Kam směřuje vývoj FVE? Fotovoltaika nové generace

Fotovoltaický systém převádí sluneční záření na elektrickou energii prostřednictvím polovodičových článků, nejčastěji na bázi amorfního křemíku. Po dopadu fotonů na polovodičový materiál vzniká elektrické napětí a následně stejnosměrný proud (DC – Direct Current). Ten je pomocí střídače transformován na střídavý proud (AC – Alternating ) využitelný v běžné elektrické síti.

Základní (běžná) struktura fotovoltaického systému zahrnuje:

• Fotovoltaické panely 

• Nosnou konstrukci 

• DC kabeláž

• Střídač (invertor) 

• Ochranné a jistící prvky

• Případně bateriové úložiště

• Energetický management budovy 

Moderní systémy často pracují v režimu tzv. hybridní energetiky, kdy fotovoltaika spolupracuje s tepelnými čerpadly, bateriovými systémy nebo chytrým řízením spotřeby.

Ostrovní systémy (off-grid)

Ostrovní systémy fungují nezávisle na distribuční síti. Elektrická energie je ukládána do akumulátorů a využívána lokálně. Tyto systémy nacházejí uplatnění zejména v odlehlých lokalitách, technologických objektech apod.

Síťové systémy (on-grid)

Jde o nejběžnější řešení současnosti. Vyrobená energie je primárně spotřebovávána v objektu, přebytky jsou dodávány do distribuční soustavy. Výhodou je ekonomická efektivita a jednoduchost provozu.

Hybridní systémy

Kombinují výhody síťových a ostrovních systémů. Součástí bývá bateriové úložiště, které umožňuje optimalizovat vlastní spotřebu a zvyšovat energetickou soběstačnost objektu.

Z technického hlediska lze fotovoltaiku rozdělit na dvě hlavní konstrukční skupiny:

Nadstřešní fotovoltaika

Běžné řešení využívající montáž panelů nad střešní krytinu pomocí hliníkových konstrukcí. Výhodou je univerzálnost a snadná dodatečná instalace. Nevýhodou však bývá zásah do střešního pláště (řezání do střešních tašek, popraskané střešní tašky, následné zatékání vody do podstřeší, penetrace doplňkové hydroizolační vrstvy, apod.), vyšší zatížení konstrukce a výrazný vizuální dopad (neestetické).

Typickými problémy mohou být: narušení hydroizolační vrstvy („fólie“), vyšší aerodynamické zatížení, komplikované detaily prostupů, estetická nehomogenita.

Integrovaná fotovoltaika (BIPV)

BIPV (Building Integrated Photovoltaics) představuje pokročilejší přístup, kdy fotovoltaické prvky přímo nahrazují část stavební konstrukce - nejčastěji střešní krytinu nebo fasádu.

Výsledkem je čistší architektonický ráz, nižší konstrukční zatížení, eliminace dodatečných montážních prvků  a vyšší technická integrita systému. 

Integrovaná fotovoltaika dnes představuje jeden z nejrychleji rostoucích segmentů moderního stavebnictví.

Orientace a sklon

Obecně lze říci, že optimální orientace fotovoltaických panelů ve střední Evropě je na jih se sklonem přibližně 30°–40°. Moderní systémy však stále častěji využívají i východo-západní konfigurace, které lépe kopírují průběh denní spotřeby objektu (to platí i v slunečných zimních měsících).

Tepelné namáhání a ventilace

Účinnost fotovoltaických článků klesá s rostoucí teplotou. Správné odvětrání je proto zásadním parametrem návrhu. Integrované systémy proto využívají optimalizované ventilační mezery k řízenému proudění vzduchu.

Požární bezpečnost

Požární bezpečnost je jedním z klíčových témat současné fotovoltaiky. Důležité jsou:

• Správné vedení DC kabeláže 

• Segmentace stringů 

• Použití odpojovačů (v některých případech optimizérů)

• Kvalitní konektorové spoje (MC4, např. Stäubli, apod.)

• Certifikované konstrukční systémy 

Statika a zatížení střechy

Nadstřešní systémy mohou výrazně zvyšovat zatížení krovu, zejména v oblastech s vyšším sněhovým zatížením. Integrované systémy tento problém částečně eliminují, protože nahrazují část krytiny místo jejího překrytí.

