Projektowanie i planowanie elektrowni fotowoltaicznych na dachach to jeden z najtrudniejszych kroków prowadzących do spełnienia marzeń o zielonej, odnawialnej energii wytwarzanej przez światło słoneczne. Mało który projekt na dachu jest jednak bardziej wymagający niż projektowanie i instalacja elektrowni fotowoltaicznych na płaskich dachach.
Jak temu zaradzić?

 
Dach uznawany jest za płaski, gdy jego pochylenie wynosi do 3°. Większość takich dachów pokryta jest membranami (na bazie PCV, TPO lub pap bitumicznych), czasami nawet betonem. Eksperci z branży solarnej starają się unikać przebijania przez nie. Dlatego też, jeśli chodzi o dachy płaskie, mówimy o nisko obciążeniowych systemach fotowoltaicznych z systemami montażowymi, w których moduły fotowoltaiczne są balastowane, a nie mocowane do dachu jak w przypadku dachów skośnych. Koncepcja projektowania systemów fotowoltaicznych na dachu płaskim polega na łączeniu modułów fotowoltaicznych w grupy tak, aby wykorzystywały one własny ciężar oraz balast w taki sposób, by były w stanie – jako grupa ogółem – skutecznie wytrzymać działanie sił wiatrowych.

Potrzebne jest odpowiednie oprogramowanie
Rozwój przemysłu solarnego pokazał, że najbardziej optymalne nachylenie modułów fotowoltaicznych na dachach płaskich wynosi 10° i 15°. Jest to od niedawna standard w branży. Przekłada się to na lepszą aerodynamikę, która z kolei wiąże się z mniejszym zapotrzebowaniem na balast niż w przypadku optymalnego kąta nachylenia, który w dużej części Europy wynosiłby 30°. Najbardziej optymalny kąt nachylenia modułów fotowoltaicznych ustępuje więc pierwszeństwa równowadze aerodynamicznej, a co za tym idzie, rozsądnej ilości balastu, który sama konstrukcja dachu może jeszcze wytrzymać. Badania wykazały, że nachylenie modułu fotowoltaicznego powyżej 15° powoduje wykładniczy wzrost ilości potrzebnego balastu.

– Niektóre firmy ilość balastu obliczają za pomocą autorskiego oprogramowania planistycznego, takiego jak np. K2 BASE ON stworzonego przez K2 Systems – mówi Piotr Kisiel, business manager w Manitu Solar PL, międzynarodowej firmie zajmującej się dystrybucją urządzeń dla fotowoltaiki. – Oprogramowanie te uwzględnia wszystkie parametry wpływające na weryfikację konstrukcyjną systemów montażowych na dachach płaskich: prędkość wiatru, obciążenie śniegiem, kategorię terenu (zgodnie z normą Eurokod), wysokość budynku, wysokość parapetu okapowego, nachylenie dachu i współczynnik tarcia pomiędzy membraną dachową a samym systemem montażowym, który należy każdorazowo zmierzyć na obiekcie – wylicza Piotr Kisiel.

– Oprogramowanie planistyczne K2 BASE ON, podobnie jak w przemyśle samochodowym, uwzględnia również wyniki uzyskane podczas testów w tunelu aerodynamicznym – jest to wysoce zaawansowana procedura pozwalająca uzyskać wartości referencyjne dotyczące zachowania systemów fotowoltaicznych na dachu płaskim – dodaje.

Problemy i ich skuteczne rozwiązanie
Systemy PV na dachach płaskich muszą wytrzymać wszystkie siły wiatru i obciążenie śniegiem przez cały okres użytkowania, określony na 30 lat. Aby zapobiec potencjalnym uszkodzeniom membrany dachowej, systemy dachów płaskich muszą być również wzmocnione specjalnymi matami gumowymi, które chronią membranę dachową. Ma to na celu zapobieganie ocieraniu się systemu fotowoltaicznego bezpośrednio o membranę podczas drgań, które występują przy silnym wietrze.

Największym wyzwaniem dla branży fotowoltaicznej w zakresie dachów płaskich w ostatnich latach było jednak określenie dopuszczalnego kąta nachylenia dachów. Przy jakim nachyleniu dach płaski jest nadal uznawany za płaski? Ponieważ na rynku fotowoltaiki rozwiązania montażowe dla dachów płaskich pojawiły się jako ostatnie, informacje zwrotne dotyczące tej kwestii były ograniczone

Doświadczenia ostatnich 5 lat pokazały, że akceptowalny i dopuszczalny jest montaż na dachach płaskich o spadku do 3°. Instalacje, które zostały wykonane na dachach o nachyleniu większym niż 3°, wykazały poważne problemy, ponieważ system fotowoltaiczny ulegał przesunięciu lub zsunięciu z pierwotnej pozycji. Występowanie tego zjawiska było dodatkowo spotęgowane w wyniku rozszerzalności cieplnej aluminium, które jest głównym materiałem wszystkich systemów montażowych dla modułów PV.

– Wszystkie te nowe obserwacje sprawiły, że producenci tacy jak K2 Systems odradzają instalatorom montaż na połaci dachowej o kącie nachylenia większym niż 3° – chyba że system można w jakiś sposób mechanicznie zamocować lub podeprzeć. Nie ma jednak uniwersalnej recepty na to, jak wykonać takie mocowanie czy podparcie – tłumaczy Piotr Kisiel z Manitu Solar PL. – Każdy przypadek musi być dokładnie przeanalizowany indywidualnie. W K2 Systems wykonano już kilka takich projektów, jednak jest to możliwe wyłącznie przy ścisłej współpracy z inwestorem i lokalną firmą dekarską. Takie rozwiązania przenoszą projekt na inny poziom, gdzie należy wziąć pod uwagę i przeanalizować wiele różnych czynników, nie tylko możliwość przeciekania wody – dodaje Piotr Kisiel