Building Integrated Photovoltaics (BIPV) - aktuální situace a potenciál
Technologie budoucnosti / Publikováno 2020-08-19
Solární energie se v mnoha zemích světa stává, nebo se již stala, nejlevnějším novým zdrojem energie. Ve veřejné diskusi však dosud dominuje představa solárních panelů na volně stojících elektrárnách, či na střechách rodinných domů. Negativní image fotovoltaiky a následné zákroky státu do solárního byznysu v České republice přispěly k tomu, že se moderní trendy ze světa solární energie naší zemi často vyhýbají, a veřejnost se málokdy dozví o technologickém a ekonomickém pokroku v tomto sektoru, či o inovativních projektech, které se realizují ve světě. Jedním z nejdůležitějších trendů v této oblasti je právě BIPV.
Podle údajů Mezinárodní Energetické Agentury IEA přispívají budovy v evropských městech z 36% k celkovým emisím skleníkových plynů . Pro dosažení cílů z Pařížské dohody bude nutné emise do roku 2050 snížit o 80%. Největší výzva v tomto ohledu čeká sektor stavebnictví, kde bude třeba emise redukovat dokonce o 90%. Jedním z nejefektivnějších způsobů jak emise snížit představuje decentralizace energie, tzn. výroba elektřiny přímo na místě spotřeby. Výhodou fotovoltaiky v tomto ohledu je její modularita. Fotovoltaické panely je dnes možné integrovat do budov nejen formou fixní instalace běžných panelů na střechu či fasádu, ale použitím speciálních FV panelů, které tvoří samotnou fasádu. Instalace decentrálních výroben energie přímo na budovách je zároveň nákladově efektivním způsobem jak zvýšit energetickou efektivitu budov díky dlouhému provozu a relativně nízkým nákladům na údržbu. V Evropě dnes stojíme na začátku energetické revoluce ve městech. Z celkové spotřeby energie v evropských městech z obnovitelných zdrojů energie (OZE) dnes pochází pouhých 24%.
Zatímco jsme v minulosti v souvislosti s instalací FV panelů hleděli pouze na střechy budov, je dnes díky BIPV možné nahlížet na celkovou budovu včetně fasády jako na možný zdroj výroby elektřiny. Instalaci FV panelů na střechách často brání například požadavky památkářů, fyzické bariéry (antény, atd.), a do budoucna lze počítat s tím, že s nárůstem popularity tzv. “zelených střech” se u mnoha projektů automaticky sníží možná volná plocha pro instalaci solárních panelů. Různorodost BIPV dnes umožňuje jejich nasazení jako část střechy, fasády, oken, stínicí technologie, protihlukových bariér, a dalších komponent budov. Základní výhoda BIPV je v kombinaci aktivního prvku (výroba elektřiny) s pasivním prvkem (tepelná nebo zvuková izolace). Výroba elektřiny přímo ve fasádě je pak východiskem pro aplikaci různé smart technologie, jako je automatické zastínění, ventilace atd.
Úspěšných best practice příkladů pro integraci BIPV při výstavbě nových, či renovaci stávajících budov, je čím dám tím víc.
Obrázek č. 1: Ukázky softwaru pro modelování výroby BIPV. Zdroj: www.pvsites.eu
Na většinu projektů se musíme podívat za státní hranice, na domácím trhu BIPV technologii nabízí například společnost Ekotechnik s.r.o. Ta ve svém portfoliu má třeba BIPV moduly Onyx Solar, u kterých se jedná o systémy fotovoltaického skla, které lze integrovat do plášťů budov a střech. Komponenty Onyx Solar pro své projekty ve světě použily například společnosti jako Samsung nebo Coca-Cola.
Co se týče nákladů jsou sice vstupní investice pro BIPV vyšší než u konvenčních stavebních materiálů, avšak úspory z výroby energie dokážou tyto náklady dlouhodobě vyrovnat. Při použití BIPV jako součásti fasády jsou náklady z důvodu vyšších estetických požadavků vyšší než u střešních solárních instalací. Pomocí různých softwarových řešení lze dnes velice jednoduše modelovat a předpovídat přesnou výrobu energie již při prvotním plánovaní, a to pro každou lokalitu na světě. Modely výroby elektřiny a s nimi spojených úspor je nutné brát v úvahu při celkové kalkulaci amortizace investice.
