přeskočit na hlavní obsah

Fotovoltaika pro PD Koberovy

/up/images/featured/images/Fotovoltaika_pro_PD.png

Oba koberovské fotovoltaické (FV) systémy spadají do kategorie malých domovních systémů. Instalované FV panely jsou postaveny na technologii krystalického křemíku (c-Si), stejně jako 90 % veškerých instalací v současné době. Každý ze systémů je založen na odlišné filozofii. Tento příspěvek má na koberovském příkladu přiblížit okolnosti instalace obdobných systémů a popsat některé zákonitosti jejich plánování.

FV systém na domě č. 6 je příkladem v současnosti nejběžnějšího způsobu využívání fotovoltaiky. Ze soustavy FV panely —> DC/AC měniče je výkon veden na hranici pozemku, kde je v kapličce přes 4-kvadrantový elektroměr nafázován do distribuční soustavy (DS). Ačkoli je FV systém stavebně pevně spojen s domem, po energetické stránce se jeho provozu přímo neúčastní a veškerá produkce je prodávána za garantovanou výkupní cenu provozovateli DS. Energetický přínos FV systému však virtuálně vyrovnává veškerou energetickou potřebu domu, čímž z něj činí energeticky nulový dům v celoroční bilanci

Pro dům č. 7 bylo použito řešení, kde FV systém slouží zároveň jako záložní zdroj v případě výpadku DS. Součástí systému tak kromě základních komponent uvedených v tab. 1 jsou: 1) soustava deseti 12 V gelových akumulátorů s celkovou kapacitou 1 200 Ah (tzn. uloženo 12 kWh vč. ztrát); 2) ostrovní DC/AC měnič napětí SMA Sunny Island 4248 s min. pohotovostním AC výkonem 3,4 kW; 3) inteligentní řídicí jednotka. Systém pracuje ve dvou režimech: 1) v běžném režimu je produkce dodávána do domu, resp. případné přebytky do DS, a akumulátory jsou udržovány plně nabité; 2) v nouzovém režimu při výpadku DS je systém automaticky přepnut do ostrovního provozu, elektřina je odebírána z akumulátorů a veškerá produkce je využita pro potřeby domu. Klíčové domovní technologie a nouzové osvětlení jsou v provozu.

Fotovoltaický potenciál zájmových střech

Jednou z nejdůležitějších informací pro plánování FV systému je množství dostupného slunečního záření v dané lokalitě H v kWh/m2.rok.

Oblast širšího optima lze najít mezi JV a JZ orientací a sklonem 20° až 50°, kde úbytek celoročního množství dopadajícího záření není větší než 6 %. Pro střechy s méně příznivou orientací nebo sklonem je vždy nutno pečlivě vážit nároky na méně standardní podpůrnou konstrukci, která nebude kopírovat střešní rovinu, vůči dlouhodobému energetickému přínosu, počítanému standardně pro dvacetileté období. Je nutné doplnit, že umístění do optimální polohy je klíčové hlavně v případě prodeje vyráběné elektřiny a snahy maximalizovat zisk.

Rozbor ztrát a dosažitelná produkce elektřiny

Jmenovitý DC výkon FV panelů Pnom se běžně udává jednotkou Wp (Watt peak), čímž je myšlen výkon při standardních testovacích podmínkách (STC): intenzita normálového dopadajícího záření GSTC = 1 000 W/m2 se spektrem AM 1,5 a provozní teplota článků TSTC = 25 °C. Pokud není výrobcem přímo uvedena, lze účinnost panelů při STC dopočíst jako TSTC=Pnom/AP.GSTC, kde AP je plocha FV panelu v m2 (viz tab. 1). Při známém ročním úhrnu dopadajícího slunečního záření v ploše FV panelů H v kWh/m2.rok, viz obr. 2, lze celoroční AC (tzn. na střídavé straně) produkci FV systému v kWh/rok stanovit ze součinu EAC=TSTC.H.AS.PR, kde AS je celková plocha FV panelů instalovaných v systému v m2. Výkonový součinitel PR (-) je kumulativním vyjádřením veškerých ztrát, které jsou spojeny s provozem FV systému v reálných podmínkách.

Na uvedeném základě lze snadno vypočíst očekávanou roční AC produkci obou koberovských systémů.

Nad rámec ztrát uvedených v tab. 3 se může vyskytnout ještě jedna příčina poklesu produkce systému, totiž vliv stínění. Zastíněný článek ve FV panelu se chová jako spotřebič a ostatní články musí tento článek napájet. Tím dochází k lokálnímu zahřívání tohoto místa a hrozí mu zrychlené stárnutíM. Celková produkce pochopitelně klesá. V rámci plánování systému by proto měly být jasně vymezeny zastíněné plochy a stanovena čistá využitelná plocha pro instalaci, prostá stínění.

Realizace FV sytému z pohledu investora

Při instalaci fotovoltaiky na budovu si pozornost nárokuje zejména stavební část celé akce, část elektro je zpravidla nekomplikovaná. Obdobně k věci přistupují úřady a celý proces se řídí Stavebním zákonem. Průběh realizace lze rozdělit do několika základních etap, které střídavě zaměstnávají investora, dodavatele i příslušné úřady. Nezbytnou součástí dlouhodobě bezproblémového provozu systému je monitoring a pravidelná údržba, nejlépe na začátku sezóny (březen).

