Panele PV na dachu i elewacji

Panele fotowoltaiczne umieszczone na dachu to jedno z najczęściej wybieranych rozwiązań zarówno w budynkach mieszkalnych, jak i komercyjnych. Z danych portalu enerad.pl wynika, że ok. 80% wszystkich instalacji PV (skrót z ang. Photovoltaics) w Polsce, stanowią właśnie systemy dachowe. Wynika to głównie z dwóch powodów - dachy, jako najwyżej położone elementy budynku zapewniają zazwyczaj dobre nasłonecznienie, a sama instalacja nie zajmuje dodatkowej przestrzeni użytkowej. W niektórych jednak sytuacjach, można również wziąć pod uwagę fotowoltaikę zamontowaną na elewacji.

W artykule przyjrzymy się bliżej obu systemom - fotowoltaice dachowej i fasadowej. Omówimy ich możliwości i ograniczenia oraz porównamy w jakich warunkach poszczególne rozwiązania sprawdzą się najlepiej.

Montaż fotowoltaiki na dachu - możliwości i ograniczenia 

Panele PV montuje się na różnych rodzajach dachów, zarówno skośnych, jak i płaskich, stosując odpowiednie systemy mocujące. W przypadku dachów płaskich wykorzystuje się specjalne stelaże umożliwiające ustawienie modułów pod optymalnym kątem. Natomiast w przypadku połaci skośnych, wykorzystywana jest krzywizna dachu.

Dobrze zaprojektowana instalacja pozwala na optymalne wykorzystanie promieniowania słonecznego i tym samym maksymalizację produkcji energii. W naszej szerokości geograficznej najlepszą ekspozycję na słońce będzie miała instalacja na dachu skierowanym na południe o kącie nachylenia 30-40 stopni. Możliwe są także instalacje skierowane na południowy wschód, południowy zachód czy po prostu wschód i zachód, ale z nieco mniejszą wydajnością.

Montaż fotowoltaiki na dachu wiąże się również z pewnymi wyzwaniami. Nie każdy dach ma optymalne nachylenie i odpowiednią orientację względem słońca, co może wpływać na efektywność instalacji. Kolejnym problemem może być zacienienie dachu spowodowane przez drzewa, kominy lub sąsiednie budynki, które znacząco obniża wydajność systemu. Są na to rozwiązania pozwalające zminimalizować straty energii, takie jak mikroinwertery czy optymalizatory mocy, ale wymagają większych nakładów finansowych. W takich sytuacjach należy przekalkulować koszty inwestycji, względem możliwych zysków i ocenić czy inwestycja będzie miała sens. Kolejną kwestią jest nośność dachu – przed montażem należy sprawdzić, czy konstrukcja wytrzyma dodatkowe obciążenie paneli i systemu mocującego, zwłaszcza w przypadku starszych budynków.

Koszty instalacji na dachu zazwyczaj są niższe niż w przypadku montażu na elewacji, jednak mogą wzrosnąć, jeśli konieczne będzie wzmocnienie konstrukcji dachu lub zastosowanie niestandardowych mocowań, dodatkowych optymalizatorów czy mikroinwerterów.

Rodzaje paneli PV stosowanych na dachu

Na rynku istnieje wielu producentów paneli, którzy prześcigają się w stosowanych technologiach, tak by uzyskać jak największą efektywność i trwałość. Obok nich są wytwórcy, którzy koncentrują się także na kwestii estetycznej lub na rozwiązaniach przeznaczonych na nietypowe dachy. Obecnie dominują są trzy główne typy paneli fotowoltaicznych stosowanych na dachach, które dzielimy ze względu na rodzaj ogniw:

• monokrystaliczne - to najbardziej wydajne i jednocześnie najczęściej wybierane panele PV. Wykonane są z monokrystalicznego krzemu, co zapewnia im wysoką sprawność (sięgającą nawet 22%). Charakteryzują się jednolitą, ciemną barwą oraz długą żywotnością. Doskonale sprawdzają się na dachach o ograniczonej powierzchni, gdzie ważne jest uzyskanie jak najwyższej możliwej produkcji energii na m²;
• polikrystaliczne - z powodu mniejszej sprawności i odporności na warunki atmosferyczne są coraz rzadziej stosowane, ale wciąż można je spotkać w starszych instalacjach. Panele polikrystaliczne wyróżniają się niebieskawym odcieniem i nieco niższą sprawnością (około 15-18%) w porównaniu do monokrystalicznych. Ich zaletą jest niższa cena;
• cienkowarstwowe (amorficzne) - charakteryzują się dużą elastycznością i niską wagą. Moduły cienkowarstwowe mogą być montowane na dachach o nietypowych kształtach oraz tam, gdzie standardowe panele byłyby zbyt ciężkie. Ich sprawność jest jednak niższa (około 10-12%), przez co wymagają większej powierzchni do osiągnięcia porównywalnej produkcji energii i dlatego też są najrzadziej stosowane. 

