Świetliki dachowe a fotowoltaika – Jak uniknąć kosztownych błędów projektowych na dachu?

Współczesne dachy obiektów przemysłowych i logistycznych stały się areną cichej rywalizacji. Z jednej strony, rosnąca presja na realizację celów ESG (Environmental, Social, Governance) i optymalizację kosztów energii napędza boom na instalacje fotowoltaiczne. Z drugiej, normy dotyczące dobrostanu i bezpieczeństwa pracowników wymagają zapewnienia jak największej ilości naturalnego światła, co promuje stosowanie świetlików dachowych. Oba te systemy, choć niezwykle pożądane, konkurują o ten sam, ograniczony zasób – nasłonecznioną połać dachową. Jak zatem zaprojektować dach, by te dwie technologie współpracowały synergicznie, zamiast wchodzić w destrukcyjny konflikt?

Konflikt o zasoby na dachu: Foton dla energii vs. Foton dla światła

Z pozoru cel jest ten sam: wykorzystać energię słoneczną. W praktyce jednak mechanizmy działania i priorytety obu systemów są rozbieżne.

• Świetliki dachowe mają za zadanie wpuszczać do wnętrza jak najwięcej rozproszonego światła dziennego, co redukuje zużycie energii na oświetlenie i poprawia komfort wizualny wewnątrz budynku.
• Instalacje fotowoltaiczne dążą do maksymalnej absorpcji bezpośredniego promieniowania słonecznego, aby przekonwertować je na energię elektryczną.

Problem pojawia się, gdy jeden system negatywnie wpływa na drugi. Nawet niewielki cień, rzucany przez kopułę świetlika na powierzchnię paneli PV, może drastycznie obniżyć wydajność całego łańcucha (stringu) modułów. W tradycyjnych instalacjach, panele połączone szeregowo działają z wydajnością najsłabszego, czyli zacienionego ogniwa. To sprawia, że cień z jednego świetlika może zredukować produkcję energii z kilkunastu paneli jednocześnie.

Najczęstsze błędy projektowe i ich kosztowne konsekwencje

Brak zintegrowanego podejścia na wczesnym etapie projektowym prowadzi do powtarzalnych i kosztownych błędów, które mszczą się przez cały cykl życia budynku.

• Zbyt gęste rozmieszczenie świetlików: Projektanci, skupieni wyłącznie na normach oświetleniowych, często rozmieszczają świetliki w regularnej siatce na całym dachu. Tworzy to “las cieni”, który w praktyce uniemożliwia efektywne rozplanowanie jakiejkolwiek większej instalacji PV.
• Lokalizacja świetlików po stronie południowej: To kardynalny błąd. Południowa połać dachu to najcenniejszy “grunt” pod fotowoltaikę. Umieszczanie tam jakichkolwiek elementów rzucających cień jest marnotrawstwem potencjału energetycznego.
• Ignorowanie zmienności kąta padania cienia: Cień rzucany przez ten sam obiekt jest znacznie dłuższy zimą (gdy słońce jest nisko nad horyzontem) niż latem. Projekt wykonany bez rocznej symulacji nasłonecznienia może prowadzić do sytuacji, w której instalacja PV jest zacieniona przez większość dnia w okresach jesienno-zimowych.

Strategie projektowania synergicznego: Sprawdzone rozwiązania

Aby uniknąć powyższych problemów, konieczne jest zastosowanie holistycznego podejścia, które traktuje dach jako jeden, zintegrowany system.

Strefowanie dachu jako fundament projektu

Pierwszym krokiem powinna być analiza potencjału solarnego dachu i jego podział na strefy. Strefy o największym nasłonecznieniu (zazwyczaj połacie południowe, wolne od innych instalacji) należy zarezerwować wyłącznie pod panele PV. Świetliki dachowe należy planować w strefach o niższym potencjale energetycznym, na przykład po stronie północnej, gdzie dostarczają wartościowego, rozproszonego światła bez rzucania problematycznego cienia.

