Takto vznikajú čiastočné alebo úplné fotovoltické fasády. Za vloženie fotovoltických modulov do obalu budovy hovoria najmä tieto prednosti nie je potrebná žiadna prídavná plocha na umiestnenie modulov, nie je potrebná prídavná konštrukcia na upevnenie modulov a dajú sa ušetriť ­financie na nákup obkladových dielcov či povrchových materiálov fasády. Výhodnosť fotovoltickej fasády je hlavne v jej viacúčelovosti. Pôvodné funkcie fasády (predovšetkým ochrana pred vplyvom ­počasia a hlukom, ako aj zateplenie) sú takto doplnené výrobou elektrickej energie. Tieto rozličné faktory sa tak navzájom dopĺňajú, že konečné pôsobenie je väčšie ako súhrn jednotlivých komponentov. Fotovoltická fasáda sa preto nazýva aj synergická fasáda.

Technické riešenia fotovoltických modulov

Základné rozmery fotovoltických modulov sú voliteľné medzi ­hraničnými veľkosťami od 500 x 500 mm do 1 600 x 2 200 mm. V poslednom období sú k dispozícii už aj veľkoplošné bezrámové fotovoltické moduly, ktoré možno vyhotoviť v rôznych veľkostiach podľa individuálnych požiadaviek. Fotovoltické moduly sú dodávané s transparentným alebo s čiernym pozadím. Pri kryštalických moduloch možno viesť predné a bočné kontakty vertikálne alebo horizontálne. Okrem toho si možno vzdialenosť buniek zvoliť ľubovoľne medzi 3 až 30 mm.

Fotovoltický systém pozostáva okrem fotovoltických modulov aj z elektrických časí. Rozlišujú sa dva ­základné ­fotovoltické systémy s napojením a bez napojenia na verejnú ­elektrickú sieť. Väčšina budov v zastavaných územiach je napojená na verejnú elektrickú sieť. Horské chaty a budovy v odľahlých územiach sú bez napojenia na elektrickú sieť. Výhoda ­prepojenia na elektrickú sieť je dvojstranná. Pri nedostatku elektrického prúdu (zimné a zamračené dni) je systém z verejnej siete dozásobovaný. Pri prebytku elektrického prúdu (letné slnečné dni) systém odovzdáva prebytočný prúd do verejnej siete.

Takýto systém s prepojením umožňuje, aby fotovoltické moduly nemuseli byť presne dimenzované na spotrebu budovy. Základným prvkom fotovoltického ­systému je okrem fotovoltických modulov menič napätia v prípade pripojenia do siete (neplatí pri autonómnych systémoch). Voľba spôsobu zapojenia meniča napätia má vplyv na prepojenie fotovoltických modulov. Čím viac meničov napätia je napojených, tým viac ­samostatných jednotiek môže vzniknúť. Veľký počet samostatných jednotiek má význam pri čiastočnom zatienení fotovoltických ­modulov.

Zatienenie môže spôsobiť vyčnievajúca časť fasády, prekážka mimo budovy atď. V krajnom prípade má každý fotovoltický modul vlastný menič napätia, a tak v prípade zatienenia nie sú ovplyvnené ostatné moduly. S väčším počtom meničov napätia rastú aj investičné náklady a treba rátať s miestom na ich umiestnenie. Rozlišujú sa tri základné možnosti umiestnenia meničov napätia centrálna poloha meniča napätia (obr. 1a), paralelné zapojenie meničov napätia (obr. 1b), meniče napätia integrované do modulov (obr. 1c).

Integrácia fotovoltických modulov do fasád

Rozlišujú sa tri základné typy fasád s integráciou fotovoltických modulov:

  • Studená fasáda (obr. 2), ktorá je závesná a všetky časti má ­vybudované bez termického delenia. Nevzniká žiadne spojenie s izolačnou oblasťou budovy. Pri tomto type fasády sa využívajú tepelne izolované plochy stavby s ochranou pred vplyvom počasia. Takáto fasáda pozostáva spravidla z jedného bezpečnostného skla, namiesto ktorého možno použiť fotovoltický modul.
  • Studeno-teplá fasáda, v ktorej sa striedajú studené a teplé ­oblasti. Teplé oblasti sa dosahujú pomocou izolačných materiálov a termicky delených profilov. Studené oblasti (napr. parapety) sú tepelne izolované plochy budovy s ochranou pred počasím zo skla alebo z fotovoltických prvkov.
  • Teplá fasáda (obr. 3) okrem staticky vykonávanej funkcie preberá aj izolačnú funkciu a ochranu pred počasím a hlukom. Použité elementy pozostávajú z izolačných panelov, izolačných skiel alebo z fotovoltických modulov v spojení s izolačným sklom.

Pri integrácii fotovoltických modulov je dôležité zabezpečiť vhodné vetranie modulov, ktoré môže zabraňovať prehrievaniu, a tak poklesu výkonu modulov v lete.

Možnosti zakomponovania fotovoltických modulov do fasád

Aby sa slnečné žiarenie využilo maximálne, sú optimálne ­nezatienené fotovoltické plochy orientované medzi juhovýchodom a juhozápadom. V každom prípade musí byť zabránené tieneniu ­fasády vlastnou (to platí pre clonenie konštrukčnými časťami fasády, napr. stĺpmi, priečkami a oknami) alebo inými budovami, prípadne stromami. Farba fotovoltických modulov môže byť rôzna čierna pri monokryštalickom, modrá pri polykryštalickom a červeno-hnedá pri amorfnom materiáli. V porovnaní s týmito prípadmi kryštalického kremíka je výhodou technológie tenkých filmov (amorfný kremík, CdTe, CIS) lepšia odolnosť proti prehrievaniu a tým vhodnejšie architektonické zakomponovanie vďaka tvárnosti a modularite.