Oprócz opisanych wyżej klasycznych rodzajów paneli PV, na rynku dostępne są także innowacyjne rozwiązania z obszaru BIPV (z ang. Building Integrated Photovoltaics), co oznacza-fotowoltaiką zintegrowaną z budynkiem. Zalicza się do tego typu opcji m.in. dachówki fotowoltaiczne, które łączą funkcję pokrycia dachowego i paneli fotowoltaicznych, a wyglądem przypominają klasyczne dachówki. W porównaniu do zwykłych paneli wyróżniają się estetyką i trwałością, która jest porównywalna do dachówki ceramicznej. Jednak ze względu na dość wysoki koszt takiego pokrycia oraz jego montażu, dachówka solarna nie jest jeszcze powszechnie stosowana w Polsce.

Czym jest fotowoltaika BIPV? 

BIPV (Building Integrated Photovoltaics) to systemy fotowoltaiczne zintegrowane bezpośrednio z elementami konstrukcyjnymi budynku. W przeciwieństwie do tradycyjnych paneli PV montowanych na dachach lub elewacjach jako dodatkowe elementy, BIPV nie tylko produkują energię, ale pełnią jednocześnie funkcję estetyczną i ochronną. Mogą zastępować standardowe materiały budowlane, takie jak szkło, elewacje wentylowane, dachówki czy panele elewacyjne, tworząc spójny i nowoczesny wygląd budynku.

BIPV występują w różnych formach, w tym jako szklane fasady z ogniwami fotowoltaicznymi, dachówki solarne czy półprzezroczyste panele montowane w oknach lub balustradach. Dzięki temu technologia ta znajduje zastosowanie zarówno w nowych budynkach, jak i w modernizacji starszych obiektów. Oprócz generowania energii elektrycznej, BIPV mogą poprawiać izolacyjność termiczną, chronić przed hałasem i redukować przenikanie promieniowania UV do wnętrza budynku.

Montaż fotowoltaiki na elewacji – możliwości i ograniczenia

Panele na elewacji mocuje się pionowo, dlatego nie są w stanie pobierać tyle energii słonecznej co panele na dachu nachylone pod kątem 35 stopni. Maksymalna moc osiągana przez fotowoltaikę na pionowej ścianie wynosi około 71% osiągów tradycyjnej instalacji fotowoltaicznej.

Fotowoltaika fasadowa nie radzi sobie tak dobrze, jak dachowa w trakcie lata, ale zimą jest odwrotnie. O tej porze roku pionowe ułożenie paneli staje się zaletą. Kąt 90 stopni sprawia, że instalacja fasadowa pracuje nieco lepiej niż standardowo zamontowane systemy PV. Zimą słońce przez cały dzień jest nisko, dlatego promienie padają na moduły pionowe pod korzystnym kątem. Dzięki wypłaszczeniu charakterystyki produkcji energii - czyli mniejszym wahaniom w wielkości produkcji pomiędzy miesiącami wiosenno-letnimi, a jesienno-zimowymi - pionowe panele pozwalają zwiększyć autokonsumpcję.

Montaż paneli fotowoltaicznych na elewacji jest dobrym rozwiązaniem, zwłaszcza w budynkach o ograniczonej powierzchni dachu, gdy nie mamy odpowiednich warunków montażowych lub gdy jest on niekorzystnie zorientowany. Instalacja na elewacji może ponadto poprawić estetykę budynku, zwłaszcza w przypadku zastosowania nowoczesnych paneli BIPV, które pełnią funkcję zarówno energetyczną, jak i architektoniczną. Kolejną zaletą instalacji fasadowej jest mniejsze ryzyko zabrudzenia. Pionowa pozycja paneli sprawia, że są one mniej narażone na osadzanie brudu, liści czy śniegu. Nie trzeba jej odśnieżać. Jest też mniej narażona na uszkodzenia podczas gradu czy wiatru.

Należy jednak pamiętać o tym, że montaż modułów na elewacji budynku obwarowany jest pewnymi uwarunkowaniami prawnymi, które nie znajdują zastosowania w instalacji paneli fotowoltaicznych na pokryciu dachowym. Przed montażem paneli fotowoltaicznych na elewacji należy upewnić się, że budynek zapewnia odpowiednią izolację termiczną oraz że jego fasada jest odporna na wahania temperatur. Konstrukcja musi spełniać normy przenikalności cieplnej, określone m.in. w WT 2021, a sama instalacja powinna być zgodna z przepisami przeciwpożarowymi.

Kluczowe jest także, aby ściana, na której zostaną zamontowane panele, była solidna i stabilna, ponieważ w przeciwnym razie może nie utrzymać całej konstrukcji. Optymalnym rozwiązaniem jest elewacja o dużej, wolnej od okien powierzchni, najlepiej skierowana na południe, co pozwala na uzyskanie maksymalnej wydajności systemu. Jeśli opcja ta nie wchodzi w grę, warto wybierać ściany skierowane bardziej na wschód niż na zachód, zapewnia to mniejsze straty. Nie można również zapominać o odpowiedniej wentylacji fasady, co uzyskuje się przez zastosowanie odpowiedniej konstrukcji montażowej uwzględniającej odstępy wentylacyjne.