Z pohledu projektanta a dodavatele

Plánování FV systémů pro budovy je svébytnou činností, na které se nejčastěji podílejí stavební a elektro inženýr. U realizací, kde je důraz kladen na estetiku instalace, má nezastupitelnou roli architekt. V mnoha případech musí být přizván také statik. Elektrické jádro systému tvoří soustava FV panely - DC/AC měnič napětí - kabeláž - přepěťové ochrany a prvky uzemnění (pro zajištění dlouhodobé bezpečnosti systému není rozumné na ochranných prvcích šetřit). Měniče jsou často spolu s rozvaděčem FV systému umístěny v blízkosti FV panelů kvůli zkrácení kabelových tras na DC straně systému. FV panely jsou umístěny na podpůrné konstrukci s následujícími prvky pro instalace na šikmých střechách: nerezové střešní háky (nebo příslušné kotvy dle typu krytiny), hliníkové nosné profily, hliníkové bodové přítlačné tvarovky. Vlastní tíha podpůrné konstrukce vč. FV panelů je minimální, cca 15 kg/m2, ale statické posouzení si vyžaduje vliv sněhu a větru. Větrem vyvolané sání klade nároky na kotvení podpůrné konstrukce, tlakové zatížení sněhem vyvolává průhyby podpůrných profilů i samotných FV panelů. U větších instalací je vhodné podpůrnou konstrukci dilatovat pro omezení vlivu teplotních objemových změn.

V případě šikmých střech je sání od větru největší v pásu střechy u štítové stěny při směru větru vodorovně s hřebenem. Zde musí být počet kotevních prvků podpůrné konstrukce až zdvojnásoben. Případy vytržení poddimenzovaných kotev a poničení FV panelů při silné vichřici nejsou výjimečné.

Použité FV panely musí být odzkoušeny na namáhání v tlaku dle ČSN EN 61215 , standardně pro rovnoměrné zatížení 2,4 kPa. Touto zkouškou se prokazuje, že pokles výkonu zatíženého panelu nepřesáhne 5 % a jedná se vlastně o mezní stav použitelnosti (při překročení mezního poloměru křivosti panelů dochází totiž ke vzniku mikrotrhlin na článcích a porušení vnitřního elektrického obvodu FV panelů ).

Pokud to situace dovolí, je vhodné umožnit sklouzávání sněhu z plochy FV panelů. U komplikovanějších geometrií střech, např. při instalaci FV panelů v blízkosti úžlabí vícelodních budov (navátí sněhu), nebo při kombinovaném tlakovém zatížení sněhem a větrem (nárazovým), je třeba zvýšené opatrnosti a v případě pochybností raději požadovat panely odzkoušené na vyšší zatížení 5,4 kPa dle . Vždy je nutné dodržovat montážní pokyny výrobců FV panelů i podpůrné konstrukce.

Podpůrná konstrukce musí vždy umožňovat proudění vzduchu na zadní straně FV panelů, které odvádí nadbytečné teplo a zmírňuje pokles konverzní účinnosti článků vlivem nárůstu jejich provozní teploty (viz tab. 3). Odvětrání je nutné i při větší míře stavební integrace, jako je tomu např. v Koberovech na domě č. 6. Mezi FV panely, které plní funkci střešní krytiny a vrchní pojistnou hydroizolací je 8 cm hluboká větraná mezera. Pod vrchní pojistnou hydroizolací je další větraná mezera pro odvod vodní páry ze střešního souvrství a na jejím spodním líci je opět položena pojistná hydroizolace na krokvích s vloženou tepelnou izolací. Jedná se tak o tříplášťovou střechu.

U některých střešních krytin, např. u kanadského šindele, je nutné kotvení podpůrné konstrukce přes krytinu, čímž může být ohrožena hydroizolační funkce střešního pláště. Např. v případě systému o výkonu 5 kWp se jedná o desítky průniků. Klíčová je pečlivost při provádění a možnost vizuálně zjistit případné stékání srážkové vody po pojistné hydroizolaci. Před prováděním je také důležitá dohoda o převzetí odpovědnosti a záruk za hydroizolační funkci střešního pláště. V tomto ohledu je však řádově větší problém u plochých střech s nedostatečnou rezervou únosnosti (např. lehké montované haly), kde je třeba použít invazivní techniky kotvení do nosné konstrukce zastřešení místo bezpečnější zátěžové varianty. V náročnějších případech, zejména u starších střech, je vhodné v rámci prvotních úvah provést stavebně-technický průzkum. Dodavatel také může požadovat stavební p řipravenost střechy.

Závěrem

Návrh FV systémů pro budovy zahrnuje elektrotechnologické, stavební i architektonické aspekty a je nutné vycházet z místně specifických podmínek lokality, vyhodnotit rizika zastínění a minimalizovat pokles účinnosti FV panelů vlivem nadměrného nárůstu provozní teploty. Současný fotovoltaický trh nabízí širokou škálu výrobků vhodných pro různorodá řešení. Odměnou za pečlivost ve fázi návrhu a realizace systému je pak dlouhodobě fungující hi-tech obnovitelný zdroj energie, jak je možné vidět na příkladu koberovských instalací.

Tento příspěvek vznikl za podpory Výzkumného záměru 04 „Udržitelná výstavba" (MSM 684077000!) a Výzkumného centra CIDEAS (IM684077000I). Zvláštní poděkování patří Petru Morávkovi za invenční řešení stavebních detailů uložení FV panelů integrovaných do střechy koberovského domu č. 6.

Kamil Staněk, ČVUT, Fakulta stavební

zdroj: Alternativní energie

Líbil se vám článek?

ano: 335     ne: 284

Doporuč


 

Poslat známému


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Ochrana údajů –  Podmínky při poskytování služeb