Zielone dachy solarne

Łączne obroty na rynku fotowoltaiki w 2021 r. zostały oszacowane na 16,7 mld zł, w tym wartość rynku samych nakładów inwestycyjnych wynosiła około 15,4 mld zł. W 2022 r. obroty handlowe fotowoltaiki wzrosły i wyniosły ponad 20 mld zł, a wartość rynku inwestycji PV kształtowała się na poziomie 19 mld zł. W perspektywie średnioterminowej nie widać przesłanek do spowolnienia na rynku fotowoltaicznym [1].

Projekty fotowoltaiczne w Polsce

Z jednej strony obserwujemy rozwój rynku fotowoltaicznego, a z drugiej – miasta w Polsce opracowują mapy potencjału solarnego dachów na swoim terenie z uwagi na potrzebę większego wykorzystania odnawialnych źródeł energii i redukcji smogu.

Czytaj też o: Dachach przyszłości

Jest wiele czynników w skali europejskiej i krajowej, które spowodują wzrost zainteresowania instalacjami fotowoltaicznymi w kontekście potrzeby ochrony klimatu i adaptacji do jego zmian.

Słoneczne dachy na blokach pokazują, że inwestycja w panele fotowoltaiczne jest opłacalna. Najlepiej świadczy o tym przykład Wrocławskiej Elektrowni Słonecznej. To jedna z pierwszych tego typu realizacji na tak dużą skalę. Funkcjonuje już na tyle długo, że można zapoznać się z konkretnymi efektami i danymi liczbowymi.

Czysta energia i korzyści ekonomiczne – efekty pracy Wrocławskiej Elektrowni Słonecznej

Wrocławska Elektrownia Słoneczna, inwestycja Spółdzielni Mieszkaniowej Wrocław-Południe, to największa, zlokalizowana w centrum miasta, rozproszona elektrownia fotowoltaiczna w Polsce i unikatowa w Europie. 2771 paneli fotowoltaicznych zostało zamontowanych na dachach 35 spółdzielczych wieżowców. Zajęły one w sumie powierzchnię 0,5 ha.

Łączna moc instalacji to 739 kWp. Pozyskiwana ze słońca energia zasila części wspólne budynków: windy, oświetlenie korytarzy, wejść i otoczenia, maszynownie oraz hydrofornie. Do OZE Spółdzielnia zaczęła się przymierzać w 2014 r., kiedy pojawiły się możliwości wsparcia w tym zakresie ze środków Unii Europejskiej. W 2016 r. udało się pozyskać finansowanie z Programu Prosument WFOŚiGW we Wrocławiu. Fundusz sfinansował przedsięwzięcie w 100%: 60% w formie pożyczki na 10 lat (oprocentowanie 1%) i 40% w formie dotacji.

Spółdzielnia uzyskała także przychylność mieszkańców względem inwestycji podczas szeroko zakrojonych konsultacji społecznych. Nie ponieśli oni żadnych kosztów w związku z uruchomieniem elektrowni słonecznej. Już w ciągu pierwszego pełnego roku funkcjonowania instalacji (2018 r.) koszty energii dla części wspólnych obniżyły się z 425 tys. zł do 120 tys. zł. Obecnie ustabilizowały się na poziomie ok. 100 tys. zł rocznie.

„Mimo szalejących cen energii, mieszkańców tych nieruchomości nie dotykają ich wzrosty. Niektóre z naszych budynków już za dwa lata wyjdą z systemu pożyczkowego i mieszkańcy niebawem będą mogli odczuć czysty zysk z uruchomienia instalacji na ich dachach. Póki co cieszą się ich efektem ekologicznym, bo nasze panele słoneczne ograniczają o blisko 600 ton roczną emisję CO₂ do atmosfery, co odpowiada asymilacji gazu cieplarnianego przez około 150 ha lasu, czyli blisko 50 tys. drzew. Rocznie nasze instalacje produkują 760 tys. kWh energii elektrycznej. Kończą się proste sposoby zmniejszania zużycia energii w budynkach. Nie można myśleć o ograniczaniu konsumpcji energii jedynie w kategorii kolejnego zwiększania warstwy izolacji, to powoli traci sens ekonomiczny i użytkowy. Czas już na rozwiązania, które przynosi najnowsza technologia. W ostatnich latach wprowadziliśmy m.in. oświetlenie LED sterowane czujnikami ruchu i natężenia światła, falownikową regulację pracy silników wind i pomp, we współpracy z dostawcą ciepła rozwiązania umożliwiające zdalną regulację parametrów pracy węzłów cieplnych, również w funkcji prognozy pogody. Dlatego że już w sposób prosty coraz trudniej jest obniżać koszty, w 2015 r. podjęliśmy decyzję o poszukiwaniu innowacyjnych rozwiązań i źródeł ich finansowania, w tym poza opłatami mieszkańców. Skończyły się łatwe możliwości ograniczania zużycia energii, a przyszedł czas na jej wytwarzanie” – mówi Marek Dera, prezes SM Wrocław-Południe i jeden z inicjatorów uruchomienia Wrocławskiej Elektrowni Słonecznej. 