Rodzaje rozwiązań PV stosowanych na elewacjach budynków 

W zależności od sposobu montażu i integracji z fasadą można wyróżnić dwa główne typy rozwiązań PV stosowanych na elewacjach budynków: tradycyjne panele fotowoltaiczne przystosowane do montażu pionowego oraz moduły fotowoltaiczne zintegrowane z elewacją BIPV.

Tradycyjne panele PV na elewacji to standardowe moduły montowane na specjalnych konstrukcjach wsporczych przymocowanych do ścian budynku. W instalacjach na fasady wykorzystywane są te same rodzaje ogniw co w instalacjach dachowych. Ze względu na najlepszy sprawności do ceny najpopularniejsze są modele monokrystaliczne, kolejne to moduły cienkowarstwowe ze względu na ich niską wagę i niską cenę. Coraz rzadszą alternatywą są modele polikrystaliczne, które czasem są wybierane ze względu na walory estetyczne, ponieważ są dostępne w kilku kolorach.

Bardziej zaawansowaną technologią na fasady są moduły fotowoltaiczne BIPV, które integrują się bezpośrednio z elewacją budynku. W przeciwieństwie do tradycyjnych paneli, moduły BIPV pełnią zarówno funkcję estetyczną, jak i konstrukcyjną. Rozwiązania BIPV zastępują klasyczne materiały elewacyjne, takie jak szkło, płyty kompozytowe czy kamień. Mogą przybierać formę przezroczystych, półprzezroczystych lub kolorowych paneli, co daje architektom i inwestorom dużą swobodę projektowania. Ich koszt jest wyższy niż standardowych paneli, gdyż obecnie wykonywane są głównie na zamówienie. Zaletą jest jednak fakt, że prezentują się znacznie bardziej estetycznie, stanowiąc integralną część architektury budynku. Wśród szklanych modułów BIPV możemy wyróżnić m.in. fotowoltaiczne okna, żaluzje czy szyby (stosowane na fasadach, szklanych balustradach). Innym rozwiązaniem jest fotowoltaiczna fasada wentylowana zbudowana modułów cienkowarstwowych, monokrystalicznych lub bifacjalnych. Specjalna konstrukcja takiej fasady tworzy przestrzeń wentylacyjną między modułami a ścianą budynku. Dzięki temu system umożliwia cyrkulację powietrza, usuwając wilgoć i chłodząc spód elewacji.

Kiedy wybrać montaż na dachu, a kiedy na elewacji? 

Podejmując decyzję o wyborze miejsca montażu paneli fotowoltaicznych warto wziąć pod uwagę czynniki, takie jak orientacja budynku, dostępność przestrzeni, estetyka budynku czy budżet jaki możemy przeznaczyć na inwestycję. Ostatecznie to inwestor musi oszacować jakie rozwiązanie jest najkorzystniejsze względem jego preferencji.

Montaż fotowoltaiki na dachu wciąż cieszy się największą popularnością z powodu następujących zalet:

• dachy, zwłaszcza te skierowane na południe, zapewniają lepszą ekspozycję na słońce, co przekłada się na wyższą produkcję energii.
• z reguły instalacja na dachu jest tańsza niż na elewacji, ponieważ montaż jest prostszy i mniej skomplikowany.
• instalacja na dachu ma mniejszy wpływ na estetykę budynku, panele są mniej widoczne niż te na elewacji.

Montaż PV na dachu – wady:

• czasem montaż instalacji na dachu może okazać się niekorzystny ze względu na niewłaściwą orientację, zbyt małą powierzchnię lub zacienienia;
• w niektórych przypadkach dostęp do dachu jest utrudniony, co zwiększa koszty montażu i serwisowania;
• może zdarzyć się, że przed zamontowaniem paneli konieczne będzie wzmocnienie konstrukcji dachu, aby zapewnić odpowiednie podparcie i wytrzymałość. Zwiększy to koszty instalacji;

Fotowoltaika fasadowa, w niektórych przypadkach, może okazać się korzystną alternatywą do rozwiązań dachowych z uwagi na następujące zalety:

• elewacje oferują dużą powierzchnię do instalacji, zwłaszcza w przypadku budynków o wielu kondygnacjach;
• nowoczesne panele BIPV pełnią funkcję elementu dekoracyjnego, który harmonijnie komponuje się z architekturą budynku;
• fasada BIPV pełni funkcję zarówno źródła energii, jak i elementu budowlanego. Decydując się na fasadę fotowoltaiczną, nie musimy ponosić kosztów budowy tradycyjnej fasady.

Montaż PV na elewacji – wady:

• kąt 90 stopni w pionowych panelach osiąga mniejsze uzyski energii w ciągu roku w porównaniu do paneli ułożonych na dachu pod kątem 30-40 stopni;
• ogniwa BIPV mają mniejszą sprawność niż w tradycyjne panele;
• instalacja paneli na elewacji jest zazwyczaj droższa z powodu bardziej skomplikowanego montażu;
• fasady PV sprawdzają się zwłaszcza na wysokich budynkach, których nie będą przysłaniały inne zabudowania lub drzewa.