Náklady BIPV oproti jiným materiálům
Zdroj: “Solar Skins, An opportunity for greener cities”, Solar Power Europe
FV panely pro BIPV mají oproti klasickým FV panelům výhodu modularity. Zatímco typické solární panely, které známe ze střešních instalací například na rodinných domech nebo na volně stojících solárních parcích, mají fixní, standardní rozměry, integrované BIPV moduly dnes lze vyrobit takřka v jakémkoli formátu, tvaru, či barvě.
Potenciál pro BIPV v České republice
Integrace technologie BIPV do fasád budov může pomoci využít obrovský potenciál pro výrobu energie, ale i dosažení stanovených cílů v oblasti energetické efektivity budov. Studie společnosti EGÚ Brno pro Solární Asociaci z roku 2018 se mimo jiné zabývá technickým potenciálem pro solární fasády v České republice . Z důvodu obtížnosti spočítat skutečný technický potenciál budov v ČR jsou tato čísla pouze hrubý orientační odhad pro rezidenční i nerezidenční domy. Autoři při tom vycházeli z dat, která použili pro výpočet potenciálu střech v ČR. V rámci výpočtu byly zohledněny rovněž odhadnuté podíly, které u fasád mohou zahrnovat dveře a okna. Pro analýzu bylo odhadnuto, že průměrný počet fasád vhodných pro instalaci fotovoltaických elektráren s ohledem na řadovost domů, či s ohledem na světové strany, činí 1,3 u řadových domů, a 2 u domů samostatně stojících (pro teoreticky uvažovaný dům čtvercového půdorysu). Vynásobením těchto údajů autoři získali celkovou plochu teoreticky použitelnou pro instalaci FV panelů. Existuje předpoklad, že pouze 40 % těchto ploch je nezastíněných a prakticky použitelných alespoň v dlouhodobém horizontu pro instalaci FV prvků.
Při použítí FV panelů s průměrným výkonem 270 Wp byl technický potenciál fasád českých budov stanoven na přibližně 8,8 Gigawatt.
| Plocha fasád rezidenčních domů (km2) | Množství panelů (tisíce) | Celkový instalovaný výkon FVE (GWp) |
| 53,3 | 32 540 |
8,8 |
Zdroj: "Oponentní posudek k vybraným tématům z návrhu Národního Klimaticko-Energetického Plánu (NKEP) pro oblast FVW", EGÚ Brno, 2018
Pro výpočet potenciálu pro technologii BIPV je nutné zohlednit skutečnost, že výkon výroby elektřiny na m2 je u panelů BIPV nižší, než u klasických panelů. Obrovská škála nabídky produktů BIPV rovněž neumožňuje přesný odhad potenciálu. Výše zmíněné panely Onyx Solar například existují v několika variantách podle propustnosti světla a barvy. Pro hrubý výpočet lze například zvolit typ solární fasády amorfního PV skla s propustností 80%. Tento konkrétní prvek má výrobu zhruba 25% hodnoty 270 Wp, kterou pro svou kalkulaci použili autoři EGÚ Brno. Při použití této průměrné hodnoty nám vychází technický potenciál na fasádách budov ve výši zhruba 2 GW. Celkový instalovaný výkon stávajících solárních elektráren v ČR je přitom pro srovnání 2,1 GW a odpovídá také zhruba výkonu JET Temelín. Pokud bychom pro fasády zvolili tmavší materiál, je potenciál samozřejmě ještě vyšší.
Smyslem studie bylo poukázat na nevyužitý potenciál pro fotovoltaiku v České republice. Nelze samozřejmě očekávat, že do několika let budou všechny fasády budov osazené solárními panely, nebo panely BIPV. Cílem studie bylo rozpoutat diskuzi mezi odbornou veřejností. Jedním z mnoha následků solárního “boomu” a následné negativní kampaně proti solárnímu “businessu” v České republice je špatný “image” samotné technologie, a nezájem o její vývoj. Zatímco v zahraničí se architekti a projektanti integrací BIPV začali zabývat již před několika lety, a následně vidíme rostoucí počet realizovaných projektů, diskuse v Česku na toto téma nebyla, a proto hrozí, že nám začíná ujíždět vlak.
