Słoneczne dachy zielone

Rynek fotowoltaiczny w Polsce ma olbrzymi, ale dotąd wysoce niewykorzystany potencjał rozwoju. Łączna moc zainstalowana w źródłach fotowoltaicznych na koniec 2018 roku wynosiła ok. 500 MW, a już w maju 2019 r. przekroczyła 700 MW. Przyrost nowych instalacji PV jest „dynamiczny” [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. Tego typu inwestycje są dofinansowane. Osoby prywatne korzystają z dotacji w ramach programu „Mój prąd”. Natomiast spółdzielnie mieszkaniowe oraz wspólnoty będą mogły otrzymać dotację na instalację paneli słonecznych na dachach bloków w ramach specjalnego programu „Słoneczne dachy”. Pilotaż prowadzony jest w województwie wielkopolskim.

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

Inwestycja Spółdzielni Mieszkaniowej Wrocław-Południe to jak dotąd największa miejska rozproszona elektrownia fotowoltaiczna w Polsce i unikatowa jednostka tego typu w Europie. Spółdzielnia Mieszkaniowa Wrocław-Południe pracuje dla około 30 tys. wrocławian, którzy mieszkają w blisko 11 tys. mieszkań w 88 budynkach. Większość budynków powstało w latach 60.–70. ubiegłego wieku, zdarzają się również starsze. Od wielu już lat w spółdzielni są wdrażane rozwiązania racjonalizujące zużycie energii, takie jak docieplenia budynków, modernizacja systemów grzewczych i elektrycznych.

„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, podjęliśmy decyzję w 2015 roku 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 wytwarzane” – powiedział Marek Dera, wiceprezes SM Wrocław-Południe i współtwórca Wrocławskiej Elektrowni Słonecznej.

Uzyskane efekty to 760 tys. kWh rocznie produkcji energii elektrycznej z OZE. Jeśli przełożyć to na korzyści, jakie odnosi środowisko naturalne, będzie to 600 ton rocznie mniej emisji CO₂, co odpowiada asymilacji gazu cieplarnianego przez około 150 ha lasu, czyli 50  000 drzew – we Wrocławiu odpowiada to wielkości dwóch parków: Grabiszyńskiego i Szczytnickiego.

Można również mówić o znacznych korzyściach ekonomicznych. Roczne koszty energii w Spółdzielni Mieszkaniowej Wrocław-Południe przed instalacją elektrowni słonecznej wynosiły 425 tys. zł. Po roku funkcjonowania elektrowni (czyli za 2018 rok) koszty energii obniżyły się do 120 tys. zł, zaś po dwóch latach od uruchomienia elektrowni (czyli za 2019 rok) wynosiły już tylko 83 tys. zł.

Przedsięwzięcie zostało w całości sfinansowane przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej we Wrocławiu w ramach programu Prosument z uzyskanej dotacji 1,7 mln zł i pożyczki w kwocie 2,5 mln zł, rozłożonej na 8–9 lat, w zależności od zadania.

Spłata rocznych rat preferencyjnej pożyczki odbywa się z oszczędności uzyskanych dzięki zmniejszeniu rachunków za energię elektryczną o koszty wyprodukowanej energii z paneli fotowoltaicznych. Roczna rata spłaty pożyczki wraz z odsetkami wynosi 303 tys. zł. Mieszkańcy spółdzielni w liczbie 15 tys. korzystają z czystej energii wytworzonej przez panele fotowoltaiczne na potrzeby infrastruktury w częściach wspólnych budynków, zasilające m.in. windy, hydrofornie czy oświetlenie korytarzy, wejść, otoczenia. Sami mieszkańcy odnoszą więc korzyści finansowe, a wszyscy korzystają na czystszym powietrzu [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 zastosowanie paneli fotowoltaicznych na dachu obsadzonym roślinnością podnosi efektywność działania instalacji solarnych [3]. 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 rolę 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.

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.

Miasto Rotterdam – program rozwoju dachów wielofunkcyjnych

Tego typu instalacje (solarne dachy zielone) 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 mieście tym zrealizowano także program wspierający powstawanie takich funkcjonalnych dachów.

Rotterdam 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 spośród tych problemów. 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 roku. 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 roku 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 2019”, Warszawa, czerwiec 2019.
2. Materiały prasowe udostępnione przez Spółdzielnię Mieszkaniową Wrocław-Południe.
3. FLL, DAFA, „Wytyczne dla dachów zielonych. Wytyczne do projektowania, wykonywania i utrzymywania dachów zielonych”, 2020.
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, 19.09.2018.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!