Projekty domów pod fotowoltaikę – jak zaplanować bryłę i dach, by maksymalizować zyski?

Dlaczego bryła budynku ma znaczenie dla fotowoltaiki?

Bryła budynku ma rzeczywiście duże znaczenie dla osiągnięcia największej wydajności instalacji fotowoltaicznej. Bezpośrednio wpływa na ilość promieniowania słonecznego, które dociera do powierzchni dachu. Zasadniczo im prostsza i bardziej zwarta forma domu, tym łatwiej można zapewnić równomierne nasłonecznienie paneli przez większą część dnia. Z kolei rozbudowane bryły z licznymi załamaniami czy też wykuszami mogą powodować powstanie stref cienia, co wpływa na wydajność. Nawet niewielkie zacienienie jednego modułu może znacząco obniżyć produkcję energii. Zatem kształt domu powinien sprzyjać “otwarciu dachu” na słońce, szczególnie od strony południowej. Równie istotne jest ograniczenie zacienienia, które wynika z otoczenia bryły budynku. Kominy czy attyki, a także sąsiednie elementy architektoniczne, drzewa mogą rzucać cień na panele w różnych porach dnia czy roku.   

Optymalna orientacja domu względem stron słońca, czyli jak zaplanować budowę dachu

Optymalna orientacja domu względem stron świata to jeden z najważniejszych czynników, który wpływa na pracę instalacji fotowoltaicznej. W polskich warunkach najlepsze uzyski energii osiąga się wtedy, gdy połacie dachu skierowane są na południe. Taka ekspozycja sprawia, że panele będą najdłużej pracować w ciągu dnia i przyjmować największą ilość światła słonecznego, szczególnie w godzinach okołopołudniowych, a więc wtedy, gdy nasłonecznienie jest najsilniejsze. Oczywiście nie zawsze takie ustawienie jest możliwe. Często występują ograniczenia działki czy plan miejscowy, ale też względy estetyczne. W takim przypadku trzeba niejako iść na kompromis. Można więc zdecydować się na dach skierowany na południowy-wschód bądź południowy-zachód. Wydajność jest w jednym i drugim przypadku niższa, jednak nadal uzyskuje się opłacalność inwestycji. Co więcej, rozłożenie paneli na dwóch połaciach wschód-zachód może zapewnić równomierną produkcję energii w ciągu dnia — od rana do późnego popołudnia.   

Kąt nachylenia dachu a wydajność paneli fotowoltaicznych 

Kąt nachylenia dachu także wpływa na ilość energii, jaką produkują panele fotowoltaiczne. Trzeba wiedzieć, że promienie słoneczne padają na powierzchnię dachu pod różnym kątem. Jest to zależne od pory dnia czy roku. Im bardziej prostopadle docierają do modułów, tym większa jest wydajność paneli. W naszym kraju za najbardziej optymalny uznaje się kąt nachylenia dachu w przedziale 30-40 stopni, gdyż wtedy najlepiej można wykorzystać roczne nasłonecznienie. 

Oczywiście nie oznacza to, że dach o innym kącie będzie znacząco ograniczał efektywność instalacji, choć uzyski energii będą niższe w skali roku. Dachy o mniejszym kącie lepiej zbierają energię latem, gdy słońce jest wysoko. Natomiast dachy bardziej strome korzystniej działają zimą, gdy promienie słoneczne padają pod niższym kątem. W przypadku dachów płaskich można uzyskać także bardzo dobrą efektywność energetyczną, gdyż specjalne konstrukcje montażowe pozwalają ustawić panele pod optymalnym kątem, niezależnie od bryły budynku. Takie rozwiązanie jest bardzo praktyczne i pozwala na dużą swobodę projektową, choć wymaga uwzględnienia odpowiednich odstępów między rzędami modułów. Wtedy można uniknąć wzajemnego zacieniania.  

Czy istnieją gotowe projekty domów z dachem zaprojektowanym pod instalację fotowoltaiczną?

Tak, są gotowe projekty domów, które zostały przygotowane z myślą o fotowoltaice. Trzeba przyznać, że takie rozwiązanie cieszy się coraz większą popularnością. Obecnie podejście do instalacji fotowoltaicznej jest zupełnie inne niż jeszcze kilka lat temu. Coraz częściej system fotowoltaiczny jest integralną częścią projektu domu od samego początku. Gotowe projekty obejmują szersze podejście do energooszczędności i uwzględniają nie tylko samą fotowoltaikę, ale też dobór systemów ogrzewania, właściwej izolacji czy wentylacji mechanicznej. W efekcie powstaje budynek zoptymalizowany pod kątem niskiego zużycia energii i wysokiej autokonsumpcji. Projekty dostosowane są zarówno do dachów dwuspadowych, jak i czterospadowych, ale też płaskich. Można zdecydować się na dom typu nowoczesna stodoła z prostym dachem dwuspadowym, który zapewnia dużą południową połać oraz zero lukarn. Dostępne są też projekty domów parterowych z prostym dachem, w przypadku których montaż paneli jest bardzo łatwy. Można zdecydować się także na gotowy projekt domu nowoczesnego.    

Jak zaprojektować powierzchnię dachu pod instalację fotowoltaiczną, by maksymalizować zyski?

