Moderní společnost hledá cesty, jak efektivně využívat obnovitelné zdroje energie, a sluneční záření je bezpochyby jedním z nejvýznamnějších a nevyčerpatelných zdrojů. Právě proto je fotovoltaika na klíč čím dál oblíbenější. Jedná se o velmi ekologické řešení, díky kterému získáte teplo, ohřátou vodu nebo nabijete elektromobil.
Solární vs. fotovoltaické panely: Rozdíly a principy
Je důležité rozlišovat mezi solárními a fotovoltaickými panely, přestože oba typy využívají sluneční záření. Rozdíl spočívá v principu využití:
- Fotovoltaické panely slouží k výrobě elektrické energie, k čemuž využívají fotovoltaický jev.
- Solární neboli také fototermické panely využívají tepelnou energii ze slunečního záření pro ohřev teplé užitkové vody (TUV). Solární kolektory zachytávají sluneční záření a přeměňují je na teplo. K zachytávání slunečního záření dochází v absorpční vrstvě solárního kolektoru, která musí být povrchově upravena tak, aby bylo co nejvíce paprsků pohlcených a jen minimum se odrazilo zpět do okolí. Musí tedy vykazovat co největší absorpční schopnost (pohltivost) slunečního záření a má mít zároveň co nejmenší emisivitu (vyzařování tepla).
Typy fotovoltaických panelů a jejich účinnost
Na trhu existuje celá řada fotovoltaických panelů, které se liší provedením i technickým zpracováním. Důležitá je především výrobní technologie:
- Monokrystalické panely: Tyto panely vynikají při ideálních podmínkách nejvyšší účinností v rozsahu od 14 do 18 % (nejmodernější panely dosahují až 23 %). Díky vysoké účinnosti postačí pro výrobu elektrické energie menší plocha panelů. Monokrystalické panely mají výrazně tmavý odstín od hnědé přes modrou až po černou. Vyšší účinnost je vykoupena vyšší pořizovací cenou.
- Polykrystalické panely: Disponují oproti monokrystalickým panelům o něco menší účinností (přibližně 12 až 17 %). Jejich předností je rovnoměrný výkon i při rozptýleném světelném záření, proto jsou vhodné pro instalace, kde nejsou ideální světelné podmínky z pohledu orientace a sklonu panelů. Polykrystalické panely disponují modrým zbarvením s nepravidelnými obrazci.
- Amorfní panely: Jejich účinnost se pohybuje v rozmezí od 7 do 9 %. Předností je vyšší citlivost na rozptýlené sluneční záření a produkce i při nízké intenzitě záření. Oproti panelům z krystalického křemíku se podstatně pomaleji přehřívají a disponují vyšší efektivitou v letních měsících. Udávaný celoroční výnos může být kvůli vyšší citlivosti až o 10 % vyšší než u monokrystalických a polykrystalických panelů, avšak pro dosažení srovnatelného výkonu je potřeba amorfní panely instalovat přibližně na 2,5× větší ploše.
Fotovoltaická elektrárna nepotřebuje pro svou práci přímý sluneční svit. Dokáže vyrobit energii ze záření i v případě, že je zatažená obloha. Účinnost panelů je v reálném provozu v závislosti na typu v rozsahu 8 - 17 %. V praxi to znamená, že z dopadajícího slunečního záření, které má výkon cca 1000 W/m², vyprodukuje solární článek 80 až 170 W/m². Pokud tedy chceme získat 1kW energie ze slunce, potřebujeme k tomu přibližně 7 m² plochy fotovoltaických panelů.
Počáteční investice a návratnost
Počáteční investice do fotovoltaického systému se vám začne vracet zhruba za 8 až 14 let. V kombinaci s tepelným čerpadlem se vám vložené prostředky vrátí ještě rychleji. Návratnost počáteční investice urychlí ještě řídicí systém, který se stará o hospodárný chod domácnosti. Aktuální spotřebu tak budete mít stoprocentně pod kontrolou.
Čtěte také: Výhody střešního SolarVenti
Systém fotovoltaické elektrárny stojí okolo 420 000 Kč. Ovládání chytrého systému Battery Boxu je velmi jednoduché a intuitivní. Dělá rutinní úkony, které si s ním domluvíte, a chová se jako sluha. Systém dokáže podle predikce počasí navrhnout optimální spotřebu energie nebo se postará o vytápění do zásoby či uložení přebytků do vody nebo baterie.
