Efekt synergii wynikający z połączenia paneli fotowoltaicznych i dachu zielonego – produkcja energii na dachach biosolarnych
Zastosowanie paneli fotowoltaicznych na dachu obsadzonym roślinnością (tzw. dachy biosolarne) podnosi efektywność działania instalacji solarnych. Jest to korzystne ze względu na efekt synergii przy wytwarzaniu prądu – stosunkowo niska temperatura powierzchni zazielenionej (w porównaniu z dachami tradycyjnymi) prowadzi do mniejszego nagrzewania się modułów fotowoltaicznych, co poprawia ich sprawność. Rośliny na zielonym dachu pochłaniają zanieczyszczenia, dzięki czemu panele PV nie są tak bardzo zanieczyszczone jak na tradycyjnym dachu.
Potwierdzają to ostatnie badania dr Peter Irga z University of Technology Sydney, który porównywał wydajność systemów fotowoltaicznych na 2 dachach na biurowcach zlokalizowanych obok siebie w centrum Sydney: instalację PV na tradycyjnym dachu oraz połączenie dachu zielonego z fotowoltaiką.
Wyniki badań potwierdziły liczne zalety dachów biosolarnych:
-w ciągu ośmiu miesięcy instalacja fotowoltaiczna z zielonym dachem wykazała o 3,6% większą większą wydajność niż instalacja bez zielonego dachu,
-20 stopni mniej – tyle miał zielony dach w porównaniu z dachem budynku bez zieleni,
-podczas całego eksperymentu zielony dach pochłonął prawie 9 ton gazów cieplarnianych,
-poprawa bioróżnorodności – na dachu zamieszkały licznie owady oraz zaczęły pojawiać się ptaki,
-zielony dach znacznie zmniejszył odpływ wody deszczowej,
-69 MWh energii elektrycznej wyprodukowano na zielonym dachu w porównaniu z 59,5 MWh na drugim dachu (bez roślin).[1]
Jeśli chodzi o badania prowadzone na terenie Europy, to możemy przywołać badania prowadzone w Niemczech, gdzie stwierdzono, że wydajność energetyczna systemu fotowoltaicznego na ekstensywnym zielonym dachu obsadzonym rozchodnikami w Berlinie wykazała wzrost o około 6% w porównaniu do dachu bitumicznego (KÖHLER, M., WIARTALLA, W. & FEIGE, R. (2007): Interaction between PV-Systems and extensive green roofs. Session 3.3: Energy and Thermal Performance at the Fifth Annual Greening Rooftops for Sustainable Communities Conference, Minneapolis).
Ważne jest również to, że na dachach zielonych nie rozprzestrzenia się ogień. Więc jeśli panele fotowoltaiczne zamontujemy na dachu zielonym, to dzięki roślinom będziemy mieć mniejsze ryzyko pożaru.
Stosując fotowoltaikę na dachach pokrytych zielenią uzyskuje się efekt synergii. Połączenie paneli fotowoltaicznych i dachu zielonego poprawia efektywność samej instalacji solarnej.
Możliwość połączenia dachów zielonych i paneli fotowoltaicznych oraz efektywność takiego rozwiązania była również przedmiotem badań na Uniwersytecie Illinois w Urbanie i Champaign w Stanach Zjednoczonych.
Dokonano tam analizy zwrotu z inwestycji, biorąc pod uwagę trzy opcje: sam zielony dach, same panele fotowoltaiczne zamontowane na standardowym dachu oraz połączenie dachu zielonego z panelami fotowoltaicznymi.
Wyniki tych badań prowadzonych w amerykańskich uwarunkowaniach prawnych i klimatycznych pozwoliły ustalić, że okres zwrotu dla samych paneli fotowoltaicznych wyniósł 13 lat. Natomiast pomimo początkowo większych kosztów związanych z instalacją, inwestycja polegająca na połączeniu dachu zielonego z panelami fotowoltaicznymi zwraca się w tym samym czasie 13 lat. Oczywiście badania te wykonano, biorąc pod uwagę amerykańskie uwarunkowania klimatyczne i realia cenowe, z czasu przed powstaniem raportu (końcowy raport został opracowany w 2017 roku).[2]
Instalacje fotowoltaiczne w „Wytycznych dla dachów zielonych. Wytycznych do projektowania, wykonywania i utrzymywania dachów zielonych“
Na początku 2021 roku ukazało się drugie, zaktualizowane, polskojęzyczne wydanie „Wytycznych dla dachów zielonych. Wytycznych do projektowania, wykonywania i utrzymywania dachów zielonych“ bazujące na „Dachbegrünungsrichtlinien – Richtlinien für die Planung, Bau und Instandhaltungen von Dachbegrünungen” publikacji opracowanej w 2018 r. przez FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e.V. – w skrócie FLL, Stowarzyszenie Badania, Rozwoju i Kształtowania Krajobrazu). Wytyczne wydało w Polsce Stowarzyszenie Wykonawców Dachów Płaskich i Fasad DAFA. Zaktualizowane wytyczne wychodzą naprzeciw wymaganiom związanym z potrzebą adaptacji do zmian klimatycznych, pojawieniu się nowych technologii i rozwiązań np. właśnie w kontekście dachów biosolarnych. Instalacjom PV na dachach zielonych poświęcono cały podrozdział 8.14. „Wytycznych dla dachów zielonych” FLL/DAFA.
