Fotovoltaika na střechách rodinných domů
O solárních elektrárnách o velikosti i několika fotbalových hřišť se toho napsalo dost a dost. Ale jak je to s jejich instalací na střechách rodinných domů, které využívají fotovoltaiku hlavně pro vlastní použití?
Fotovoltaická elektrárna na střeše rodinného domu poskytuje určitou míru energetické nezávislosti. Finanční příjem pak může získat prodejem nespotřebované elektrické energie do rozvodné sítě. Dá se říci, že investice do fotovoltaické elektrárny se během několika let vrátí. Fotovoltaickou elektrárnu na rodinném domě nejčastěji tvoří fotovoltaické panely, na našem trhu jsou však také solární střešní tašky a fotovoltaické fólie.
Umístění fotovoltaické elektrárny
Směrová orientace fotovoltaických panelů instalovaných na střechách rodinných domů, by měla být ideálně přímo na jih, se sklonem okolo 30 °. Při orientaci v rozsahu jihovýchod až jihozápad jsou ztráty výkonu v jednotkách procent (přibližně 5–8 % ). Panely lze orientovat i vodorovně při ztrátě 10 %. Orientace plochy pro solární elektrárnu na sever, severovýchod nebo severozápad není vhodná.
V každém fotovoltaickém systému jsou solární panely, měnič napětí pro převod stejnosměrného proudu na střídavý proud (měnič může mít jednofázový výstup 230 V nebo třífázový výstup 400 V), další součástí jsou jističe, elektroměry pro evidenci vyrobené a dodané elektřiny a zařízení zabezpečující ochranu proti úderu blesku nebo přepětí a kabeláž.
Fotovoltaické panely se rozdělují podle technologie výroby článků na monokrystalické, polykrystalické a tenkovrstvé – amorfní. Panely lze rozdělit také podle výkonu. Vyrábějí se panely o nominálních výkonech 10 Wp až 300 Wp. Nejběžnější typ používaný na instalace v našich zeměpisných šířkách je panel polykrystalický s výkonem 160–240 Wp.
Zařízení pro otáčení solárních panelů za sluncem se nazývá tracker a vyrábí je celá řada firem v různých provedeních. Údaje výrobců trackerů počítají se zvýšením výkonu fotovoltaického systému až o 35 %. Je však nutné počítat se spotřebou energie na pohyb natáčení, s náklady na údržbu, opravy a také s možností negativního vlivu povětrnostních podmínek a to během celých 25–30 let provozu. Obecně se dá říci, že se trackery v našich zeměpisných šířkách příliš nevyplatí.
Solární panely
Jsou základem celé fotovoltaické elektrárny (FVE) a jsou tvořeny zapouzdřením sérioparalelně spojených fotovoltaických článků. Fotovoltaický článek lze přirovnat k velkoplošné diodě. Solární panely jsou chráněny tvrzeným sklem, aby nedošlo k poškození větrem, sněhem či kroupami. Důležité je, aby na solární články dopadalo co nejvíce světla, to je zařízeno díky antireflexní vrstvě. Jedná se o robustní technologii vysoce odolnou proti přírodním vlivům. Je několik typu solárních panelu.
Množství získané energie záleží na těchto faktorech:
- technologii výroby FV panelů (účinnosti),
- intenzitě dopadajícího světla (lokalita),
- ploše, na kterou světlo dopadá (přímo-úměrně).
Monokrystalické panely jsou ideální pro šikmé střechy s orientací na jih ± 5–10 ° a dvouosé polohovací jednotky – trackery, mají nejvyšší výkon na m2. Výkon panelu je 170–200 W. Životnost 30 let s garancí 90% výkonu po 10 letech a 80% garancí výkonu po 25 letech.
Polykrystalické panely jsou vhodné jak pro využitý na střešních systémech, tak i na pozemních realizacích. Potřebují o něco větší plochu než monokrystalické panely. Mohou být orientovány nejen na jižní stranu, ale také na JV, V, Z, jelikož dokážou přeměňovat i difuzní záření (nedosáhnou ale výkonu ideálně nastavených mono panelů). Nejvyšší výkon na jeden panel může být až 290 W. Životnost 30 let s garancí 90% výkonu po 12 letech a 80% garancí výkonu po 25 letech.
Polykrystalické fotovoltaické panely jsou v současné době nejvíce používány při realizacích solárních elektráren v České republice a na Slovensku. Jsou velmi účinné při využití difúzního záření (sluneční záření přes zataženou oblohu) a hůře orientovaných instalací. V současné době dosahuje tato technologie nejlepšího poměru cena/výkon
Tenkovrstvé a amorfní panely jsou ideální pro solární elektrárny, které nejsou omezeny plochou pozemku. Nejvyšší výkon na instalovaný watt při dopadu difuzního světla – ideální při špatné orientace střechy a území s častou oblačností. Nejnižší výkon na m2. U těchto systémů je třeba počítat s plochou řádově 2,5× větší než u elektráren vybavených krystalickými panely. Životnost 20 let s garancí 90% výkonu po 10 letech a 80% garancí výkonu po 15 letech.
Trubicové fotovoltaické panely
Systém je vyroben tak, aby optimizoval účinnost fotovoltaické elektrárny na vhodných střechách, zužitkoval maximum slunečního světla a přeměnil ho v elektřinu.