Dach należy zaprojektować tak, aby:

• zapewnić odpowiednią, dużą jednolitą powierzchnię, bez załamań, gdyż to ułatwia rozmieszczenie większej ilości paneli;
• uniknąć zbędnych elementów na dachu, gdyż nawet okna dachowe czy wywietrzniki mogą powodować zacienienie;
• zaplanować strefę PV już na etapie projektu, gdyż to pozwala wyznaczyć konkretną część dachu przeznaczoną pod panele i uwzględnić ich liczbę oraz układ;
• dostosować powierzchnię dachu do zapotrzebowania energetycznego, a więc jeżeli dom będzie zasilany pompą ciepła czy posiadać klimatyzację, należy zapewnić większą powierzchnię pod instalację;
• zadbać o odpowiednie odstępy oraz układ paneli;
• uwzględnić przyszłą rozbudowę instalacji, a więc zostawić rezerwę, czyli miejsce na dodatkowe panele;
• zoptymalizować rozmieszczenie względem stron świata;
• zostawić niewielkie przejścia techniczne, co ułatwi ewentualną naprawę czy konserwację;
• dopasować konstrukcję dachu do obciążeń. Konstrukcja dachu powinna być wytrzymała.  

Czy projekt dachu pod instalację fotowoltaiczną może być uwzględniony w adaptacji projektu domu?

Projekt dachu pod instalację fotowoltaiczną powinien zostać uwzględniony na etapie adaptacji projektu domu. Dzięki temu gotowy projekt jest dopasowany do konkretnej działki, warunków zabudowy, ale też potrzeb inwestora. Ponadto na tym etapie można wprowadzić zmiany, które będą zwiększać efektywność przyszłej instalacji fotowoltaicznej. Może się okazać, że w praktyce będzie trzeba zastosować korektę kąta nachylenia dachu czy zmienić jego orientację względem stron świata. Można także przesunąć bądź ograniczyć elementy takie jak kominy, lukarny bądź okna dachowe, które powodują zacienienie. Na tym etapie planuje się także kwestie techniczne — poprowadzenie instalacji elektrycznej, miejsce na falowniki czy magazyn energii. Dzięki temu w przyszłości można uniknąć koniecznych przeróbek, a przez to dodatkowych kosztów. Zyskuje się więc instalację, która jest jeszcze lepiej zintegrowana z budynkiem.   

Rodzaj dachu, który sprawdzi się najlepiej dla instalacji PV  

Rodzaj dachu ma ogromne znaczenie zarówno dla efektywności, jak i opłacalności całej instalacji fotowoltaicznej. Wpływa zarówno na ilość dostępnej powierzchni pod panele, jak i łatwość montażu. Najlepiej sprawdzają się dachy o prostej konstrukcji, które gwarantują dużą, równą i nieprzerwaną załamaniami przestrzeń. Dachy czterospadowe także mogą się sprawdzić, ale przy mniejszych instalacjach. Często jednak wymagają rozdzielenia paneli na różne kierunki. Największym wyzwaniem są dachy wielospadowe z licznymi załamaniami, gdyż utrudniają one rozmieszczenie modułów i zwiększają ryzyko zacienienia. Ponadto ważna jest wytrzymałość dachu. Instalacja fotowoltaiczna stanowi dodatkowe obciążenie dla konstrukcji. Standardowo wynosi ono od 15 do 25 kg/m2. Trzeba jeszcze uwzględnić obciążenia dynamiczne, takie jak śnieg czy wiatr. Zatem już na etapie projektu należy postawić na więźbę dachową, która ma dużą nośność. 

Jeżeli chodzi o pokrycia dachowe, to najlepiej sprawdzają się materiały, które są trwałe i stabilne, ale też umożliwiają solidny montaż konstrukcji pod panele. Dobrym wyborem będzie blachodachówka czy też blacha na rąbek stojący. Są one stosunkowo lekkie i szczelne, ale też łatwo zamontować na nich instalację PV. Bardziej precyzyjnego montażu wymagają dachówki ceramiczne i betonowe. W takim przypadku stosuje się specjalne haki. Jeżeli dom ma płaski dach pokryty papą czy membraną, to na nim także można zamontować panele, ale pod warunkiem dobrania systemów montażowych, które nie naruszają hydroizolacji. Jeszcze innym rozwiązaniem jest dachówka fotowoltaiczna, która łączy funkcje tradycyjnej dachówki z produkcją energii elektrycznej. Zawiera wbudowane ogniwa fotowoltaiczne, które odpowiadają za produkcję prądu. Miniaturowe moduły PV połączone są w system i podłączone do falownika, który zamienia prąd stały na prąd zmienny.     

Projekt dachu a instalacja fotowoltaiczna – co mówią przepisy prawa budowlanego?

Projekt dachu pod instalację fotowoltaiczną musi być zgodny z zasadami optymalizacji energetycznej, ale też przepisami prawa budowlanego. Kluczowe znaczenie ma to, czy sama instalacja wpływa na konstrukcję dachu. Jeżeli projekt przewiduje duże zmiany, choćby w postaci przebudowy więźby dachowej, to trzeba przygotować odpowiednią dokumentację projektową. Istotne znaczenie mają też przepisy przeciwpożarowe, które zostały zaostrzone. Instalacje fotowoltaiczne o mocy powyżej 6,5 kWp wymagają uzgodnienia z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych oraz zgłoszenia do Państwowej Straży Pożarnej przed ich uruchomieniem. Nie można też zapominać o lokalnych uwarunkowaniach, a więc pod uwagę trzeba wziąć MPZP oraz Warunki Zabudowy.