Obecnie spółdzielnia jest w trakcie przygotowania dwóch inwestycji, gdzie w nowych budynkach na szeroką skalę zostaną wprowadzone kompleksowe rozwiązania proekologiczne, takie jak skojarzone instalacje OZE – PV i PC, rekuperacja, retencja i zielone dachy. Już w tym roku planowane jest rozpoczęcie jednej z tych inwestycji – zeroemisyjnych domów jednorodzinnych w zabudowie szeregowej na wrocławskich Wojszycach [2].

Zielone dachy solarne – większa efektywność paneli i efekt synergii

Według najnowszego wydania „Wytycznych dla dachów zielonych. Wytycznych do projektowania, wykonywania i utrzymywania dachów zielonych” FLL [3] zastosowanie paneli fotowoltaicznych na dachu obsadzonym roślinnością podnosi efektywność działania instalacji solarnych. 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.

Zastosowanie paneli fotowoltaicznych na dachach zielonych ma też zalety techniczne, system warstw dachu zielonego pełni bowiem funkcję kotwiącą – stabilizuje panele fotowoltaiczne nawet w przypadku silnego wiatru i burz. Konstrukcje wsporcze pod panele można więc montować bez konieczności przebijania warstwy izolacji wodochronnej.

Dachy z pokryciem bitumicznym nagrzewają się do temperatury 80–100°C. W miarę jak ogniwo fotowoltaiczne nagrzewa się i wzrasta jego temperatura, zdolność do konwersji promieniowania słonecznego w energię elektryczną maleje [4]. Zastosowanie na dachu roślinności i podłoża wegetacyjnego obniża temperaturę powierzchni dachowej.

Dachy zielone nagrzewają się maksymalnie do temperatury 25–40°C [5]. Jeśli więc fotowoltaikę zamontuje się na dachu zielonym, wydajność paneli słonecznych będzie wyższa, a straty spowodowane wzrostem temperatury modułu ulegną zmniejszeniu.

W Polsce są już pierwsze tego typu obiekty, które łączą dach zielony z panelami fotowoltaicznymi.Przykładem może być siedziba austriackiej firmy Schachermayer, która powstała w 2020 r. pod Krakowem, gdzie hala magazynowa wraz z budynkiem biurowym ma 2600 m² powierzchni użytkowej. Na stosowanie połączenia dachów zielonych z fotowoltaiką otwarci są też inwestorzy indywidualni oraz firmy deweloperskie. 

Dachy zielone – inne korzyści wynikające z efektywności energetycznej budynków

Znamy podstawowe korzyści wynikające ze stosowania zieleni na dachach i tarasach w miastach:

• retencjonowanie wody opadowej (odciążenie kanalizacji i zapobieganie powodziom po gwałtownych opadach),
• niwelowanie zjawiska miejskiej wyspy ciepła,
• zwiększenie bioróżnorodności (dodatkowe miejsca dla roślinności, ptaków, owadów),
• oczyszczanie powietrza,
• ochrona akustyczna.

Stosowanie dachów zielonych podnosi też wartość budynków i wpływa pozytywnie na samopoczucie mieszkańców.

Dachy zielone stanowią izolację termiczną, dzięki czemu poprawiają efektywność energetyczną budynków. A poprawa efektywności energetycznej to przecież niższa emisja dwutlenku węgla do atmosfery. Dachy zielone mają więc pośredni wpływ na redukcję CO₂ – obniżając temperaturę, przyczyniają się do oszczędności energetycznych, co pozwala na redukcję zanieczyszczeń i CO₂ emitowanych przy produkcji energii.