Architektura moderních budov dnes vyžaduje technologická řešení, která nejsou pouze funkční, ale také esteticky kompatibilní s návrhem objektu. Právě zde získává integrovaná fotovoltaika zásadní význam.

Na rozdíl od běžných panelů není integrovaná fotovoltaika vnímána jako „přidaný prvek“, ale jako přirozená součást obálky budovy. Tento přístup odpovídá současným trendům:

• Energetická soběstačnost 

• Udržitelné budovy 

• Dekarbonizace stavebnictví 

• Architektonická integrace technologií 

Významným evropským hráčem v oblasti integrované fotovoltaiky je společnost wienerberger, která představila systémová řešení Wevolt. 

Filozofie systémů

Řešení Wevolt vychází z myšlenky, že střecha nemá být pouze pasivní ochrannou vrstvou, ale aktivní energetickou plochou budovy. Systémy propojují:

• Funkci střešní krytiny 

• Výrobu elektrické energie

• Architektonickou estetiku 

• Dlouhodobou technickou životnost 

Cílem je minimalizovat zásahy do střešního pláště a současně zachovat čistou linii střechy bez typických nadstřešních konstrukcí. 

Systém Wevolt X-Tile představuje plně integrované řešení, kde fotovoltaické moduly přímo nahrazují část střešní krytiny. Moduly jsou zapuštěny do roviny střechy a vizuálně splývají s okolní taškou.

Bezrámové fotovoltaické panely využívají technologii sklo/sklo (2 × 3,2 mm) a jsou integrovány přímo do střešní krytiny (BIPV). Díky tomu nenarušují vzhled střechy a vytvářejí s ní jednotný celek. Oproti běžným nadstřešním instalacím odpadá dodatečná nosná konstrukce, což může snížit zatížení střechy.

Panely navíc nevystupují nad úroveň krytiny, a jsou tak méně vystaveny účinkům větru, které mohou způsobovat vibrace a hluk v podkroví. Celý systém tvoří jeden konstrukční celek včetně napojení a hydroizolace.

Druhou variantou je systém Wevolt X-Frame, který umožňuje integraci standardních fotovoltaických panelů přímo do střešní roviny pomocí speciálních montážních prvků (polorámy, systémové oplechování, příchytný materiál, apod.).

Systém je velmi univerzální, lze použít u různých typů střešních krytin se sklonem střechy od 12° do 50°. Integrovaná konstrukce umožňuje efektivní odvětrávání a odvod teplého vzduchu z podstřeší, což přispívá k chlazení panelů a pozitivně ovlivňuje jejich výkon.

Řešení je navrženo jako součást celkového střešního systému. Na rozdíl od běžných nadstřešních instalací navíc nedochází k dodatečným průnikům přes již položenou krytinu.

Diskuse odborníků i investorů stále více směřuje k otázce integrace technologií do samotné konstrukce budovy. Fotovoltaika již není pouze energetickým zařízením. Stává se součástí architektonického návrhu.

Právě integrované systémy typu BIPV mají potenciál změnit standard navrhování budov:

• Energeticky aktivní střechy 

• Bezemisní novostavby 

• Decentralizovaná výroba energie 

• Chytré budovy propojené energetickou sítí 

V tomto kontextu představují systémy Wevolt od společnosti wienerberger zajímavý směr vývoje, který propojuje tradiční stavební know-how s moderní energetikou.

Fotovoltaické systémy dnes představují mnohem více než jen zdroj elektrické energie. Stávají se integrální součástí moderních budov, ovlivňují architekturu, technické řešení staveb i dlouhodobou energetickou strategii objektů.

Zatímco běžná nadstřešní fotovoltaika stále ještě dominuje trhu, budoucnost patří integrovaným systémům BIPV. Ty totiž dokážou spojit estetiku, technickou funkčnost i energetickou efektivitu do jednoho harmonického celku.

Systémy Wevolt od společnosti wienerberger ukazují, že fotovoltaika může být nejen technologickým prvkem, ale i plnohodnotnou součástí architektury současných i budoucích staveb.

Mgr. Daniel Frejvald - Produktový manažer Wevolt ve společnosti wienerberger.