budovy spojené se zemí pevným základem evidované v katastru nemovitostí nebo i malých ostrovních systémů). Zelený bonus pro instalace do 30 kWp včetně je na rok 2012 stanoven ve výši 5,08 Kč, výkupní cena je stanovena na 6,16 Kč. Sazba odvodu ze základu odvodu činí v případě hrazení formou výkupní ceny 26 % a formou zeleného bonusu 28 %.

Tzv. zelený bonus je příplatek k tržní ceně elektřiny. Může jej získat výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů. Pokud se výrobce elektřiny z obnovitelných zdrojů rozhodne zvolit režim podpory její výroby ve formě zelených bonusů a pokud prodá elektřinu konečnému zákazníkovi (tím může být i výrobce sám) či obchodníkovi za tržní cenu, vzniká mu nárok na zelený bonus od provozovatele regionální distribuční sítě. Zelený bonus je od provozovatele inkasován na základě předložení měsíčního výkazu o výrobě elektřiny z obnovitelných zdrojů.

Ohlašovací povinnosti
Pokud je FVE instalována na stavbu nebo budovu, případně do stavby či budovy, jedná se o změnu dokončené stavby – o stavební úpravy dokončené stavby. Podle § 81 odst. 3 písm. a) stavebního zákona č. 183/2006 Sb. nevyžadují tyto stavební úpravy rozhodnutí o změně stavby ani územní souhlas. Způsob povolení provedení FVS se posuzuje podle konkrétních navržených stavebních úprav. Za podmínek daných stavebním zákonem lze aplikovat § 103 odst. 1 písm. b) bod 2 nebo § 103 odst. 1 písm. h) stavebního zákona – provedení nevyžaduje stavební povolení ani ohlášení stavebnímu úřadu – anebo § 104 odst. 2 písm. a) stavebního zákona – provedení vyžaduje ohlášení.

Kolaudace a užívání stavby FVE
Pokud bude FVE – BIPV provedena podle § 103 stavebního zákona, nevyžaduje jeho užívání oznámení stavebnímu úřadu ani kolaudační souhlas. Pokud byl FVS realizován na základě ohlášení stavebnímu úřadu podle § 104 odst. 2 písm. a) stavebního zákona, popřípadě na základě stavebního povolení nebo veřejnoprávní smlouvy či certifikátu autorizovaného inspektora, vyžaduje jeho užívání oznámení stavebnímu úřadu nebo kolaudační souhlas. Podle § 122 odst. 1 stavebního zákona vyžaduje kolaudační souhlas stavba, jejíž vlastnosti nemohou budoucí uživatelé ovlivnit.

Stavbu nebo výrobní zařízení z obnovitelných zdrojů nelze v žádném případě považovat za „zařízení, které je součástí nebo příslušenstvím energetické soustavy“ ve smyslu ustanovení § 103 odst. 1 písm. b) bodu 4 stavebního zákona.

Stavba nebo zařízení sloužící pro výrobu elektrické energie ze zdrojů slunečního záření jako obnovitelného zdroje je ve smyslu ustanovení § 2 odst. 2 písm. a) bodu 20 energetického zákona č. 458/2000 Sb. v platném znění (zákon č. 314/2009 Sb.) výrobnou elektřiny. Výroba elektřiny je podnikáním podle § 3 odst. 1 energetického zákona.

Podmínky pro fotovoltaiku v ČR
Z uvedeného grafu (obr. 1) je patrné, jaké azimutové odklony lze použít od přímé jižní orientace bez výrazné ztráty produkce. Ty se pohybují v intervalu ±45°, tedy od jihovýchodní orientace až po jihozápadní. Dále zjistíme, jaký je vhodný sklon FV panelů se zachováním dostatečné produkce – ten se pohybuje od 12 do 61°.

Technický potenciál výroby elektrické energie je u instalací BIPV omezen na vhodné plochy, kde lze fotoelektrické systémy instalovat. Omezujícím faktorem může být i na stav elektrické sítě nebo napojení objektu z distribuční soustavy, možnosti připojení FVE a podobně. Pro velice hrubé odhady lze použít hodnotu roční sumy globálního záření (průměr pro celou Českou republiku např. 1 081 kWh/m²).

