W stronę słońca - dach solarny

Panele fotowoltaiczne (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 na połaciach skośnych wykorzystywana jest krzywizna dachu. Coraz popularniejszym rozwiązaniem stają się dachy solarne 2 w 1, czyli systemy, które pełnią jednocześnie funkcję pokrycia dachowego i elektrowni słonecznej.

Instalacja fotowoltaiczna

Dobrze zaprojektowana instalacja pozwala na optymalne wykorzystanie promieniowania słonecznego. W naszej szerokości geograficznej najlepszą ekspozycję na słońce będzie miała instalacja na dachu skierowanym na południe o kącie nachylenia 30-40°. Możliwe są także instalacje skierowane na południowy wschód, południowy zachód czy na wschód i zachód, ale pracujące z nieco mniejszą wydajnością.
Niestety, nie każdy dach ma optymalne nachylenie i odpowiednią orientację względem Słońca, co może wpływać na efektywność instalacji. Problemem może też być zacienienie dachu spowodowane przez drzewa, kominy lub sąsiednie budynki. Są wprawdzie rozwiązania pozwalające zminimalizować straty energii, ale zwiększają one koszt inwestycji.

Rodzaje paneli

Na rynku mamy wiele produktów, wśród których wyróżnia się trzy główne typy przeznaczone na dachy:

• monokrystaliczne. To najbardziej wydajne i najczęściej wybierane panele. Wykonane są z monokrystalicznego krzemu, co zapewnia im wysoką sprawność (wynoszącą nawet 22%). Wyróżniają się jednolitą, ciemną barwą oraz długą żywotnością. Sprawdzają się na dachach o ograniczonej powierzchni, gdzie ważne jest uzyskanie jak najwyższej produkcji energii na m2;
• polikrystaliczne. Mają niebieskawy odcień oraz mniejszą sprawność (15-18%) i odporność na warunki atmosferyczne w porównaniu do monokrystalicznych;
• cienkowarstwowe (amorficzne). Charakteryzują się dużą elastycznością i niską wagą. Moduły mogą być montowane na dachach o nietypowych kształtach oraz tam, gdzie standardowe panele byłyby zbyt ciężkie. Ich sprawność jest niższa (10-12%), przez co wymagają większej powierzchni do osiągnięcia porównywalnej ilości produkowanej energii.

Dobór mocy instalacji

W nowych domach instalację projektuje się w oparciu o prognozowane zużycie, wynikające z liczby domowników i planowanego wyposażenia. Uproszczona zasada doboru mocy PV określa, że na każde 1000 kWh rocznego zużycia przypada ok. 1,2 kWp mocy paneli (zapas na straty systemowe oraz zmiany zużycia).
Oprócz zapotrzebowania energetycznego, przy doborze mocy należy zwrócić uwagę również na specyfikę budynku, jak wygląda dach oraz sieć energetyczną w okolicy. Przy dużym natężeniu instalacji PV w najbliższym sąsiedztwie warto bowiem sprawdzić, ile mocy z paneli zmieści się jeszcze w okolicy. W przeciwnym razie zbyt wysokie napięcie w sieci będzie powodowało częste wyłączenie się instalacji i w konsekwencji utratę przewidywanych zysków.

Sprawność i moc paneli

Wybierając panele, warto wiedzieć, co oznaczają opisujące je parametry oraz na co mają one wpływ.

• Sprawność. To procent energii słonecznej przekształcanej na energię elektryczną. Im wyższa jest sprawność, tym więcej energii produkuje panel. Standardowe modele mają sprawność w zakresie 18-22%, a niektóre nawet ponad 24%.
• Moc szczytowa paneli. Wyrażana w kilowatopikach (kWp) lub watopikach (Wp). Określa ona maksymalną ilość energii elektrycznej, którą panel jest w stanie wyprodukować. Moc podawana w kartach katalogowych jest zwykle określana według dwóch standardów: STC (Standard Test Conditions) i NOCT (Nominal Operating Cell Temperature). Pierwsza mierzona jest w standardowych warunkach testowych, na które składają się temperatura 25°C oraz nasłonecznienie wynoszące 1000 W/m². Z kolei druga moc w warunkach bardziej zbliżonych do rzeczywistych, czyli przy temperaturze 20°C, wietrze 1 m/s i nasłonecznieniu 800 W/m². Warto przy tym wiedzieć, że w naszych warunkach rzeczywista moc paneli fotowoltaicznych raczej nie odpowiada wartościom określanym w standardach STC czy NOCT. Przez około 70% roku natężenie promieniowania słonecznego w naszej szerokości geograficznej jest bowiem niższe niż 500 W/m².

Integracja fotowoltaiki z innymi technologiami

Projektując fotowoltaikę, warto od początku przemyśleć możliwość integracji z innymi technologiami, które zwiększają efektywność energetyczną domu i elastyczność systemu. Niezbędne jest wówczas odpowiednie dobranie mocy instalacji PV oraz jej komponentów, aby zaspokajała nie tylko bieżące potrzeby, ale także przyszłe zużycie, związane np. z pracą pompy ciepła czy ładowaniem samochodu elektrycznego. Coraz więcej właścicieli fotowoltaiki rozważa też montaż magazynu energii, którego podstawową funkcją jest maksymalizacja autokonsumpcji energii z PV oraz zwiększenie niezależności od sieci. Planując integrację instalacji PV z dodatkowymi technologiami, warto rozważyć także system do zarządzania energią (EMS), który będzie monitorował produkcję, zużycie i stan magazynu energii oraz inteligentnie sterował pracą pompy, ładowarki EV i innych urządzeń.

