Aktuality

Způsob provozu nízkoenergetických a pasivních domů

31. 8. 2013

Stínění a vliv teploty

Obecně jsou panely velmi citlivé na částečné zastínění, zvláště pak ty na bázi krystalického křemíku. Pro praktické použití se totiž články v modulech zapojují do sériových řad pro zvýšení provozního napětí. Nicméně je-Ii zastíněn jediný článek, pak se přestává chovat jako generátor a stane se z něj spotřebič (výrazně se zahřívá). Se vzrůstem jeho elektrického odporu se potom snižuje výkon celé řady. Panely se proto vybavují překlenovacími diodami, které rozdělují sériově pospojované články do sekcí, nejčastěji tří. Pokud za slunečného dne zastíníme jen první řadu článků podél kratší strany c-Si panelu, klesá jeho výkon o 80 % až 90 %. Pokud je stínění nevyhnutelné, pakje nutné orientovat c-Si panely vždy. Tenkovrstvé panely jsou na stínění méně citlivé, ovšem pouze v případě, že stín dopadá napříč články. Pak je úbytek výkonu přímo úměrný stíněné ploše.

V opačném případě je účinek stínění opět kritický. Vliv stínění lze také zmenšit pospojováním zasažených panelů do samostatné větve (pole) tak, aby systematicky neovlivňovaly celý systém. Rozsah stínění lze měřit in situ profesionálními přístroji, např. Solmetric SunEye, lze však použít i některý z 3D modelovacích programů, které umějí simulovat Slunce (např. Ecotect, AutoCAD, ArchiCAD, Google SketchUp apod.) a riziko zastínění vyhodnotit vizuálně. Stínění se do určité míry také nelze vyhnout u instalací na plochých střechách. Jednotlivé řady panelů si totiž během zimních měsíců s nízkým sluncem stíní navzájem - jestliže ovšem nenavrhneme neracionální odstupové vzdálenosti. Klíčovou veličinou je zde kromě sklonu panelů. Ten v podmínkách ČR volíme mezi 16° a 20°. Protože jasných dní, kdy je vliv částečného stínění největší, je v zimě málo, nepřesáhne pokles roční produkce 2 až 4 0/0. I zde je však výhodnější ukládat c-Si panely delší stranou rovnoběžně se střechou, aby byl využit potenciál překlenovacích diod. U plochých střech se také často snižuje sklon panelů na 20°, což vede jen k minimálnímu poklesu produkce, ale umožní to "zahustit" instalaci. Navíc se sníží účinky větru a kotvení je méně náročné. Doplňme, že u běžně užívaného zátěžového kotvení se nezbytné přitížení pohybuje v desítkách až stovkách kg na metr běžný řady, tedy přibližně 40 až 70 kg na m2 střešní plochy. Jinou možností je invazivní kotvení, které však vyžaduje dokonalé ošetření desítek až stovek průniků střešním pláštěm. Je-li rezerva v únosnosti střešní konstrukce minimální (lehké průmyslové a skladovací haly), lze stále aplikovat tenkovrstvé a-Si fotovoltaické moduly natavené na fóliové hydroizolační pásy (EVALON Solar, Solar Integrated). Jejich celková hmotnost nepřevyšuje 5 kq/rrr'.U některých druhů článků, jako jsou monokrystalické či polykrystalické, se projevuje vliv teploty článku poklesem napětí naprázdno. Výsledkem je snížený výkon celého modulu, typicky o 0,5 O/O/K u krystalických článků a 0,25 O/O/K u amorfních článků. Zvýšená teplota článku je způsobena teplem z pohlcené sluneční energie článkem. Teplota článku je tím vyšší, čím hůře je článek ochlazován. Za podmínek letního jasného dne v bezvětří se teplota volně umístěného článku může pohybovat okolo 65 "C, Ve stejném případě, avšak u článku integrovaného do střešního pláště budovy, se jeho teplota zvýší až na hodnoty.

Z toho důvodu je nutné fotovoltaickým panelům zajistit dostatečný prostor pro proudění okolního vzduchu pro udržení teploty článků v přijatelných mezích. Nejběžnějším přístupem u stavebně integrovaných FV polí je vřazení přirozeně větrané vzduchové dutiny mezi FV pole a střešní plášť či obvodovou stěnu. Vzniká tak obvyklá dvouplášťová konstrukce, jen se speciální střešní krytinou či fasádním obkladem. K větrání je i další důvod: protože jsou FV panely difuzně nepropustné, zajišťuje větraná dutina odvod vodní páry prostupující z interiéru. Možný je také cílený odvod tepla z fotovoltaických modulů vzduchovým nebo kapalinovým chlazením při nízkých teplotách okolo 20 "C, což umožní zvýšit produkci elektrické energie oproti volně chlazeným modulům na střeše až o 5 %, u modulů integrovaných do střešního pláště se produkce zvýší až 015 %