Průměrný koeficient využití solárních elektráren v ČR je zhruba 12,6 %, což odpovídá průměrné roční výrobě 1100 kWh na kWp instalovaného výkonu. Solární panely, které nejsou umístěny s optimálním sklonem, například kvůli umístění na sedlové střeše s neoptimálním sklonem či orientací, mají koeficient využití nižší. Pro svisle umístěné solární panely může tento koeficient klesnout až na 7,5 %.
Příprava a instalace solárních panelů na střechu
Instalace fotovoltaických panelů vyžaduje pečlivé posouzení stavu střechy, její konstrukce, krytiny i statických vlastností. Před realizací je proto zásadní prohlídka střechy odborníkem a případné provedení statického posudku, zejména u starších či nestandardních staveb. Rozhodnutí o použití solárních kolektorů i panelů na střeše by mělo padnout už v době její projektové přípravy.
Faktory ovlivňující instalaci:
- Orientace střechy: Mezi lidmi koluje mýtus, že solární panely musejí ležet pouze na zkosené střeše a směrem na jih. Ve skutečnosti se instalace provádí i na rovných střechách nebo na zkosených střechách ve směru na západ nebo na východ. Nejlepšího výkonu solární panely dosahují, pokud jsou orientovány na jih. Západní nebo východní orientace může být také vhodná, i když výkon může být o něco nižší. Odchylky do 30 stupňů od jižního směru se projevují jen minimálním snížením účinnosti. Přípustná je i orientace na východ či na západ, což ale vyžaduje odpovídající zvětšení plochy solárních kolektorů.
- Sklon střechy: Optimální sklon je mezi 30-40 stupni. Úhel sklonu střechy, respektive samotných kolektorů, má být v rozmezí 20 - 60° (některé zdroje uvádějí rozpětí až 15 - 70°). Pokud je střecha příliš strmá nebo naopak plochá, je možné použít speciální montážní konstrukce, které upraví úhel panelů pro maximální efektivitu.
- Stínění: Stromy, komíny, sousední budovy nebo jiné překážky mohou snižovat výkon solárních panelů. Částečný stín od komína, vikýře nebo sousední budovy může výrazně snížit výkon panelů. Pokud se zastínění opravdu nelze vyhnout, lze situaci řešit pomocí tzv. half-cut panelů, bypassových diod či výkonových optimizérů.
- Typ střešní krytiny: Typ střešní krytiny má přímý vliv na technické provedení instalace a její bezpečnost. Mezi nejvhodnější krytiny patří betonové a pálené tašky, falcované a trapézové plechy, plechové tašky, vlnité plechy, asfaltové a bitumenové šindele. Naopak montáž panelů na eternitové střechy, křehké keramické krytiny (typicky bobrovky) či střechy ve špatném technickém stavu se důrazně nedoporučuje. Hrozí totiž vysoké riziko mechanického poškození krytiny i následné zatékání.
- Statika střechy: Instalace solárních panelů představuje dodatečné zatížení střešní konstrukce. Standardní hmotnost panelu se pohybuje okolo 20 kg a k tomu je nutné připočítat váhu montážní konstrukce (cca 5 kg/m²) a v případě plochých střech i zatěžovací prvky (např. betonové bloky). Orientačně se celkové zatížení pohybuje kolem 15-25 kg/m². U novostaveb s běžnými střešními konstrukcemi toto zatížení zpravidla nevyžaduje statický posudek. Dle aktuálních norem by ovšem instalační firma měla zajistit statistické posouzení střechy. U starších budov, atypických staveb či střech se zhoršeným technickým stavem je však statické posouzení konstrukce nezbytné.
- Plocha střechy: Pro běžnou domácnost je potřeba přibližně 15-25 m² plochy střechy.
- Památková ochrana: Pokud se dům nachází v památkově chráněné zóně nebo je sám kulturní památkou, bude instalace fotovoltaických panelů složitější. V tomto případě je totiž nezbytné získat souhlas příslušného orgánu památkové péče.
Metody instalace:
Solární zařízení se montují nad rovinu střešní krytiny, a to buď paralelně se střešní rovinou, anebo, pokud úhel střechy neodpovídá požadovaným hodnotám, se zdvihem o určitý úhel.
- Překryvná metoda (nadstřešní): Solární panely jsou upevněny na hliníkových kolejnicích, které jsou připevněny ke střeše pomocí speciálních háků. Mezi panely a střešní krytinou zůstává dostatečný prostor pro cirkulaci vzduchu, což napomáhá samočištění panelů a usnadňuje jejich údržbu.
- Integrovaná metoda (do střechy): Pokud preferujete esteticky čistší řešení, kdy panely co nejvíce splynou se střešní krytinou, můžete zvolit jejich přímou integraci do střechy. Panely v tomto případě nahrazují část střešní krytiny.
