Panele fotowoltaiczne na ścianie - montaż, wydajność. Warto?

Montaż paneli fotowoltaicznych na ścianie - dlaczego rzadko się po niego sięga?

Nasze rozważania zacznijmy od odpowiedzi na pytanie, dlaczego właściwie montaż paneli fotowoltaicznych na ścianie nie jest tak popularny jak instalacja na dachu czy na gruncie?

Panele fotowoltaiczne montuje się głównie dla osiągania oszczędności - dlatego, każdy inwestor dąży do maksymalizacji zysków z danej instalacji. Do tego zaś trzeba wydajnego systemu, który będzie w pełni wykorzystywał swoje możliwości produkcyjne.

Na naszej półkuli, panele fotowoltaiczne produkują najwięcej energii jeśli są ułożone na południe, pod kątem ok. 30-40 stopni. Takie warunki najłatwiej uzyskać montując instalację fotowoltaiczną na dachu (najpopularniejszy kąt nachylenia połaci dachowych w Polsce to właśnie od 30 do 45%) lub na gruncie (gdzie kąt nachylenia modułów i azymut można dostosować dowolnie).

A co się dzieje, jeśli występują odstępstwa od tych idealnych warunków montażowych dla fotowoltaiki? Spada po prostu jej wydajność. Poniższa tabela określa procent mocy maksymalnej:

Optymalne ułożenie paneli fotowoltaicznych, Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Jak można z niej wyczytać, przy panelach fotowoltaicznych na pionowej ścianie (czyli zamontowanych pod kątem 90 stopni), skierowanych idealnie na południe, maksymalna moc systemu PV wyniesie ok. 71%. Jednocześnie te same panele, zamontowane na ścianie zachodniej w najlepszym wypadku osiągną już tylko 56% zdolności produkcyjnych. Warto zauważyć, że wystarczy jednak zmienić kąt nachylenia modułów o 10 stopni, by instalacja mogła osiągać już 63-80% mocy maksymalnej (w zależności od orientacji względem południa).

Ponieważ koszt fotowoltaiki wciąż nie jest raczej niski (ok. 4.000 - 6.500 zł brutto za 1 kWp instalacji o mocy do 10 kW), inwestorom zależy, by “wycisnąć” z niej jak najwięcej prądu. A to najprościej osiągnąć na dachu czy na gruncie.

Czy jednak oznacza to, że fasadowe panele fotowoltaiczne są nieopłacalne? Niekoniecznie! By udowodnić, że warto rozważyć tę opcję, przyjrzyjmy się produkcji z paneli fotowoltaicznych na elewacji.

Jak wygląda produkcja z paneli fotowoltaicznych na pionowej ścianie?

W przypadku zoptymalizowanego kąta nachylenia oraz azymutu, wydajność fotowoltaiki w ciągu roku wygląda następująco.

Źródło: re.jrc.ec.europa.eu

Moc instalacji: 3 kWp
Lokalizacja: województwo mazowieckie
Kąt nachylenia: 39 stopni
Produkcja roczna: 3.173 kWh

Pik produkcji występuje w miesiącach wiosenno-letnich, kiedy to kąt padania promieni słonecznych idealnie zgrywa się z kątem nachylenia powierzchni modułu. To również wtedy dzień jest najdłuższy. Zimą jednak słońce zmienia swoje położenie, co wraz ze skróceniem trwania dnia przekłada się na pogorszenie uzysków.

Gdy jednak ten sam system, zamontujemy pionowo (pod kątem 90 stopni), krzywa uzysków będzie wyglądać zupełnie inaczej.

Źródło: re.jrc.ec.europa.eu

Moc instalacji: 3 kWp
Lokalizacja: województwo mazowieckie
Kąt nachylenia: 90 stopni
Produkcja roczna: 2.250 kWh - ok. 70,9% produkcji zoptymalizowanej.