Způsob provozu

Způsoby, jak provozovat FV zdroj ve spojení s budovou, jsou v zásadě tři: Budova je napojena na veřejnou síť, kam je dodávána veškerá produkce. Budova v tomto případě slouží pouze jako nosič technologického zařízení. Jedná se o převažující způsob instalace FV zdrojů na obytných budovách v ČR. Motivací je zde prodej energie za státem garantované výkupní ceny, ale silným faktorem je také časový nesoulad mezi produkcí a spotřebou, který limituje její využití v budově. Produkce je primárně používána pro vlastní spotřebu, ale budova je obvyklým způsobem napojena na veřejnou síť. Přebytky produkce jsou dodávány do sítě, naopak při nedostatečné produkci je energie ze sítě odebírána. I zde je provozovatel ekonomicky zvýhodněn - za spotřebovanou produkci inkasuje státem garantovaný zelený bonus, pro exportovanou produkci si může najít smluvního odběratele. Ideální je tento způsob provozu u administrativních či výrobních budov, obecně všude tam, kde je významná časová shoda mezi produkcí a spotřebou. Naproti tomu u obytných budov je tato možnost bez zapojení akumulace silně omezená. U bytových domů bez tepelného využití elektrické energie je při instalaci 220 W p na obyvatele možné krýt zhruba 25 % roční spotřeby, aniž by dodávka do sítě překročila 20 % produkce. Při dalším navyšování instalovaného výkonu roste využitelná produkce jen velmi pomalu a nad 450 W p na osobu je již více než 50 % produkce exportováno. Využitelnost produkce lze zvyšovat uživatelským managementem, automatickým řízením provozu spotřebičů a zapojením akumulace, cožje ovšem zatím nákladné a environmentálně méně šetrné. Budova není napojena na veřejnou síť a spotřeba je kryta výhradně z vlastních zdrojů. Tento způsob provozu se označuje jako ostrovní či autonomní a v případě fotovoltaiky již není bez akumulace možný. Praktické informace o prvcích a dimenzování ostrovních systémů lze najít např. na webu.

Příklady aplikací a cíle

Příklady kvalitní architektury využívající fotovoltaických prvků jsou uvedeny ve specializovaných publikacích. Důsledkem snahy o maximální velikost jednotlivé instalace může být nižší kvalita integrace z architektonického (vizuálního) hlediska. Odlišné cíle v energetické koncepci rodinných domů jsou dokumentovány. K dosažení nulové energetické bilance všech energetických spotřeb domu a produkce vy jádřené v hodnotách dodávané a produkované energie bude potřebná plocha fotovoltaického pole výrazně větší, než pokud budeme bilancovat dodávanou a produkovanou energii v hodnotách energie primární. V prvním případě budeme potřebovat i více střídačů. Pro bytové domy nebude zpravidla první přístup prakticky možný s ohledem na dostatek volných osluněných ploch. Budoucí instalace budou jistě více využívat připravených systémových řešení, která se zabývají nejen panely, způsobem elektrického zapojení a způsobem montáže, ale i všemi doplňkovými prvky (oplechování v návaznostech na další konstrukce, hromosvody, prostupy jiných zařízení střechou nebo obvodovou stěnou apod.). I při úvahách o využití FV systému bude výhodný integrovaný přístup k navrhování budovy tak, aby vybrané řešení splňovalo i nejvyšší estetické nároky a efektivně a beze ztráty funkčnosti přispívalo ke kultivovanému výrazu budovy. Klíčem k dalšímu rozvoji je nepochybně možnost okamžitě nevyužitelnou energii ukládat nebo použít jinde prostřednictvím veřejné sítě. Tomu mohou napomoci tzv. chytré sítě smart grids), kterými je mj. možné dálkově řídit připojení jednotlivých zdrojů. Absorpční kapacita fotovoltaické výroby malými systémy v souvislosti s budovami bez jakéhokoli ovlivnění nadřazené veřejné sítě je nepochybně výrazně vyšší, než jak se snaží argumentovat distribuční společnosti. S rozvojem nových metod ukládání energie (nové generace akumulátorů, využití kapacity akumulátorů elektromobilů) se může dále zvýšit.

První díl Nízkoenergetické a pasivní budovy naleznete ZDE
Druhý díl Solární tepelné soustavy naleznete ZDE
Třetí díl Fotovoltaické systémy naleznete ZDE
Čtvrtý díl Prvky systému a praktická využitelnost: Články a panely naleznete ZDE

Zdroj: Nízkoenergetické domy 3, nulové, pasivní a další; Vydavatelství Grada


Autor: Jan Tywoniak a kolektiv