Żywotność dachów metalowych i systemów fotowoltaicznych

*****
W artykule skoncentrowano się na często pomijanym temacie: trwałości, długowieczności i kompatybilności platformy montażowej systemów fotowoltaicznych z dachem.

Longevity of metal roofs and photovoltaic systems

The article focuses on a frequently overlooked topic: the durability, longevity of the construction platform, as well as compatibility of photovoltaic systems with metal roofs.
*****

Metalowe pokrycie dachowe ma cechy (np. geometrię, wytrzymałość, trwałość oraz odporność na wiatr, grad, deszcz i śnieg), które sprawiają, że jest to idealne podłoże do montażu systemu fotowoltaicznego. Metal jest wysoce trwały, a jego żywotność mierzona jest nie w latach, ale w dziesięcioleciach. Biorąc pod uwagę, że fotowoltaika ma żywotność ponad 30 lat i cenę znacznie wyższą niż jakikolwiek dach, na którym jest zamontowana, sam ten czynnik skłania do rozsądnego wyboru dachu metalowego.

Czytaj też: Dachy biosolarne – połączenie dachu zielonego i ogniw fotowoltaicznych jako sposób na zwiększenie efektywności instalacji PV

Metalowy dach to jedyny rodzaj dachu, który przetrwa panele słoneczne. Montaż PV na większości innych dachów będzie wymagał wymiany dachu w połowie cyklu życia PV. Wg normy PN-EN 15643-1 „Zrównoważoność obiektów budowlanych” cykl życia to kolejne powiązane ze sobą fazy życia rozpatrywanego obiektu, a ocena oddziaływania w cyklu życia to etap oceny cyklu życia mający na celu zrozumienie oraz ocenę wielkości i znaczenia potencjalnych oddziaływań środowiskowych systemu wyrobu w cyklu życia wyrobu. Zatem demontaż panelu fotowoltaicznego i jego ponowny montaż po zakończeniu wymiany dachu w teorii jest możliwy nawet więcej niż jeden raz w cyklu życia PV.

Dachy metalowe są dostępne w wielu różnych kolorach, grubościach i profilach, z których niektóre lepiej nadają się do montażu PV niż inne. Profile na rąbek stojący oferują istotną zaletę, zapewniając bezpenetracyjny sposób mocowania profili montażowych PV do powierzchni dachu. Takie profile umożliwiają mocowanie PV w sposób, który spełnia założenia projektowe, a więc zero penetracji dachu. Podczas gdy metalowe systemy dachowe mogą się wiązać z wyższymi kosztami początkowymi niż niektóre inne materiały dachowe, koszty montażu paneli fotowoltaicznych można również zmniejszyć, równoważąc dodatkowy koszt dachu. Analizując koszty cyklu życia, korzyści płynące z zastosowania metalu są jeszcze większe, bo zapewniają gwarancje na materiał dachowy przez cały okres użytkowania PV i dłużej.

Trwałość

Lakierowane okładziny stalowe w płytach warstwowych, niezależnie od metalowego dodatkowego zabezpieczenia przed korozją, charakteryzują się niskimi wymaganiami konserwacyjnymi i długą żywotnością. Takie systemy dachowe często objęte są gwarancją na 40 lat lub dłużej, a przy prawidłowej instalacji gwarancja nie jest unieważniana przez nieodpowiednie zastosowanie panelu fotowoltaicznego.

Systemy farb do stalowych pokryć dachowych to na ogół fabrycznie nakładane i utwardzane powłoki w procesie ciągłym, zanim okładzinie metalicznej zostanie nadany określony profil. Natomiast w procesie produkcji panela w trakcie profilowania okładziny warstwa lakieru jest rozciągana i ściskana, więc z pewnością będzie trwała w eksploatacji. Te wszystkie rozważania są ważne, aby mieć pewność, że żywotność dachu przekroczy oczekiwaną żywotność systemu fotowoltaicznego. Dostępne taśmy metalowe wykorzystywane na okładziny paneli to stal powlekana, aluminium, cynk, miedź i stal nierdzewna.

Okres życia

Żywotność metalowych pokryć dachowych należy do najdłuższych ze wszystkich systemów pokryć dachowych, częściowo ze względu na trwałość rdzenia stalowego i lakieru oraz długowiecznych uszczelnień, elementów złącznych oraz wykończeń. Badanie opublikowane przez Metal Construction Association wykazało, że żywotność właściwie zaprojektowanego i wykonanego dachu ze stali powlekanej metalicznie i lakierowanej wynosi ok. 70 lat na obszarach o wysokiej korozyjności atmosfery o typie C5-M.

Wysokiej jakości metalowe dachy wymagają niewielkiej lub wręcz żadnej konserwacji poza okresowymi kontrolami pod kątem anomalii, takich jak zablokowany drenaż materiałów opadowych. Natomiast systemy fotowoltaiczne powinny być regularnie kontrolowane, co ułatwi jednoczesną kontrolę metalowych pokryć dachowych pod kątem wpływu środowiska.

Według badań statystyczna średnia żywotność paneli fotowoltaicznych wynosi ok. 30 lat. Jest to niezwykle ważne, ponieważ nie ma sensu instalować paneli fotowoltaicznych z 30-letnim okresem życia na dachu, który jest mniej trwały niż panele. Warto pamiętać, że niewiele rodzajów dachów spełnia wymagania potwierdzające założony wcześniej okres trwałości, nawet jeśli są one nowe.

Zrównoważony rozwój

Podstawowym powodem wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, takich jak fotowoltaika, jest ograniczenie zużycia paliw kopalnych. Wytwarzanie energii słonecznej jest przyjazne dla środowiska, bo, wytwarzając czystą energię, redukuje się emisję CO₂.

Dachy metalowe są zgodne z tymi celami. Stal nie tylko w 100% nadaje się do recyklingu, ale jest również najczęściej poddawanym recyklingowi materiałem konstrukcyjnym na świecie ze skutecznością prawie 85%. Rzeczywisty wskaźnik recyklingu jest dowodem na to, że recykling jest opłacalny i zrównoważony w praktyce i polega na wykorzystaniu odpadowej stali przy mniejszym zużyciu energii i wody niż produkcja nowej stali. Można przywołać obserwację, że rzadko spotyka się na wysypiskach metal z dachów, podczas gdy inne materiały dachowe mają udział ok. 10% materiałów na wysypiskach.

Całkowity koszt instalacji fotowoltaiki

Instalacja fotowoltaiki na metalowym pokryciu dachowym jest tańsza niż w przypadku innych typów dachów. Te oszczędności wynikają z prostszych, tańszych systemów montażu i krótszego czasu instalacji, mniej czasu pracy spędzonego na dachu oznacza bowiem mniej zakłóceń i niższe koszty pracy. Trochę większe nakłady finansowe na metalowy dach mogą przynieść do 15% oszczędności na instalacji systemu fotowoltaicznego. W przypadku projektów komercyjnych korzyści powiększonej skali jeszcze bardziej zwiększają oszczędności. Ponadto oszczędności w cyklu życia dachów metalowych jeszcze bardziej zwiększają te całkowite oszczędności.

Koszt cyklu życia

Pokrycia dachowe z metalu mogą początkowo kosztować więcej niż alternatywne opcje pokrycia dachowego, ale ta propozycja staje się najbardziej atrakcyjna, gdy ocenia się go na podstawie kosztu cyklu życia. Głównymi powodami są niski koszt utrzymania dachu oraz wydłużona żywotność dachu, na którą rozkładają się początkowe koszty.

Gdy panel PV jest montowany na dowolnym typie dachu, istnieją czynniki, które mogą poprawić lub pogorszyć jego efektywność. Rozważając taką inwestycję, głównym czynnikiem, który trzeba brać pod uwagę, jest żywotność dachu, na którym zamontowane są panele.

Metal jest jedynym rodzajem dachu, który oferuje korzyść w postaci trwałości PV. Największą korzyścią w całym cyklu życia instalacji fotowoltaicznej na dachach metalowych jest jednak uniknięcie kosztów związanych z nieuniknioną wymianą alternatywnych typów dachów. Na przykład zwykłe gonty asfaltowe dla dachów o stromym spadku oraz jednowarstwowe membrany termoplastyczne dla dachów o małym spadku mają stosunkowo krótką żywotność, stąd względna pewność, że okres użytkowania dachu wygaśnie na długo przed końcem eksploatacji instalacji paneli fotowoltaicznych. Koszt wymiany dachu w tym czasie będzie obejmował koszty robocizny związane z demontażem i ponowną instalacją paneli fotowoltaicznych po wymianie dachu. Do tego należy dodać koszt utraconej produkcji energii elektrycznej podczas awarii systemu oraz wymianę okablowania i wszelkich uszkodzonych elementów podczas tego procesu.

Suma tych kosztów może zbliżyć się do pierwotnego kosztu systemu słonecznego. Z tego powodu dobrze jest rozważyć przed zamontowaniem instalacji fotowoltaicznej jej efektywność na dachach innych niż metalowe, nawet jeśli żywotność istniejącego dachu wynosi tylko 50% czasu użytkowania.

Ponieważ żywotność metalowego dachu premium znacznie przekracza żywotność panelu fotowoltaicznego, nie ma powodu do obaw podczas montażu paneli fotowoltaicznych nawet na takim dachu, którego wiek wynosi już od 15 do 30 lat. Prawdopodobieństwo ponownego pokrycia dachu lub innych kosztownych napraw 10 lub 15 lat później, gdy system fotowoltaiczny nadal działa, jest wyeliminowane. Oczywiście przed podjęciem ostatecznej decyzji o instalacji panelu słonecznego należy pamiętać o kontroli starych metalowych dachów pod kątem ich pozostałego okresu użytkowania.

Analiza finansowa i zwrot kosztów

Aby dokładnie oszacować rzeczywisty koszt i zwrot z inwestycji w fotowoltaikę, wystarczy uwzględnić koszty początkowe i bieżące koszty cyklu życia zarówno dachu, jak i fotowoltaiki łącznie przez cały oczekiwany okres użytkowania systemu fotowoltaicznego wraz z rozsądnymi kosztami wymiany dachu, w stosownych przypadkach. Wykonawcy instalacji fotowoltaicznych wykorzystują dostępne na rynku aplikacje do określenia ekwiwalentu funkcjonalnego do przewidywania dalekosiężnych kosztów i zwrotu z inwestycji, ale rzadko, jeśli w ogóle, uwzględniają żywotność dachu i jego wymianę.

Typowa pro forma finansowa dla fotowoltaiki ma charakter informacyjny i przeprowadzana może być na podstawie określonych scenariuszy, może uwzględniać np. kredyty inwestycyjne i inne zachęty z rządowych i lokalnych źródeł finansowych, a także zwrot kosztów po uwzględnieniu mocy wyjściowej systemu słonecznego w kilowatogodzinach przy użyciu historycznych i specyficznych dla danego miejsca danych dotyczących „godzin słonecznych”.

Inne zmienne obejmują bieżące rzeczywiste koszty energii elektrycznej, przewidywane przyszłe podwyżki stawek, koszt wymiany falownika, rutynową konserwację oraz obniżenie wartości znamionowych mocy wyjściowej w wyniku początkowych i późniejszych strat wydajności. Istnieje niewiele takich programów, które uwzględniają koszty wymiany dachu w połowie okresu eksploatacji systemu fotowoltaicznego. Większość instalatorów systemów fotowoltaicznych ma niewielką wiedzę na temat żywotności dachu lub kosztów jego wymiany. Zastosowane programy zakładają, że dach będzie trwał wiecznie, ale tak nie jest.

Warto przypomnieć, że wg normy PN-EN 15643-1 ocena zrównoważoności budynków powinna obejmować łączną analizę właściwości środowiskowych, socjalnych i ekonomicznych z uwzględnieniem wymagań technicznych i funkcjonalnych budynku lub zamontowanego systemu, wyrażoną na poziomie budynku.

Podsumowanie

Funkcje dachu i fotowoltaiki są współzależne, dlatego w analizie finansowej należy je razem traktować jako pojedynczy składnik aktywów. Analiza finansowa oferowana w punkcie sprzedaży zakłada, że dach wytrzyma cały okres eksploatacji instalacji fotowoltaicznej, jednak często jest to błędne założenie. Przy takim założeniu systemy stają się dodatnie pod względem zysku w ciągu pierwszych siedmiu lat działania i wykazują wewnętrzne stopy zwrotu w przedziale 15%–40% w okresie 30 lat. Ale taka analiza jest ważna tylko wtedy, gdy dach przetrwa panele fotowoltaiczne. Większość dachów nie spełni tych założeń. Fotowoltaika to rozważna finansowo inwestycja – pod warunkiem że nie będzie konieczna wymiana dachu.