Výhody BIPV Velkou výhodou je podpora výkupní cenou (pokud jejich výkon nepřesáhne 30 kWp včetně). FVE nezabírají nové plochy ani nové zemědělské lokality. FVE lze snadněji připojit k síti (v budovách je vždy již zřízena stávající přípojka elektrické energie). FVE může sloužit jako vlastní zdroj elektřiny (může představovat vlastní nezávislý zdroj, pokud FVE pracuje v režimu tzv. zelených bonusů, kryje FVE i část spotřeby elektřiny v objektu, sníží své emise CO2). FVE je bezpečnější vzhledem k přístupnosti z hlediska vandalismu (tím má menší nároky na pořizovací investiční cenu). FVE reprezentuje budovu, dává budově vyšší nadhodnotu, novou dimenzi a atraktivní moderní vzhled. Realizací BIPV dojde k vylepšení energetické bilance budovy. Nevýhody BIPV Nehodou může být omezená plocha pro insta­laci (limit fasádou, velikosti a sklony střech apod.). Orientace budovy může ovlivnit produkci solár­ního systému. U některých instalací nutno samostatně řešit speciální kotvení panelů a statiku instalace (střechy, vítr, výška sněhu apod.). Při necitlivě řešených instalacích dochází ke zhoršení vzhledu objektu.

Možnosti aplikace solárních systémů
Solární panely se nejčastěji objevují na šikmých a plochých střechách a fasádách. Novinkou jsou fasády předsazené nebo fasády a střechy transparentní, případně semitransparentní, s klasickými krystalickými panely nebo v tenkovrstvé technologii. Poloprůhledné mohou být i otvorové výplně, používají se tenkovrstvé technologie s různým stupněm průhlednosti od 10 do 20 % a fotosentizitivní polovodičové polymery s vyztuženými uhlíkovými nanovlákny. Prosklené markýzy, vnější stínicí a clonicí systémy mohou být použity k nahrazení dosud používaných architektonických prvků vyráběných pouze ze skleněných nebo podobných materiálů.

Fotovoltaické panely už se nemusí umísťovat jen na střechy s předepsaným sklonem a namířené nejlépe na čistý jih. Fotovoltaické moduly nových generací lze kotvit i na svislé plochy prakticky na všechny světové strany a vytvářet z nich architektonicky zajímavé fasádní a okenní systémy.

Přímá integrace FV technologie do montovaných střech
Fotovoltaické šindele, například systém SunSlate® Q-Tile, představují integrovaný solár­ní střešní systém, který využívá eternitové střešní tašky, solární vrstva je trvale upevněna na střešní tašce. Díky své velikosti jsou šindele vhodné zejména pro členité střechy rodinných domů se sklonem nad 15°. Fotovoltaický systém je možné doplnit o termický systém pro ohřev užitkové vody. Jeden kWp instalovaného výkonu odpovídá přibližně 9 m² střešní plochy a v našich podmínkách vyrobí ročně i více než 950 kWh elektrické energie.
Inovativní kombinací tenkovrstvých fotovoltaických systémů a ověřených fasádních systémů je dosaženo synergického efektu – energii šetřit a zároveň energii získávat. Těmito fasádními systémy lze realizovat nové a nadčasové možnosti objektů s využitím solární architektury.

Pokles účinnosti panelů v provozu
1. Z hlediska použité technologie:
Účinnost produkce u instalovaných panelů je v provozu snížena stárnutím a degradací PV článků. Roční pokles výkonu se pohybuje u renomovaných výrobců od 0,8 do 1,0 %.

2. Z hlediska místních klimatických a povětrnostních podmínek:
Účinnost produkce u instalovaných panelů může být v provozu snížena znečištěním aktivního povrchu, a to běžným prachem z místního ovzduší, znečištěním pylem v jarních měsících, atmosférickým smogem, ptačími výkaly a podobně. Čím je úhel instalace menší, tím může znečistění déle setrvávat (snižuje se vliv přirozeného oplachu deštěm). Pokud je to technicky možné, je doporučená pravidelná údržba povrchů sestav solárních panelů (např. přípravek Puraqleen na bázi neminerální vody nebo přípravek OSOLARMIO) zejména u vodorovných střešních instalací. Produkce u instalovaných panelů je rovněž snížena vyššími povrchovými teplotami aktivní plochy (přehřívání panelů). Naopak vliv větru může pozitivně ovlivnit produkci svým ochlazovacím efektem.

Pozornost je nutné věnovat i okolním překážkám, které mohou během dne svým zastíněním významně snižovat produkci. Po instalaci FVE je doporučeno provést proměření funkčnosti vytipovaných stringů se sledováním jejich skutečných proudových hodnot a jejich porovnáním s katalogovým údajem uvedených v technických podkladech k použitým panelům například přístrojem Photovoltaic panel analyzátor typ I-V – 400 nebo měřicím přístrojem Greentest FTV-100, případně použít termografii nebo metodu elektroluminiscence (ta poskytuje již za provozu FVE rychlé a jednoduché informace o provozní funkčnosti solárního panelu a dokáže zviditelnit jakékoliv plošné výkonové anomálie).