Samotná farebnosť modulov môže výrazne prispieť k architektonickému stvárneniu fasády. Fotovoltické moduly vo fasáde možno umiestniť na mieste parapetu (obr. 4). Ďalšou možnosťou umiestnenia fotovoltických modulov je oblasť atiky. Kombinácia fotovoltických modulov na mieste parapetu a atiky je na budove v Biel-Bözingene (obr. 5). Na tejto budove bola vytvorená zaujímavá symetrická kompozícia z fotovoltických modulov. Zabránilo sa tak vzniku jednotvárnej kompozície. Pri presklených schodiskách je výhodné aplikovať synergickú fasádu s transparentnými fotovoltickými modulmi, lebo takto je zabezpečené aj ­prirodzené osvetlenie schodiskového priestoru.

Takáto synergická fasáda bola aplikovaná na budove Bavorského ministerstva životného ­prostredia v Mníchove (obr. 6). V tomto prípade bola štítová stena architektonicky zvýraznená ­celým pokrytím fotovoltickými modulmi a zaujímavým odtieňom fialovej farby. Na veľkých dominantných súvislých stenách v priečelí tiež môžu byť umiestnené fotovoltické moduly (obr. 7), ako je to ­riešené pri výškovej budove Nemeckých železníc vo Freiburgu. Takto možno dosiahnuť želané zvýraznenie. Symetrické geometrické členenie fasády na menšie plochy a ich vystriedanie fotovoltickými plochami je ďalšia kompozičná možnosť fasády (obr. 8). Štítová stena orientovaná do hlavnej ulice bola kompozične dotvorená symetrickým geometrickým stvárnením fotovoltických modulov.

Táto fasáda získala umiestnením modulov nekonvenčný vzhľad. Pasívne solárne prvky – zimné záhrady vo vrchnom alebo spodnom páse sa často dotvárajú fotovoltickými modulmi. Obytná ­budova so zimnou záhradou v Berne takto využíva aj aktívne slnečnú ­energiu (obr. 9). Mierny oblúk možno vytvoriť z menších segmentov fotovoltických modulov. Veľké zakrivené plochy, napr. cylindrické, tiež možno ­vykryť fotovoltickými modulmi. Výrobná budova v Gelsenkirchene má architektonicky zvýraznenú zakrivenú fasádu (obr. 10). Celá zakrivená fasáda je dotvorená fotovoltickými modulmi. Slnečné clony nad pásom okien sú veľmi často vytvorené z fotovoltických modulov. Takto komponované slnečné clony môžu dodať fasáde výrazné horizontálne členenie. Fotovoltické moduly sa umiestňujú aj na netradičných stavbách, akými sú sakrálne stavby, kde je veľmi dôležité citlivé estetické zakomponovanie.

Častým riešením je dodatočné umiestnenie fotovoltických modulov pri rekonštrukcii fasády. Pri Solárnom centre vo Freiburgu vznikla umiestnením ­fotovoltických moduly do fasády (obr. 11) úplne hladká sklenená plocha vyzerajúca monoliticky. Integráciou fotovoltických modulov do sklenenej plochy sa vytvoril nový typ fasády, ktorý vyrába elektrický prúd, ale vzhľadovo tvorí sklenenú jednotku. Účelne a vhodne sú v zasklenej ploche skombinované okenné otvory a fotovoltické moduly, ktoré sa vzhľadovo čiastočne odlišujú. Fotovoltické moduly sú umiestnené aj na streche a pokrývajú plochu 73 m2, kým vo fasáde tvorí veľkosť fotovoltických plôch 78 m2. Fotovoltaické moduly zložené z monokryštálových buniek zabezpečujú 60 % celoročnej spotreby elektrického prúdu v budove.

Záver

Fotovoltické fasádne moduly predstavujú jednu z najperspektívnejších možností využitia slnečnej energie a technicky sa stále zdokonaľujú. Tri základné typy fasád, do ktorých sa začleňujú fotovoltické moduly, ponúkajú širokú možnosť aplikácie. Vyrábajú menej elektrickej energie ako strešné moduly, ale pre architektonickú kompozíciu predstavujú progresívny prvok. Fotovoltické moduly umiestnené vo fasáde ovplyvňujú kompozičné riešenie priečelia a vo výraznej miere sa podieľajú na modelovaní architektonického ­návrhu. Nové konštrukčné vyhotovenia fotovoltických modulov pri vhodnom ­zakomponovaní do priečelia nepôsobia cudzo a ­nevhodne, ale ­naopak, môžu sa stáť zaujímavým, dominantným, symetrickým aj asymetrickým geometrickým prvkom, prípadne iným prvkom vo fasáde. Architektonické zakomponovanie fotovoltických modulov má dôležitú funkciu pri architektonickej tvorbe aj pri tvorbe energetického konceptu budovy.

Literatúra

[1] Budiaková, M. a i. (2002): Možnosti aplikácie fotovoltických prvkov. Stavebnícka ročenka 2002. Bratislava Jaga group SR, s. 253 – 260. ISBN 80-88905-57-5.
[2] Budiaková, M. (2003): Energeticky úsporné budovy. Bratislava A-Projekt,. 200 s. ISBN 80-96-8244-4-0.
[3] Budiaková, M. (2005): Architectural Composition of Photovoltaic Facade. In International Conference – Solar Renewable Energy News – Research and Applications. Florence, Italy, pp. 143 – 148. ISBN 80-223-2099-4.

 

doc. Ing. Mária Budiaková, PhD.

Slovenská technická univerzita v Bratislave, FA