Przede wszystkim w „Wytycznych dla dachów zielonych” znajdziemy potwierdzenie tego, że zazielenianie dachów i instalacje fotowoltaiczne mogą być łączone, zwłaszcza na dachach płaskich.
Jest to korzystne ze względu na efekt synergii przy wytwarzaniu prądu – stosunkowo niska temperatura powierzchni zazielenionej (w porównaniu do dachów tradycyjnych) prowadzi do mniejszego nagrzewania modułów fotowoltaicznych, co poprawia sprawność takich modułów.
„Wytyczne dla dachów zielonych” zwracają też uwagę, że przy planowaniu instalacji fotowoltaicznych należy uwzględnić to, że moduły nie mogą być zacieniane przez rośliny. Ograniczenia przy połączeniu instalacji PV i zazielenienia dachów mogą występować np. przez zacienienie zazielenienia przy ułożonych płasko i blisko obok siebie rzędach modułów fotowoltaicznych. W tym zakresie należy zachować wystarczający odstęp dolnej krawędzi modułów od podłoża w zależności od wysokości roślinności. Odstęp minimalny przy zazielenieniu ekstensywnym o niskim wzroście powinien wynosić 20 cm i może być większy, w zależności od tego jakie rośliny zostaną zastosowane.
Jeśli chodzi o technikę montażu instalacji PV, to mogą one być mocowane z lub bez przejścia przez powłokę izolacji wodochronnej. W przypadku, kiedy są montowane bez ingerencji w powłokę dachową, to ciężar warstw dachu zielonego może pełnić rolę balastującą i stabilizującą dla instalacji fotowoltaicznej. Należy przy tym przestrzegać wymogów statycznych w odniesieniu do obciążenia wiatrem, a także obciążenia konstrukcji budynku.
Ramy mogą być stosowane do montażu modułów fotowoltaicznych o nachyleniu 10o, 15o lub 20o. Moduły można montować zarówno w pionie, jak i poziomo.
Instalacje fotowoltaiczne i dach zielony wymagają regularnej konserwacji i pielęgnacji, dlatego należy zastosować ścieżki serwisowe i elementy zabezpieczenia przed upadkiem z wysokości. Należy także zapewnić wystarczający odstęp od krawędzi dachu i odstęp rzędów modułów od siebie. Kable i inne elementy należące do instalacji fotowoltaicznej należy montować tak, aby nie utrudniały one konserwacji i pielęgnacji (np. przycinania roślin) dachu zielonego.
Przez instalacje PV na dachu ze względu na różne naświetlenie i właściwości wilgotności występują zmienne warunki lokalizacyjne. Może to też przyczyniać się do zwiększenia bioróżnorodności na dachach, czyli zwiększenia różnorodności występujących tam gatunków flory i fauny.
Aby zapewnić wystarczające padanie światła, także światła rozproszonego, należy dopasować odstęp rzędów modułów między sobą, głębokość modułów lub transparencję rzędów modułów do roślinności.
Zastosowanie paneli fotowoltaicznych na dachu zielonym prowadzi do zróżnicowania warunków wilgotnościowych, jakie mają rośliny. Instalacje fotowoltaiczne wytwarzają z jednej strony cień opadowy, a z drugiej strony na krawędzi przedniej modułów woda opadowa spływa, co powoduje, że rośliny znajdujące się pod spodem mają bardziej wilgotną lokalizację. Należy to wziąć pod uwagę projektując dach i planując prace pielęgnacyjne.