Przy fotowoltaice na elewacji, uzyski w letnich miesiącach są mniejsze. Rosną za to w miesiącach zimowych. W efekcie, produkcja może osiągnąć wspominane 70% wartości maksymalnej. W przeliczeniu, dla systemu z powyższego przykładu daje to ok. 2.250 kWh. Uzyski z instalacji zamontowanej w takich nietypowych warunkach nadal mogą być zatem zadowalające. Oczywiście przy założeniu, że przy montażu nie popełniono błędów, które wpłyną na produkcję - by ich uniknąć, wybierajcie firmy posiadające odpowiednie doświadczenie i kwalifikacje (np. te z naszego rankingu firm fotowoltaicznych).

Kiedy warto rozważyć panele fotowoltaiczne na elewacji?

Przyjrzyjmy się teraz kilku sytuacjom, w których montaż paneli fotowoltaicznych na ścianie może być dobrym pomysłem. Kiedy należy go wziąć pod uwagę?

• Kiedy kształt dachu nie pozwala na montaż - wiele projektów domów powstawało w czasie, gdy o fotowoltaice nikt jeszcze nie słyszał. W efekcie, ich dachy nie nadają się do ułożenia paneli fotowoltaicznych - posiadają np. dużą liczbę lukarn, kominów czy nietypową konstrukcję. W takich przypadkach, ściana może skutecznie zastąpić dach.
• Gdy dach nadaje się do remontu - wiele osób uważa, że jeśli poszycie dachowe nie da rady utrzymać ciężkich paneli fotowoltaicznych, a działka jest zbyt mała, by je pomieścić, należy zapomnieć o montażu paneli fotowoltaicznych. To nie prawda, bo alternatywą może być właśnie fotowoltaika na ścianie.
• Gdy chcemy rozbudować system PV, ale brakuje już miejsca - bardzo często się zdarza, że inwestorzy, który raz złapali fotowoltaicznego “bakcyla” systematycznie rozbudowują swoje instalacje. Gdy skończy się przestrzeń na dachu czy na gruncie, zawsze można wykorzystać ściany budynku.

Warto podkreślić, że panele fotowoltaiczne na ścianie są rozwiązaniem, które warto wziąć pod uwagę również wtedy, gdy możliwy jest optymalny montaż. Dlaczego?

Jak już widzieliście, profil produkcji z systemu instalowanego pionowo różni się od klasycznego. Produkcja jest nieco przesunięta w czasie, co może okazać się dużym ułatwieniem w regionach, w których wysokie nasycenie fotowoltaiką powoduje jej regularne wyłączanie się.

Panele fotowoltaiczne na pionowej ścianie - na co uważać?

Zanim zdecydujecie się na umieszczenie modułów na ścianie budynku, musicie wiedzieć, że kwestia ta nie jest do końca tak prosta, jak w przypadku systemów wolnostojących czy zamontowanych na dachu. Należy bowiem wziąć pod uwagę kilka aspektów prawno-budowlanych.

Źródło: Google Street View

Przede wszystkim należy pamiętać, że dostępne obecnie mocowania paneli fotowoltaicznych, umożliwiające ich pionowy montaż, wiążą się z naruszeniem integralności ścian. Opierają się bowiem na kotwach (stalowych, chemicznych). To z kolei może przełożyć się na pogorszenie efektywności energetycznej budynku, z racji pojawienia się mostków termicznych w miejscach łączenia systemu montażowego ze ścianą. Kwestia ta ma szczególne znaczenie w przypadku budynków nowo powstających, których projekt uwzględnia fasadowe panele fotowoltaiczne. Budowle takie muszą bowiem spełniać normy przenikalności cieplnej określone m.in. w normie WT 2021 (o której szerzej pisaliśmy w naszym artykule “Nowe warunki techniczne 2021 a ogrzewanie domu”).

Kolejna kwestia wiąże się z bezpieczeństwem przeciwpożarowym. Zgodnie z art. 225 rozporządzenia “Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie”, elementy okładzin elewacyjnych (do których należy zaliczyć systemy paneli fotowoltaicznych na ścianie) muszą być zamontowane w taki sposób, by nie odpadła w przypadku pożaru, przez określony czas (związany z klasą odporności ogniowej dla danej ściany zewnętrznej).