Oszczędność energii w budynkach wyposażonych w dachy zielone wynika przede wszystkim z lepszej izolacji termicznej dachu. W okresie zimowym oznacza to oszczędność energii związaną z ograniczeniem strat ciepła przez strop, w okresie letnim – zmniejszoną potrzebę klimatyzowania pomieszczeń.

Wykonanie dachu zielonego pozwala na obniżenie temperatury w pomieszczeniach pod nim średnio o 2–5°C [6–7]. Natomiast 20-centymetrowa warstwa substratu i 20–40-centymetrowa warstwa roślinności ma identyczne właściwości izolacyjne co 15-centymetrowa warstwa wełny mineralnej [8–9].

Warto więc pamiętać, że zazielenianie dachów oraz instalacje solarne mogą być łączone, zwłaszcza na dachach płaskich. Co więcej, połączenie paneli fotowoltaicznych i dachu zielonego poprawia efektywność samej instalacji solarnej.

Jeśli chodzi o sposób montażu paneli fotowoltaicznych na dachu zielonym, to można wyróżnić dwa warianty:

• dach zielony biosolarny1), czyli dach zielony zintegrowany z systemem do montażu paneli fotowoltaicznych, gdzie dach zielony pełni funkcję balastu i bez niego konstrukcja nośna pod panele PV nie może poprawnie funkcjonować; w tym przypadku system do montażu instalacji fotowoltaicznej jest zabezpieczony i unieruchomiony przez konstrukcję zielonego dachu; w takim wariancie do montażu systemu nie jest konieczna ingerencja w powierzchnię dachu oraz izolację wodochronną,
• dach zielony solarny, gdzie instalacja fotowoltaiczna jest zamontowana niezależnie od systemu dachu zielonego; to dach zielony, na którym dodatkowo zostały umieszczone panele PV, ale w tym przypadku dach zielony nie stanowi balastu dla systemu montażowego paneli fotowoltaicznych ani nie jest zintegrowany z systemem nośnym tych paneli.

Miasto Rotterdam – program rozwoju dachów wielofunkcyjnych

Instalacje solarnych dachów zielonych możemy znaleźć na przykład w Rotterdamie, gdzie ekologiczne i wielofunkcyjne dachy są wdrażane jako odpowiedź na potrzebę transformacji energetycznej oraz adaptacji do zmian klimatu. Wprowadzono tam strategię, według której powierzchnie dachów są traktowane jako przestrzeń miejska możliwa do zagospodarowania z korzyścią dla mieszkańców. Wyszczególniono cztery funkcje dachów:

• dachy zielone porośnięte roślinnością,
• dachy zielone o zwiększonej retencji wody opadowej,
• powierzchnie dachowe służące rekreacji
• oraz dachy solarne, z zainstalowanymi panelami fotowoltaicznymi.

Jak pokazała praktyka, poszczególne funkcje można łączyć.

W Rotterdamie zrealizowano także program wspierający powstawanie takich funkcjonalnych dachów. Miasto stoi przed rozmaitymi wyzwaniami ekologicznymi. Zagęszczenie ludności w centrum, podnoszenie się poziomu morza, zwiększone opady, stres cieplny w okresie letnim i utrata różnorodności biologicznej to tylko niektóre z nich. Pod względem gospodarki wodnej tradycyjne rozwiązania, takie jak wały i inne zabezpieczenia przeciwpowodziowe, nie są wystarczające, aby zapobiegać powodziom, dlatego miasto szuka rozwiązań innowacyjnych.

Podział przestrzeni dachów przeznaczonych do zagospodarowania w mieście – swego rodzaju strefowanie – ma spowodować, że miasto będzie funkcjonować w sposób bardziej zrównoważony, co wpłynie na poprawę jakości życia jego mieszkańców.

Jednym z takich rozwiązań jest program komunalnego dachu zielonego ustanowiony w 2008 r. W ramach tego projektu przeprowadzano kampanię informacyjną na temat zalet dachów zielonych, skierowaną do obywateli. Przyznano również dotacje tym, którzy zdecydowali się na budowę dachu zielonego na własnym terenie. Głównym celem programu było zatrzymanie wody deszczowej, aby zmniejszyć jej spływ do kanalizacji.