Nové technologie použitelné pro BIPV a pro moderní budovy:

• panely Smart (Schott + Tigo Energy/SolarEdge),
• hybridní panely PV-T (Fototherm, Wiosun, ZenithSolar, Volther® apod.),
• plastické solární články (Ascent Solar WaveSol Micro™, EVALON-Solar, Solyndra, FatraSol apod.),
• poloprůhledné solární články – na bázi oxidu titaničitého, fotosenzitivní polovodičové polymery (Schüco-ProSol TF),širokospektrální solární články – zpracovávají světlo v širokém spektru elektromagnetického záření,
• mikroinvertory (Enecsys apod.),
• CellCube (modulové ostrovní systémy SunCarrier),
• koncentrační bioreaktory (lineární Solarglas s Fresnelovými čočkami – lom),
• koncentrační solární systémy – se soustavou parabolických zrcadel (zkoncentrované tepelné záření je odráženo do vstupní části tepelného pístového Stirlingova motoru, jenž pomo­cí generátoru a frekvenčního měniče vyrobí elektrickou energii a druhotně pak teplo),
• palivové články (Panasonic apod.).

Jako nejvýhodnější pro střešní instalace se v dnešní době jeví panely s technologií CIGS (Q-CELLS pod značkou SL1) s pozitivní výkonovou tolerancí +5 Wp/–0 Wp a účinností modulu až 12 %. Jejich výborný výkon při nízkém a difuzním slunečním záření, výborné výkony při kolmých instalacích i při nízkých sklonech z nich dělají bezkonkurenční produkt ve své kategorii. Tenkovrstvé moduly tímto kombinují velice atraktivní design se souběžnou produkcí elektrické energie a formou své transparentnosti představují příjemné propojení vnitřního a vnějšího prostředí. Tímto moderním systémem lze z pasivních prvků obálky budou vytvořit aktivní komponenty. Vzniká tak synergický efekt, kdy při konstrukčně obdobném vzhledu objektu dostáváme vyšší využitelnost – předvěšená fasáda vyrábí pro potřeby budovy elektrickou energii. Technologickou výhodou tenkovrstvé technologie je její nižší kolísavost výkonu panelů v závislosti na provozní teplotě. Při vysokém zahřátí vykazují tenkovrstvé panely velmi dobré výsledky v produkcích vyrobené elektrické energie.

Obr. 2  Ukázky možných instalací BIPV

Predikce pořizovaných cen FV panelů a technologií FVE
Pokles cen se výrazněji projevil koncem roku 2011 (z důvodu propadu hlavních trhů Německa, Francie, ČR, Slovenska, a tím vzniklého převisu nabídky nad poptávkou). U měničů byl patrný pokles cen v roce 2011 přibližně o 10 až 15 %.

Rizikové faktory v aktuálních světových cenách mohou být v prudkém růstu některých rozvíjejících trhů (např. USA, Itálie, Francie, Bulharska, Belgie, UK, Kanady nebo Indie) a některých nově se otevírajících trhů (Slovinska, Kazachstánu, Ukrajiny či Rumunska). V neposlední řadě může cenu technologií ovlivnit i posílení čínské měny nebo vstup globálních hráčů na trh se solární energií (Samsung, Shell, Bosch, IBM apod.).

Závěr
I přes veškeré změny v legislativě, které se u nás udály koncem roku 2010, má technologie výroby elektrické energie ze slunečního záření své opodstatnění, a to právě v menších instalacích na budovách a integrovaná do moderních konstrukcí budov. Vhodnou realizací BIPV dojde k významnému vylepšení energetické náročnosti budov jak stávajících, tak nově navrhovaných. Instalované FV systémy sníží závislost budov na nakupované elektrické energii (vyráběné v ČR převážně z fosilních paliv), a tím přispějí ke snížení emisí skleníkových plynů. Vzhledem k omezené kapacitě fosilních paliv a energií je předpoklad, že bude tato technologie založená na přímém obnovitelném zdroji energie dále využívaná.

Ing. Petr Belica
Foto: autor

Autor je energetický auditor a působí ve společnosti SVP Components, s. r. o.
Recenzoval: Ing. Miroslav Urban, Ph.D.

Literatura
1.    www.votum.cz

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.