Instalace na šikmou střechu:
Prvním krokem je připevnění kovových háků přímo do střešních krokví. Tyto háky slouží jako pevný základ pro celý montážní systém. Na takto upevněné háky se následně připevní kolejnice, které tvoří nosnou konstrukci pro solární panely. Samotné solární panely se pomocí speciálních držáků připevní na kolejnice. Montáž na plechovou střechu se liší především způsobem upevnění kolejnic. Využívají se speciální držáky, které přesně kopírují profil vlnitého plechu.
Čtěte také: Detailní srovnání přenosných a střešních solárních panelů
U klasických střech s vyjímatelnými taškami se při montáži fotovoltaiky tašky vyndají nebo vysunou tak, aby byl přístupný krov. Na ten se našroubují uchycovací háky, pomocí kterých se pak připevní nosná konstrukce samotného panelu. Na přimontované háky se poté připevní samotná nosná konstrukce fotovoltaického panelu. Konstrukce falcovaných plechových krytin je pro montáž FVE panelů ideální. Do plechů se nemusí vůbec vrtat. Na drážkový spoj plechu se nasadí držák, který se šroubem utáhne a k drážce se přichytí. Do držáků se pak přimontují nosné rámy panelů.
Instalace na plochou střechu:
Pro instalaci kolektorů na plochou střechu jsou určeny konstrukce se zdvihem o optimálních 45°. Základem montážního systému na ploché střechy jsou speciální podpěry, které mohou být buď zátěžové, nebo svařované. Na tyto podpěry se následně připevní fotovoltaické panely. Montáž panelů na ploché střechy se provádí dvěma způsoby: buď je možné nosnou konstrukci přimontovat skrz střešní krytinu, nebo panely nekotvit vůbec (v tomto případě se nosná konstrukce musí zatížit, například betonovou dlažbou).
U ploché střechy je třeba použít speciální nosné konstrukce. Na rozdíl od sedlové střechy, která má přirozený sklon kolem 30-35°, je u fotovoltaické elektrárny na ploché střeše nutné vytvořit sklon uměle. Toho dosáhneme pomocí tzv. naklápěcích konstrukcí. Tyto rámy jsou vyrobeny z odolného hliníku a zajišťují pevné ukotvení panelů. Konzole jsou vyrobeny z odolného plastu a snadno se instalují. K zajištění stability se do nich umisťuje zátěž, jako je zemina nebo štěrk.
Cena instalace se odvíjí od velikosti systému (výkon FVE), konstrukce (typ a zatížení), použitých solárních panelů a měničů, a instalačních prací. Obecně je možné říct, že fotovoltaická elektrárna na plochou střechu může být o 10-15 % dražší než běžná instalace na sedlové střeše, avšak návratnost investice zůstává výhodná díky úsporám za elektřinu.
Proces instalace:
- Před samotnou instalací solárních panelů technici pečlivě kontrolují stav střechy, aby se ujistili, že je dostatečně pevná a vhodná pro montáž.
- Technici pečlivě zaměří střechu a označí místa, kde budou nainstalovány nosné konstrukce pro solární panely.
- Na vyznačených místech se přímo do nosných prvků střechy upevní kotevní body, které zajistí pevné ukotvení nosné konstrukce.
- Solární panely se pomocí speciálních úchytek pevně a bezpečně montují na připravenou nosnou konstrukci.
- Po dokončení instalace solárních panelů probíhá důkladné testování elektrických spojů, které má za cíl ověřit správnou funkčnost všech komponentů a odhalit případné ztráty energie.
- Po úspěšném dokončení instalace solárních panelů se místo realizace uklidí a zkontroluje se, zda jsou všechny prvky systému správně nainstalovány.
Celý proces může trvat několik hodin až několik dní, v závislosti na velikosti a složitosti instalace. Montují se pomocí jeřábu. Obalový materiál se z nich odstraňuje postupně, v průběhu jednotlivých kroků montáže tak, aby byly v co největší míře neustále chráněny před případným poškozením. Po důsledném nainstalování a upevnění solárních kolektorů se pospojuje potrubí mezi kolektory. Podle doporučení výrobců se musí kolektory proplachovat nemrznoucí kapalinou, aby se ze systému vyplavily všechny nečistoty. Nemrznoucí směs se musí doplnit podle výrobcem předepsaných požadavků a systém se musí odvzdušnit. Nemrznoucí kapalina má předepsané chemické složení tak, aby v zimních měsících nedocházelo k poškození systému mrazy. Solární kolektory a fotovoltaické panely, tak jako hliníková nosná konstrukce, musí být případně napojeny na bleskosvodný systém (pokud je to potřeba).