W czasie trwania projektu zauważono, że dachy zielone mogą łączyć wiele funkcji, od rekreacyjnej do wytwarzania energii z OZE poprzez zamontowanie na nich paneli słonecznych. Od 2017 r. program dachów zielonych przekształcił się w „Wielofunkcyjny program Rooftop”.

Połączenie funkcji oferuje zarówno korzyści publiczne (redukcja wody deszczowej do kanalizacji), jak i prywatne dla użytkowników budynku (przestrzeń rekreacyjna). W mieście zbadano potencjał powierzchni dachów i dokonano oceny występujących na danym terenie potrzeb, zaś na tej podstawie podzielono ten teren na strefy.

Aby ułatwić orientację, poszczególnym funkcjom przydzielono kod kolorystyczny. W ten sposób powstała mapa strefowania miasta. Poszczególne kolory oznaczają, jakie dachy, o jakich funkcjach powinny powstać w konkretnych lokalizacjach, w zależności od występujących tam problemów i potrzeb lokalnych.

• Funkcja zielona – są to dachy zielone z roślinnością ekstensywną (z rozchodników i innych roślin, które dobrze znoszą suszę) oraz dachy, na których posadzono roślinność intensywną.
• Obszary oznaczone kolorem niebieskim to tereny, które mają problem z podnoszeniem się poziomu wód, powinny więc tu powstawać dachy o zwiększonej retencji wód opadowych (niebieskie).
  Każdy dach zielony pozwala na retencjonowanie wód opadowych. Poprzez dachy o zwiększonej retencji wodnej należy rozumieć tego typu dachy zielone, które mają dodatkową warstwę magazynującą nadmiar wody czy też urządzenia pozwalające na przetrzymywanie deszczówki na dachu i kontrolowanie spływu nadmiaru wody do kanalizacji.
• W centrum wskazane jest natomiast powstanie jak największej liczby dachów o charakterze rekreacyjnym (przypisano im kolor czerwony), które będą pełnić funkcje społeczne, oraz dachów obsadzanych zielenią (zielonych).
• Dachy żółte, czyli te, na których zainstalowano panele fotowoltaiczne, mają pomagać obszarom, które potrzebują więcej energii. Okazało się, że zainstalowanie paneli solarnych na dachach zielonych, czyli porośniętych roślinnością, podnosi efektywność instalacji fotowoltaicznej.

Jak pokazuje przykład Rotterdamu, dachy płaskie w miastach mają bardzo duży potencjał, który można wykorzystać w procesach adaptacji do zmian klimatu z korzyścią dla mieszkańców.

Literatura

1. Instytut Energetyki Odnawialnej, „Rynek fotowoltaiki w Polsce 2022”, Warszawa, maj 2022.
2. Materiały prasowe udostępnione przez Spółdzielnię Mieszkaniową Wrocław-Południe.
3. „Wytyczne dla dachów zielonych. Wytyczne do projektowania, wykonywania i utrzymywania dachów zielonych”, FLL, DAFA 2021.
4. A. Kaliszuk-Witecka, A. Węglarz, „Nowoczesne budynki energoefektywne. Znowelizowane warunki techniczne”, Oficyna Wydawnicza POLCEN, Warszawa 2019.
5. Badania laboratorium Lawrence Berkley.
6. Y. Harazono, „Effect of rooftop vegetation using artificial substrates on the urban climate and the termal load of buildings”, „Energy and Building”, 15–16/1990–1991, s. 435–442.
7. R. Kumar, S. Kaushik, „Performance evaluation of green roof and shading for thermal protection of building”, „Energy and Building” 40/2005, s. 505–511.
8. N.H. Wong, Y. Chen, „Tropical urban heat islands. Climate, building and greenery”, New York 2009.
9. M. Kuhn, „Rooftop greening”, „Eco Architecture” 1996.
10. Marloes Dout, „The Rotterdam Roofscape”, Międzynarodowa Konferencja „Adaptacja odpowiedzią miast na zmiany klimatu”, Warszawa, 19 września 2018 r.

1) To rozwiązanie było opisane w art. P. Wolańskiego i K. Wolańskiej „Dachy biosolarne – połączenie dachu zielonego i ogniw fotowoltaicznych jako sposób na zwiększenie efektywności instalacji PV”, opublikowanym w numerze 2/2023 miesięcznika „­IZOLACJE”.