Efektywna pod względem ekonomicznym inwestycja, walka ze skutkami zmian klimatu, bioróżnorodność, transformacja energetyczna, poprawa efektywności energetycznej budynku – takie cele można osiągnąć stosując połączenie paneli fotowoltaicznych z zielonymi dachami.
Okiem praktyka
Istnieją już sprawdzone rozwiązania pozwalające na zastosowanie ogniw fotowoltaicznych na dachach zielonych. Jest kilka ważnych kwestii, na które warto zwracać uwagę projektując dach, który będzie połączeniem dachu zielonego i paneli PV. Kluczowa jest bliska współpraca pomiędzy inwestorem, architektem, dostawcą technologii dachów zielonych oraz dostawcą ogniw fotowoltaicznych, a także firmą wykonawczą.
Od dostawcy technologii do dachów biosolarnych możemy oczekiwać skonsultowania projektu, zwłaszcza układu rozmieszczenia na dachu zielonym ogniw fotowoltaicznych w takich odstępach, aby zapewnić roślinom odpowiednie warunki. Ważna jest także antykorzenność izolacji wodochronnej oraz obciążenie konstrukcyjne budynków. Optymalnie byłoby w taki sposób zorganizować prace na budowie, żeby instalacja ogniw fotowoltaicznych nastąpiła po ukorzenieniu się roślin na dachu zielonym.
Przykładowe realizacje
Na całym świecie istnieje wiele dachów zielonych dachów solarnych, które łączą dachy zielone z produkcją energii słonecznej. Jako przykłady z Londynu można podać dach Olympic Park Media Center lub Standard Chartered Bank. W Szwajcarii jest np. dach biosolarny na Messe Hall w Bazylei. W Niemczech wiele dachów zielonych połączonych w panelami słonecznymi znajduje się we Fryburgu i innych częściach kraju. Dachy biosolarne występują również w Austrii. We Francji prawo krajowe zachęca do budowy dachów zielonych i solarnych.
Klienci prywatni także coraz bardziej interesują się zastosowaniem rozwiązań polegających na połączeniu dachu zielonego z instalacją fotowoltaiczną.
W Polsce połączenie instalacji fotowoltaicznych z dachami zielonymi możemy znaleźć np. na budynku, który powstał np. w 2020r. przy obwodnicy Krakowa, w sąsiedztwie Bielańsko-Tynieckiego Parku Krajobrazowego. Jest to nowa siedziba austriackiej firmy Schachermayer. Hala magazynowa wraz z budynkiem biurowym posiadają 2600 m2 powierzchni użytkowej.
Projekt dachu biosolarnego konsultował Piotr Wolański z APK Dachy Zielone, który dostarczał także systemowe materiały i był obecny jako doradca podczas realizacji tego zielonego dachu solarnego.
Źródła:
[1] Green Roof & Solar Array – Comparative Research Project Final Report July 2021, https://opus.lib.uts.edu.au/bitstream/10453/150142/2/City%20of%20Sydney%20Final%20Report%20EPI%20R3%20201920005.pdf
[2] Kara Kessling, Abby Cohen, Jadon Jasso: Feasibility of Combining Solar Panels and Green Roofs on the Activities and Recreation Center, 2017. https://icap.sustainability.illinois.edu/files/projectupdate/4207/Solar%20with%20Green%20Roof%20design.pdf
Autor: Piotr Wolański
Od 16 lat zajmuje się dachami zielonymi, konsultuje projekty dachów zielonych i dachów biosolarnych we współpracy z architektami, realizuje inwestycje, dostarcza specjalistyczne materiały, współpracuje ze środowiskiem naukowym przy projektach innowacyjnych dla branży. Ekspert publikujący w mediach branżowych. Współzałożyciel i pierwszy koordynator Grupy Merytorycznej Dachy Zielone w ramach Stowarzyszenia Wykonawców Dachów Płaskich i Fasad DAFA. Jest jednym z inicjatorów wydania w Polsce „Wytycznych dla dachów zielonych” FLL. Aktywnie uczestniczył w pracach Zespołu Redakcyjnego DAFA, opracowującego dwa polskie wydania tych wytycznych. Członek zwyczajny Polskiego Stowarzyszenia „Dachy Zielone”.
Kontakt: piotr.wolanski@dachyzielone.net
Przeczytaj też:
Dachy zielone w procesach adaptacji miast do zmian klimatu – dobre wzory
Dachy zielone: efektywne, wielofunkcyjne narzędzie mitygacji i adaptacji miast do zmian klimatu