Čtěte také: Hydroizolace šikmé střechy - montáž
Díky své odolnosti totiž fungují jako štít proti nepříznivým povětrnostním podmínkám a dalším vlivům, které by mohly poškodit střešní krytinu.
Přehled technického potenciálu fotovoltaiky v ČR
Využívejte sluneční energii pro výrobu elektrické energie, která je přítomna všude kolem Vás každý den a zdarma. Energetická náročnost Česka se řadí podle statistik do nejvyšších v Evropské unii. Jednou z možností aktivního přístupu k úsporám energií je využít „obálku“ stavby na výrobu tepelné, nebo přímo elektrické energie. Vzhledem k tomu, že je plocha střechy nejblíže ke slunci, právě ona se logicky už desítky let úspěšně využívá k instalaci solárních zařízení.
Odhad maximálního množství elektřiny, kterou je technicky možné vyrobit z fotovoltaických panelů na střechách a fasádách budov v ČR:
Odhad množství FVE na střechách a fasádách budov vytvořený EGÚ Brno představuje tzv. technický potenciál, tedy množství, které je možné nainstalovat při zohlednění technických omezení (vyřazení střech, na které není možné solární panely nainstalovat) a ekonomických omezení (vyřazení zastíněných či špatně orientovaných ploch, na kterých by solární panely nikdy nedávaly ekonomicky smysl).
Důležité pojmy:
- Instalovaný výkon: Udává maximální výkon, kterého je daná FVE schopna technicky dosáhnout. Tohoto výkonu elektrárna dosahuje pouze v případě ideálních podmínek - kolmo dopadajících slunečních paprsků a jasné oblohy. Instalovaný výkon solárních elektráren je přímo úměrný pokryté ploše a uvádí se v jednotkách watt (W) a jeho násobcích (kW, MW atd.).
- Výroba elektřiny: Udává, kolik elektřiny fotovoltaické zdroje skutečně vyrobí v určitém časovém rozmezí a uvádí se typicky v násobcích watthodin (kWh, MWh atd.). Typická roční výroba střešních FVE je v řádu jednotek megawatthodin (MWh), velké solární parky mají typicky roční výrobu elektřiny v řádu jednotek gigawatthodin (GWh).
- Koeficient využití solárních panelů: Představuje poměr mezi elektřinou, kterou by solární panel teoreticky vyrobil při nepřetržitém využití instalovaného výkonu, a skutečně vyrobenou elektřinou.
Statistická data pro ČR (podle EGÚ Brno a ČSÚ):
Data použitá pro výpočet technických potenciálů pochází z Českého Statistického Úřadu a z dokumentu Analýza fondu nerezidenčních budov v České republice. Studie EGÚ Brno z nich vyvozuje, že půdorysná plocha střech rezidenčních i nerezidenčních budov je 311,0 km² a z toho 71,5 km² patří střechám sedlovým. Předpokládá se, že ze všech střech je 55 % konstrukčně vhodných a je na nich uvažován podíl využitelné plochy pro samotné panely 33 % u rovných střech a 50 % u sedlových střech. Z výsledné plochy je instalovaný výkon vypočten faktorem 165 Wp/m².
Výpočet potenciálu na fasádách domů vychází ze stejných výše uvedených dat, ale kvůli nedostatku podkladů (informací o ploše fasád v ČR) je pouze hrubým odhadem.
| Typ střechy | Půdorysná plocha (km²) | Konstrukčně vhodná plocha (%) | Využitelná plocha pro panely (%) | Instalovaný výkon (Wp/m²) |
|---|---|---|---|---|
| Rezidenční a nerezidenční celkem | 311,0 | 55 | 165 | |
| Sedlové střechy | 71,5 | 50 | 165 | |
| Rovné střechy | 239,5 (odhad) | 33 | 165 |
Závěr
Solární energie je skvělý způsob, jak snížit účty za elektřinu a přispět k ochraně životního prostředí. Správně navržený systém solárních zařízení dokáže domácnosti ušetřit nemalé finanční prostředky z ohřevu teplé vody, podpory vytápění či výroby elektrické energie. Vzhledem k tomu, že typů solárních zařízení je velké množství, měli byste se už při výběru poradit s odborníky, kteří vám navrhnou zařízení optimální vašim potřebám, se zohledněním lokality i všech podmínek pro instalaci. Už dnes například existují kolektory, které můžete instalovat i na balkon, pokud pro vás není střecha z nějakého důvodu dostupným řešením.
tags: #solární #panely #na #střechy #informace