Příklady z ČR i ze světa
Nejznámější projekt z oblasti BIPV v České republice je patrně brněnská věž AZ Tower, která využívá elektřinu z fotovoltaických panelů instalovaných na výtahové věži, která má celkovou plochu sedm set metrů čtverečních. Budova byla postavena v letech 2011-2013. Za podobnými příklady BIPV je nutné se vydat za státní hranice. Za zmínku stojí například následující projekty:
Twin City Tower, Bratislava: Při výstavbě mrakodrapu Twin City Tower byly použity amorfní panely Onyx Solar v různých rozměrech o velikosti až 4 m2. Celkem bylo do fasády integrováno 192 kusů panelů jako součást fasády. Panely oddělují jednotlivá okna, panely plní ve fasádě i designovou funkci. Návratnost projektu je podle Onyx Solar do osmi let při IRR 13%.(Foto, zdroj: Onyx Solar)
Treurenberg Building, Belgie: Tato budova byla první kancelářskou budovou v kategorii Net-Zero Energy Building (NZEB) v hlavním městě Belgie. Jedná se o novostavbu s devíti patry a 9.800 m2 kancelářských ploch až pro 750 osob. Budova je vybavena jak FV panely na střeše, tak technologií BIPV o celkovém výkonu 122 kWp na celkové ploše 667 m2. Solární panely vyrábějí dostatek elektřiny pro budovu a její nájemníky. (Foto, zdroj: Assar Architects)
Kollektivhuset Stacken, Švédsko: Budova ve švédském Göteborgu s 35 byty byla postavena v 70. letech minulého století. V letech 2016-2017 došlo k rekonstrukci fasády včetně instalace solárních panelů na střeše, a panelů BIPV na fasádě. Stávající betonová fasáda byla externě izolována pomocí tenkovrstvých amorfních solárních panelů. Budova dnes slouží jako příklad pro úspěšný BIPV “retrofitting” na stávajících objektech. (Foto, zdroj: www.stacken.org)
Solsmaragden, Norsko: Budova, která se v překladu jmenuje “sluneční smaragd”, se nachází ve městě Drammen. Sedmipatrová kancelářská budova poskytuje místo pro 450 lidí a je vybavena BIPV systémem na východní, jižní a západní fasádě, o celkovém výkonu 115 kW. Návratnost technologie se pohybuje okolo 11 let. (Foto, zdroj: www.tu.no)
Copenhagen International School, Dánsko: Tato škola se nachází v přístavu hlavního města Dánska. Fasádu budovy tvoří 6000 m2 zelených FV panelů, které byly architektem navržené v odlišných pozicích. Úhel, ve kterém světlo na panely dopadá, je u každého panelu odlišný, a každý modul září v jiném odstínu zelené, což budově dodává zajímavý vzhled. Budova odpovídá standardům energetické náročnosti budov (ENB) 2020. Tepelná izolace, kterou fasáda z panelů poskytuje, je vysoce efektivní. Celkový výkon BIPV v budově je 700 kWp. (Foto zdroj: C.F. Møller Architects, photo by Adam Mørk)
Závěr
Stále přísnější pravidla pro energetickou efektivitu a stále ambicióznější cíle v oblasti energetického hospodářství (jako NZEB či PEB) vytvářejí neustálý tlak na stavební sektor najít řešení, které na jedné straně splňuje energetické cíle, ale které zároveň dává ekonomický smysl. Řešení BIPV ve fasádách poskytuje běžné pasivní funkce, má ale kromě toho velkou výhodu v aktivní výrobě elektřiny, která může pomoci zkrátit návratnost projektu. V České republice jsou BIPV projekty a firmy poskytující tyto služby a produkty ještě výjimkou. Většina českých solárních firem po opakovaných zákrocích českého státu do jejich podnikání své aktivity přesunula do zahraničí. Solární firmy, které v ČR zůstaly, poskytují běžné služby, a to především instalací FV systému na střechy.
Rostoucí popularita BIPV v zahraničí bezesporu povede k zvýšenému zájmu a poptávce po tomto řešení i u nás, jak ze strany investorů, tak ze strany architektů. Vzhledem k celkovému potenciálu pro BIPV v České republice je třeba nevnímat solární energii pouze jako vhodnou pro střechy budov formou klasických panelů, ale vnímat ji jako technologii s takřka neomezenými variantami barev a tvarů, které mohou plnit víc než pouze funkci výroby čisté elektrické energie. Dalším faktorem pro nástup BIPV bude patrně nárůst elektromobility, kdy majitelé budov či firem budou chtít svým zákazníkům či zaměstnancům poskytovat možnost nabít své automobily, alespoň zčásti, lokálně vyrobenou elektřinou. BIPV také umožňuje kombinovat požadavky na decentrální zdroj energie a současně zelenou střechu, která pomáhá ve městě snižovat dopady klimatických změn.
Autor: Jan Krčmář
Solární asociace - předseda představenstva
Tento článek je součástí obsahu Ročenky ČKLOP 2019. Náhledy Ročenek zde.
Fotogalerie:
