Či už z ekonomických, alebo ekologických dôvodov, solárne panely na našich strechách pribúdajú ako huby po daždi. Návrh domácej solárnej elektrárne vám mnohé firmy urobia na kľúč.
V prípade týchto firiem ide väčšinou o komplexnú službu, ktorá zahŕňa také služby ako: štúdia oslnenia objektu a vhodnosť osadenia panelov, návrh výkonu podľa potreby investora, posúdenie nosnej konštrukcie, alebo aj samotnú montáž so zapojením do siete.
Spomenuté posúdenie nosnej konštrukcie na ktorú sa bude solárny systém montovať je často riešené len okrajovo a neodborne. To však môže skončiť veľmi nešťastne, najmä pri plochých strechách a halových objektoch.
To že v návrhu figuruje posudok nosnej konštrukcie, nemusí znamenať že je správny. V mnohých prípadoch sa za posudok nezaručia a zodpovednosť prenesú na investora.
Komu teda v tomto prípade môžeme veriť a na čo si máme dávať pozor, sa dozviete v tomto blogovom príspevku.
V stručnosti o paneloch
Pod spoločný názov solárne panely, by sme mohli zaradiť termické solárne kolektory a fotovoltaické panely. Jedna aj druhá technológia slúži na zníženie spotreby elektrickej energie v domácnosti, firme alebo výrobnej hale. Rozdiely medzi nimi si stručne vysvetlíme nižšie.
Fotovoltaika
Fotovoltaické panely pozostávajú z menších článkov v ktorých prebieha premena slnečného elektromagnetického žiarenia na elektrickú energiu. Samotné panely nemajú sami o sebe veľkú váhu.
Vyrábajú sa v rôznych tvaroch, no najčastejšie ako štvorcové alebo obdĺžnikové. Ochranný hliníkovo-sklený rám tvorí väčšinu hmotnosti systému. Hmotnosť panelov sa pohybuje v prepočte na meter štvorcový okolo 8 až 10 kg.
Solárne kolektory
Solárne kolektory, inak nazývané aj termické, fungujú zase na princípe ohrevu teplonosnej kvapaliny, ktorá ďalej v systéme ohrieva napríklad teplú úžitkovú vodu. Rovnako ako fotovoltaické panely sa aj kolektory najčastejšie montujú na strechy a plochy s najdlhším a najintenzívnejším oslnením.
Solárne kolektory pozostávajú z plastových trubiek (trubicové) cez ktoré prúdi teplonosné médium. Trubky sú prekryté materiálom dobre absorbujúcim slnečné žiarenie, takzvaným absorbérom. Obálka kolektora pozostáva z hliníkového rámu a sklených tabúľ.
Tým že sú kolektory počas prevádzky naplnené kvapalinou je hmotnosť tohoto systému o niečo vyššia ako je to pri fotovoltaických paneloch. V závislosti od typu a prevedenia sa hmotnosť v prepočte na meter štvorcový pohybuje okolo 20kg.
Okrem spomínaného trubicového kolektora, existuje aj veľa iných riešení, ako je napríklad plochý meandrový kolektor. Na trhu je v ponuke veľa sofistikovaných riešení. Pre náš účel však bude postačovať vyššie uvedený základný opis.
Kotvenie solárnych panelov
Či už ide o fotovoltaické panely, alebo o termické kolektory, oba systémy sa kotvia prostredníctvom podobných kotviacich prostriedkov a konštrukcií. Tvoria ich zväčša ľahké hliníkové rámové konštrukcie. Tie sa vždy prispôsobujú a navrhujú pre konkrétny typ systému a miesta na ktoré budú nainštalované.
Pre solárne elektrárne sú najvhodnejším miestom šikmé strechy so sklonom 35° a južnou orientáciou. Dalo by sa povedať že je to ideály prípad. V prípade sedlových a pultových striech je nepriaznivý vplyv solárnych panelov asi najmenší. Panely zväčša kopírujú sklon strechy a nosný rám je kotvený priamo do nosnej konštrukcie strechy – čiže krovu.
Pri plochých strechách je situácia trocha zložitejšia. Na rozdiel od šikmých striech, tu je nutné brať väčší dôraz na pôsobenie vetra a možnosť vzniku snehových závejov. Kvôli efektívnosti systému sa panely montujú v sklone aspoň 10 až 15°, tým pádom tvoria na streche prekážku a na ňu nepriaznivo pôsobia spomínaný sneh a vietor.
Okrem hliníkových a oceľových konštrukcií pozostávajúcich z rôznych priečnych rámov, koľajníc a stužidiel sa niekedy v prípade plochých striech používajú aj plastové vane do ktorých sa vkladá štrk na priťaženie. Zaklopia sa samotným solárnym panelom pomocou špeciálnych úchytiek.
Okrem najbežnejšieho riešenia, kedy sa solárne panely umiestňujú na strešné konštrukcie, existujú aj prípady, kedy sa panely montujú vo zvislej polohe na balkóny, fasády alebo mimo objektov na polia a lúky.
Zvislej montáži a elektrárňam mimo stavebné objekty sa v článku venovať nebudeme.
Návrh a posúdenie
Návrh nosnej konštrukcie je proces v ktorom na základe predošlých skúseností, pomocou tabuliek, alebo vzorcov a výpočtov, určujeme dimenzie jednotlivých častí konštrukcie. Pri návrhu sa zohľadňujú všetky dôležité faktory.
Týmito faktormi sú najmä: typ solárnych panelov, ich poloha na objekte, sklon panelov, expozícia voči poveternostným vplyvom, spôsob kotvenia, prístupnosť miesta montáže a veľa ďalších aspektov.
Posúdenie možno rozdeliť do dvoch etáp:
-
- Posúdenie navrhnutej konštrukcie zostavy solárnej elektrárne a jej kotvenia.
- Posúdenie nosných prvkov strechy, alebo časti objektu na ktorú bude solárna elektráreň/zostava namontovaná.
Posúdenie navrhnutého riešenia spočíva v overení odolnosti jednotlivých častí konštrukcie na nepriaznivé zaťaženia od vetra, snehu alebo teploty. Posúdiť sa musí aj konštrukcia ako celok, najmä jej tuhosť a stabilita. Musíme overiť, či sa panely na streche nebudú posúvať, či sa vplyvom vetra neprevrátia, alebo sa konštrukcia nedeformuje natoľko, že sa poškodia samotné panely.
Pri posúdení nosných prvkov konštrukcie strechy (miesta montáže systému solárnej elektrárne) ide potom o priťaženie pochádzajúce práve z navrhovanej zostavy solárnych panelov. Prostredníctvom kotvenia sa všetky sily prenášajú do nosných prvkov a tie musia tomuto prídavnému zaťaženiu odolať.
Ak sa tak nestane, máme ešte niekoľko možností:
-
- Navrhnúť spevnenie pôvodnej nosnej konštrukcie
- Umiestniť solárne panely na vhodnejšie miesto.
- Navrhnúť iný typ kotvenia
- Zmenšiť veľkosť (počet) solárnych panelov v zostave
Legislatíva
V roku 2011 vydalo Ministerstvo dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja SR Metodické usmernenie k problematike povoľovania inštalácií fotovoltaických elektrární (FVE) a fotovoltaických zariadení (FVZ) na strešnej konštrukcií, alebo obvodovom plášti stavby (budovy).
Legislatíva pracuje s termínom fotovoltaická elektráreň (FVE) a fotovoltické zariadenie (FVZ). Hlavný rozdiel spočíva v spôsobe využitia vyrobenej elektrickej energie a ich veľkosti.
FVE – je to elektráreň ktorá dodáva vyrobenú el. energiu priamo do distribučnej siete. Jej výkon dosahuje zväčša veľkých hodnôt od stoviek kilowatov až po megavaty. Ak je umiestnená na objekte, ktorého účel prevádzky nie je výroba elektrickej energie, čiže nemá výrobný charakter – dochádza k zmene účelu prevádzky objektu (stavby).
Stavebný úrad by mal v procese povoľovania VFE postupovať podľa § 85 ods. 1 a 2 stavebného zákona ako pri zmene účelu užívania stavby spojenej so stavebnými úpravami. Na základe toho rozhodne, či postačuje ohlásenie, alebo stavebné povolenie pre zmenu účelu užívania stavby spojenú so stavebnými úpravami.
FVZ – ako už vyplýva z názvu, zariadenie sa nepovažuje za elektráreň a ani tak nefunguje. Elektrina je spotrebovávaná priamo v objekte na ktorom je umiestnená. Pod FVZ môžeme zaradiť aj solárne kolektory, pri ktorých sa taktiež vyrobená tepelná energia využíva priamo v objekte kde je vyrobená.j Výkon FVZ je menší, pohybuje sa bežne v desiatkach kilowatov. V prípade že produkuje prebytky, tieto môžu byť posielané do distribučnej siete. Nie je to však primárny účel zariadenia. Prevádzka objektu sa nemení a tým pádom nejde o zmenu na výrobný charakter prevádzky.
To však neznamená že sa povoľovaciemu procesu na stavebnom úrade vyhneme. V oboch prípadoch zasahujeme, kotvíme, priťažujeme nosné konštrukcie stavby, alebo meníme vzhľad objektu. Tým pádom je na individuálnom posúdení stavebného úradu či bude postačovať ohlásenie alebo projekt pre stavebné povolenie.
Celé znenie metodického usmernenia a uvedený paragraf stavebného zákona nájdete pod týmito odkazmi:
Prístup
Prístup jednotlivých účastníkov návrhu solárnej elektrárne či zariadenia, ďalej len SE a SZ, môže byť veľmi odlišný. Najmä k návrhu a posúdeniu nosných konštrukcií. Nie všetky firmy zaoberajúce sa SE a SZ zamestnávajú, alebo dávajú statický posudok vypracovať odborne spôsobilej osobe – teda autorizovanému statikovi s okrúhlou pečiatkou.
Problém pritom nie je v postupe, ale v zdrojoch informácií a skúsenostiach o ktoré sa opierajú vo výpočtoch. Ako autorizovaný statik, tak aj zamestnanec dodávateľskej firmy pracuje s rovnakými vzorcami a výpočtovými schémami, pričom si často pomáhajú rôznymi počítačovými programami.
Vzorce a počítačové programy nám dajú správne výsledky len vtedy ak do nich vložíme adekvátne hodnoty. Tieto hodnoty musia byť podložené výskumom, meraním alebo technickou normou. Ak sa za použité hodnoty niekto zaručí a spracovateľ prevezme zodpovednosť za správnosť výpočtu, je malá pravdepodobnosť, že by konštrukcia po namontovaní zlyhala.
Kameň úrazu je v tom, že mnoho dodávateľov sa za svoje dáta a posudky nezaručí a neprevezme zodpovednosť. Namiesto toho si do zmlúv zakomponujú rôzne formulky, aby sa zodpovednosti zbavili, poprípade ju na niekoho preniesli.
V praxi sa stáva, že firmy preberú nejaké údaje z výskumov a meraní inej firmy, alebo organizácie a aplikujú ich na svoje riešenia. Hodnoty súčiniteľov zaťaženia od snehu a vetra sa pritom menia podľa zemepisnej polohy objektu a povahy priľahlého terénu. Hodnoty sú teda špecifické pre každú oblasť a tak sa nedajú nejako zovšeobecniť.
Ak niekto preberie hodnoty súčiniteľov z oblasti zastavaného územia a rovinatého terénu, výsledky pre tú istú zostavu solárnych panelov na streche objektu ležiaceho na okraji hôr mimo zastavaného územia budú diametrálne odlišné.
To môže viesť k tomu, že výsledný návrh a posúdenie konštrukcií bude mnohonásobne poddimenzované. Existujú prípady z praxe, kde dodávateľ solárnej elektrárne na halový objekt poddimenzoval návrh až 20 krát.
Ako to funguje
Ako je možné že niekto 10 až 20 krát poddimenzuje návrh a posúdenie konštrukcií? Jednoducho. Princíp si ukážeme v nasledujúcom príklade:
Príklad – plochá strecha
V praxi sme sa stretli už aj s takým názorom že solárne panely unesie každá strecha, pretože panely spolu s konštrukciou vážia v prepočte na meter štvorcový asi 25 až 30 kg. Čo je naozaj malá váha a s takým prídavným zaťažením by nemala mať žiadna strecha problémy.
Zabudlo sa tu však na to, že šikmé panely pôsobia na streche ako krídlo do ktorého sa opiera vietor a zároveň sa na tejto prekážke môžu tvoriť záveje.
Ak vieme na akom princípe funguje lietadlo, hneď pochopíme, čo sa deje s panelmi na streche. Nielen že vietor môže do panelov tlačiť, ale najme ich môže ťahať smerom nahor – čo sa nazýva sanie vetra. V okolí atík objektov s plochou strechou môžu byť tieto sily veľmi veľké.
Aby sme zabránili panelom uletieť zo strechy, musíme ich nejako priťažiť. Táto váha musí byť väčšia ako sacia sila vetra pôsobiaca na panely. Často ide aj o stovky kilogramov betónových dlaždíc. Nehovoriac o tom, že sa na streche môžu vytvoriť ešte aj záveje, ktoré pri odmäku oťažejú a opäť máme na streche o pár desiatok kilogramov viac.
Ak teda na záver vytvoríme takzvanú kombináciu zaťažení a sčítame váhu: panelov, konštrukcií, betónových dlaždíc, silu vetra a snehové záveje, dostaneme hodnoty, ktorým už riešená strecha nemusí odolať.
V takýchto prípadoch treba riešenie prehodnotiť a navrhnúť nové. Napríklad ukotviť konštrukciu mechanicky priamo do strechy alebo do atík po okraji strechy, kde odpadá nutnosť zaťažovať konštrukciu nejakými betónovými blokmi.
Autorizovaný statik
Autorizovaný statik je odborne spôsobilá osoba, oprávnená vyhotovovať statické posudky. Na základe svojej odbornosti, vzdelania a skúseností vie najlepšie zhodnotiť pôsobenie zaťažení na konštrukcie stavieb a ich správanie. Pri výpočtoch sa opiera o technické normy a merania. Tým že na posudok umiestni svoju pečiatku okrúhleho razítka autorizovaného statika sa zaručuje za bezpečnosť návrhu a preberá zaň zodpovednosť.
Obr. zdroj: Prezentácia: Rozsah a platnosť autorizačných osvedčení a osvedčení o odbornej spôsobilosti vydávaných SKSI
Odporúčania
- Neobchádzajte stavebný úrad. Ohlásenie alebo stavebné povolenie je prvou kontrolou a istotou v procese plánovania a realizácie vašej solárnej elektrárne. Pri prípadnej škodovej udalosti, ako je napríklad požiar, alebo zlyhanie konštrukcie pri kalamite, by mohli nastať komplikácie s poisťovňou pri vyplácaní poistky za dom, ak by solárna elektráreň nebola schválená úradom.
- V zmluvách o dielo si vždy skontrolujte, či návrh a posudky vypracovávali odborne spôsobilé osoby a či sa za svoje návrhy zaručujú a preberajú za ne zodpovednosť. Na statických posudkoch by nemala chýbať spomínaná okrúhla pečiatka autorizovaného statika.
- Obzvlášť veľký pozor si dajte pri solárnych elektrárňach umiestňovaných na strechy starších halových objektov. Nesmú chýbať sondy do strešného plášťa a overenie stavu nosných prvkov.
Záver
Tento článok je zameraný na lajckú verejnosť. Jeho účelom je vniesť svetlo do problematiky posudzovania a návrhu solárnych systémov na strešné konštrukcie stavieb. Upriamiť pozornosť na problematické miesta s ktorými sa možno v praxi stretnúť.
Článok ani zďaleka nepokrýva celú problematiku návrhu a posudzovania riešených konštrukcií. Uvedené informácie sú zovšeobecnené a zjednodušené tak, aby im čitateľ ľahko porozumel.
Ďakujem, že ste si článok prečítali až sem. Verím že vám priniesol úžitok a že ste sa dozvedeli niečo nové.
Ak máte akékoľvek otázky na túto tému, môžete ma kontaktovať cez sekciu Kontakt alebo zanechať komentár k tomu príspevku.
Ďakujem.
Autor: Ing. Peter Hollý