Panele PV na dachu stromym

Typowym rozwiązaniem jest montaż na dowolnym pokryciu dachowym systemowych uchwytów, do których następnie mocuje się panele fotowoltaiczne. Producenci udostępniają systemy montażowe, dostosowane do cech poszczególnych pokryć. Niektórzy właściciele domów obawiają się jednak, że w trakcie prac pokrycie może zostać uszkodzone. Chociaż zdarza się to rzadko, warto o tym wiedzieć, zwłaszcza że nie każda firma oferuje fachowy montaż paneli fotowoltaicznych.

Panele PV na dachu płaskim

Wielu inwestorów chce zamontować panele fotowoltaiczne na dachu płaskim, który zazwyczaj ma kąt mniejszy niż 5-10°. W takim wypadku konieczne jest wykonanie podkonstrukcji, na której panele zostaną zamocowane bardziej stromo, czyli w pozycji lepszej do pozyskiwania energii.
Dach płaski daje duże możliwości zastosowania fotowoltaiki. Biorąc pod uwagę, że do zainstalowania paneli o mocy 1 kW potrzeba 6,5-7 m² powierzchni, dach płaski na budynkach o wymiarach rzędu 10 x 10 m pozwala dość swobodnie umieścić tam instalację o mocy do 10 kWp.

Duże płaskie panele

Dach może mieć zamontowane duże płaskie panele fotowoltaiczne, wyglądające niemal tak samo, jak w wariancie tradycyjnym. Wykonuje się pod nie typowy podkład, tak samo jak na przykład pod pokrycie z dachówek. Następnie do krokwi mocuje się łaty oraz systemowe profile (szyny) montażowe, do których przytwierdza się panele PV. Z założenia solarnymi panelami zazwyczaj pokrywa się całą połać dachu. Dach solarny tego rodzaju ma płaską, niemal jednolitą powierzchnię, podzieloną tylko na duże prostokąty.

Panele w płaszczyźnie dachu

Są to typowej wielkości panele fotowoltaiczne osadzone w płaszczyźnie pokrycia. Zasada jest tu podobna, jak w przypadku montażu okien dachowych – na styku z dachówką lub innym pokryciem, uszczelnia się połączenie odpowiednim systemowym kołnierzem. Analogicznie można zlicować z dachem kolektory słoneczne (do podgrzewania wody). Części użytkowników taki wariant dachu solarnego może wizualnie najbardziej odpowiadać. Jego wybór jest szczególnie uzasadniony, gdy panele fotowoltaiczne zajmują tylko część połaci. Podobnie, jeżeli dachu o bardziej skomplikowanym kształcie i tak nie sposób całkowicie pokryć dużymi prostokątnymi panelami. Całość wygląda dobrze, jeżeli panele oraz pokrycie mają podobną kolorystykę, co w praktyce oznacza, że to ostatnie musi być czarne, grafitowe lub ciemnoszare.
Panele solarne mogą być zintegrowane z modułowymi panelami dachowymi. Dzięki temu oba produkty do siebie pasują i stanowią kompletny system solarny. Przed montażem na dachu trzeba przygotować ażurowe deskowanie, aby zapewnić odpowiednią wentylację paneli. Ponadto konieczne jest wykonanie specjalnych obróbek blacharskich, takich jak kanał kablowy, gąsiory wentylowane, prowadnice do optymalizatorów, wiatrownice i optymalizatory, stanowiące integralną część systemu. Obróbki te pełnią funkcję uziemienia części elektrycznej dachu solarnego, zabezpieczając poddasze przed ryzykiem przepięć elektrycznych i szkód spowodowanych przez gryzonie. Zastosowanie zintegrowanego sytemu solarnego, który zawiera tylko pasujące do siebie elementy, w tym odpowiednio skonfigurowaną instalację elektryczną, zapewnia właściwą szczelność dachu i bezpieczeństwo podczas montażu i eksploatacji dachu solarnego.

Dachówki solarne

To wariant dachu solarnego, w których panele tworzą jednocześnie pokrycie dachu. Tu zamiast dużych płaskich paneli mamy ich mniejsze wersje. Dodatkowo o tak dobranych wymiarach, aby w płaszczyźnie pokrycia można było je idealnie połączyć z konkretnymi modelami dachówek płaskich, ewentualnie panelami blachy płaskiej. Kształt dachówek solarnych, ich wielkość i wysokość idealnie odpowiada wymiarom elementów pokrycia. Dzięki temu całość wygląda bardzo estetycznie i jednolicie. Taki dach solarny ma jednolitą powierzchnię, na której ogniwa są trudne do odróżnienia od typowego pokrycia. Decydując się na takie rozwiązanie unika się kosztu zakupu dachówki czy blachy na powierzchnię przeznaczoną na fotowoltaikę. Poza tym uzyskuje się gwarancję jednego producenta na kompletny dach solarny. Nie ma więc obawy, że w razie awarii, dekarze będą zrzucać odpowiedzialność na monterów fotowoltaiki i odwrotnie.
Dachówki fotowoltaiczne mogą też mieć tradycyjny, zaokrąglony kształt, a nawet czerwony kolor ceramicznych karpiówek.