Dobór odpowiedniego typu świetlików

Nie każdy świetlik generuje taki sam problem. W kontekście dachów fotowoltaicznych warto rozważyć:

• Świetliki tunelowe: Ich niewielka średnica i mała powierzchnia na dachu minimalizują rzucany cień.
• Pasma świetlne o niskim profilu: Liniowy układ i niewielka wysokość ułatwiają integrację i planowanie ciągów paneli PV.
• Świetliki zintegrowane z funkcją oddymiania: Pozwalają wyeliminować konieczność montażu osobnych klap dymowych, co zwalnia cenną przestrzeń na dachu.

BIM i symulacje cienia – niezbędne narzędzia projektanta

Nowoczesne projektowanie nie może obyć się bez cyfrowych narzędzi. Technologia BIM (Building Information Modeling) pozwala na stworzenie trójwymiarowego modelu budynku, na którym można precyzyjnie rozmieścić każdy element i przeprowadzić automatyczną detekcję kolizji. Specjalistyczne oprogramowanie, takie jak PV*Sol czy Helioscope, pozwala na przeprowadzenie symulacji rocznego uzysku energetycznego, uwzględniając dokładną ścieżkę cienia rzucanego przez świetliki, kominy czy centrale wentylacyjne w każdym dniu roku.

Technologia po stronie PV: Optymalizatory mocy i mikroinwertery

Jeśli zacienienia nie da się całkowicie uniknąć, z pomocą przychodzi technologia. Zastosowanie optymalizatorów mocy przy każdym panelu lub mikroinwerterów sprawia, że każdy moduł pracuje niezależnie. Dzięki temu zacienienie jednego panelu nie wpływa na wydajność pozostałych w łańcuchu, co minimalizuje straty energii.panelem i minimalizują straty spowodowane częściowym zacienieniem.

Analiza przypadku: Synergia w praktyce – hala logistyczna 4 000 m²

Inwestor planujący budowę nowego centrum logistycznego postawił za cel uzyskanie certyfikatu BREEAM na poziomie “Very Good”, co wymagało zarówno wysokiej efektywności energetycznej, jak i produkcji energii odnawialnej na miejscu. Zespół projektowy, korzystając z modelowania 3D, od początku planował synergiczne działanie obu systemów.

• Analiza nasłonecznienia wykazała, że centralna i południowa część dachu ma największy potencjał. Zarezerwowano ją pod instalację PV o mocy 60 kWp.
• Potrzebę doświetlenia zrealizowano poprzez zlokalizowanie pasm świetlnych w bocznych, północnych strefach dachu, gdzie dostarczają one światło bez generowania cienia na panele.
• Wprowadzono bezpieczne, dwumetrowe strefy buforowe między krawędziami pasm świetlnych a pierwszym rzędem paneli PV.
• Instalację fotowoltaiczną wyposażono w optymalizatory mocy, aby zabezpieczyć ją przed ewentualnym cieniem z innych, nieprzewidzianych elementów.

W efekcie uzyskano w pełni funkcjonalny, bezkolizyjny system, który spełnił oba cele inwestora bez kompromisów w wydajności.

Podsumowanie

Konflikt pomiędzy świetlikami dachowymi a fotowoltaiką nie jest nieunikniony – jest wynikiem przestarzałego, silosowego podejścia do projektowania. Nowoczesne narzędzia symulacyjne i zintegrowane myślenie o dachu jako o ekosystemie pozwalają na tworzenie obiektów, które są jednocześnie jasne, bezpieczne i samowystarczalne energetycznie. Kluczem do sukcesu jest współpraca ekspertów z obu dziedzin już na najwcześniejszym etapie koncepcyjnym.

Finalny dobór technologii doświetlenia powinien być wynikiem dogłębnej analizy potrzeb obiektu i warunków panujących na dachu. Warto w tym procesie polegać na doświadczeniu firm, które oferują kompleksowe doradztwo w zakresie systemów doświetleń i potrafią wskazać rozwiązania optymalne dla danego projektu.