Panely využívají válcové moduly, které zachytí sluneční záření v rozmezí 360 ° svého fotovoltaického povrchu. Tyto panely pracují optimálně v horizontální poloze a umístěny blízko sebe a tím maximálně využívají montážní plochy.
Solární fotovoltaické fólie
Jedná se o hydroizolační a fotovoltaický systém pro ploché střechy, který plní funkci hydroizolační povlakové vrstvy a současně funguje prostřednictvím integrovaných fotovoltaických článků jako výkonný generátor elektrického proudu. Základem systému jsou pásy hydroizolační fólie o tloušťce 2,8–3,5 mm, na jejichž povrchu jsou integrovány tenkovrstvé flexibilní fotovoltaické články na bázi amorfního křemíku. Články jsou sériově propojené do modulů. Jeden modul systému sestává z 22 nebo 11 článků v závislosti na délce role základní fólie která je standardně 6,0 m nebo 3,5 m. šířka rolí je 1,55 a 1,05 m a v závislosti na ní jsou pak na roli osazeny dva nebo tři moduly vedle sebe.
Fotovoltaický systém doplňují vedle pásů s integrovanými fotovoltaickými články kompletační prvky (kabelové průchodky, napojovací a spínací skříňky. Celý systém je lehký, jeho průměrná hmotnost je cca 5 kg/m2 a umožňuje osazení i na velmi subtilních střešních konstrukcích.
Nevýhodou systému je nutnost použit tepelněizolační desky z minerální plsti, nebo jiný materiál vhodný jako podklad pod pásy, který umožňuje vytvoření kanálků pro vedení napojovacích kabelů. Proto je tato technologie vhodná pro novostavby a objekty, kde montáž hydroizolace na ploché střechy a fotovoltaického systému probíhají současně v jedné operaci, nebo ke generálním opravám, rekonstrukcí střech s dodatečným zateplením, což navýší cenu pořízení o podstatnou částku.
Další nevýhodou je nízký výkon modulů vzhledem k instalované ploše a cena pořízení v porovnaní s jinými dostupnými technologiemi. Pro instalaci jmenovitého výkonu 1 kWp pomoci solárních pásů je třeba (při započítání 11 cm přesahu pásů) 21,18 m2 střešní plochy.Výkon při použití solárních panelů je na dané ploše o 200 % vyšší.
Solární střešní tašky
Solární tašky z plastového materiálu obsahující solární články dokážou nahradit solární panely tam, kde nevyhovují nebo by byla instalace panelů příliš náročná. Například fotovoltaické tašky System Photonics mohou nahradit běžnou krytinu nebo s ní mohou být integrovány. Přitom je vždy zachována nebo zlepšena ochranná funkce střechy. Tyto estetické a spolehlivé komponenty jsou určeny speciálně pro střešní aplikace nepřipouštějící kompromis mezi estetikou a funkčností.
Střídač elektrického napětí
Je nazýván také měnič, nebo investor. Jedná se o elektronické zařízení měnící stejnosměrné elektrické napětí vyráběné solárními panely na střídavé napětí o velikosti 230/400 V. Ke střídači je možno připojit komunikační zařízení, aby mohl předávat data o vyrobené energii a jiných provozních ukazatelích prostřednictvím PC nebo GSM. Účinnost střídačů je až 95,3 %. Umístění střídače (střídačů) je vždy velmi důležitým krokem návrhu solární elektrárny. Střídač by mel být umístěn co nejblíže panelům, ale v klimaticky odpovídajícím prostředí (technická místnost, zadní konstrukce panelu, garáž, technologický kontejner apod.). Lze kombinovat více malých typů, nebo použít centrální střídač.
Nosná konstrukce
Pro instalaci fotovoltaických panelů na střešní krytinu je používán osvědčený modulární systém použitelný na všech typech střech. Dále lze solární panely umístit na fasádu a pozemek.
Nosný systém se skládá z konstrukčních prvku, které jsou vyrobeny z hliníku a vysoce kvalitní ušlechtilé oceli. Povrch nerezové oceli je otryskán a pasivován. Záruka na všechny prvky konstrukcí je 5 let. Veškerý spojovací materiál, který je použit, je zásadně z nerez oceli DIN A2, nebo A4. Zatížení konstrukce a solárních panelu se pohybuje okolo 20 kg/m2.
Elektroinstalace
Ve fotovoltaických elektrárnách jsou použity dva typy kabelů. Stejnosměrné kabely jsou použity na rozvod elektrické energie od panelu ke střídači. Klasické, běžně používané střídavé kabely jsou použity na rozvod elektrické energie od střídače do stávajícího elektrorozvaděče. Stejnosměrné kabely jsou umístěny i ve venkovním prostředí a je v nich vedeno elektrické stejnosměrné napětí o hodnotě až 600 V. Proto z důvodu ochrany proti nežádoucímu uzemnění a zkratu jsou záporný a kladný vodic vedeny oddělené samostatnými jednovodičovými kabely s dvojitou izolací. Tyto kabely musí být odolné mechanickému namáhání, UV záření, vlivům počasí a velkým teplotním rozdílům (cca –40 °C až +110 °C).
Watt peak je nominální výkon fotovoltaických panelů. Je to výkon vyrobený solárním panelem při výkonnostním testu. Panel je testován při energetické hustotě záření 1 000 W/m2, 25 °C a světelném spektru odpovídajícím slunečnímu záření po průchodu bezoblačnou atmosférou Země. Watt peak je v podstatě jednotkou špičkového výkonu panelu za ideálního letního dne.