Źródło: pixabay.pl

Bardzo duże znaczenie ma także kwestia kompatybilności chemicznej systemu mocowania pionowego oraz ściany. Konstrukcje wykonane np. z aluminium mogą reagować z zaprawami murarskimi, co w efekcie może doprowadzić do pogorszenia wytrzymałości konstrukcji. Należy się zatem upewnić, że system montażowy jest wykonany z materiału odpornego na korozję chemiczną bądź jest wyposażony w podkładki oddzielające reagujące ze sobą materiały.

By uniknąć problemów, związanych z powyższymi zagadnieniami przy montażu paneli fotowoltaicznych na ścianie budynku bezwzględnie należy korzystać jedynie z dedykowanych do tego systemów mocowań. Prace zaś powinny przeprowadzać osoby posiadające niezbędną wiedzę w zakresie instalacji fotowoltaiki, ale również norm WT 2021 oraz przepisów PPOŻ.

Montaż paneli fotowoltaicznych na ścianie elewacyjnej - na jeszcze co zwrócić uwagę?

Właściwie przeprowadzony montaż, bez generowania mostków termicznych oraz stwarzania ryzyka korozji materiałowej, i bezpieczeństwo przeciwpożarowe to nie jedyne kwestie, które należy uwzględnić, decydując się na montaż paneli fotowoltaicznych. Oprócz tego, znaczenie ma też:

• Właściwa wentylacja - panele fotowoltaiczne podczas pracy mocno się nagrzewają. Jednocześnie, wzrost temperatury ogniwa przekłada się na pogorszenie jego wydajności. Z tej przyczyny, moduły potrzebują chłodzenia. Konstrukcje montażowe, również te przeznaczone na ściany, powinny uwzględniać odstępy wentylacyjne (ok. 20 mm). Zachowanie przerw pozwala również m.in. na odprowadzenie wilgoci.
• Odporność ściany na rozszerzalność termiczną - jak już wspominaliśmy, podczas pracy paneli fotowoltaicznych wzrasta ich temperatura (niekiedy nawet do ok. 70 stopni). To może mieć wpływ na powstawanie pęknięć związanych z rozszerzalnością termiczną materiałów użytych do budowy i wykończenia ściany. By uniknąć szczelin, warto się upewnić, że nasza fasada poradzi sobie ze zmianami temperatury.
• Brak zacienień - temat pracy paneli fotowoltaicznych w cieniu omawialiśmy już wielokrotnie, jednak musimy poruszyć go również w tym artykule. Zacienienie znacznie pogarsza pracę modułów PV - już 3% zasłonięcie jego powierzchni może ograniczyć wydajność aż o 25%! Dlatego, rozplanowując fasadowe panele fotowoltaiczne, koniecznie należy upewnić się, że nie będą one zacieniane przez elementy otoczenia. Kwestię tę warto potraktować poważnie, gdy już sam fakt pionowego montażu ogranicza zdolności wytwórcze takiej instalacji. W przypadku, gdy cienia nie da się uniknąć, pamiętajcie o zastosowaniu optymalizatorów mocy lub też mikrofalowników w instalacji.
• Usytuowanie na ścianie południowej - jak już z pewnością zauważyliście, przy montażu fotowoltaiki na ścianie, najkorzystniej jest skierować panele w kierunku południowym. Wówczas straty wywołane kątem nachylenia nie powinny przekroczyć 30%. Jeśli opcja ta nie wchodzi w grę, warto wybierać ściany skierowane bardziej na wschód niż na zachód (zapewnia to mniejsze straty). Oczywiście na wybór ściany wpływ ma również kwestia rozmieszczenia (a najlepiej - braku) okien oraz elementów zacieniających (daszków, okiennic, lamp etc).

Uwaga! Przy montażu paneli fotowoltaicznych na pionowej ścianie zakładamy, że 90 stopni to jedyny dopuszczalny dla nich kąt nachylenia. Nie jest to jednak prawda. Producenci systemów montażowych posiadają rozwiązania, które pozwalają na odchylenie modułu od pionu, nawet o 30 stopni, co przekłada się na lepsze uzyski. Przykładem może być konstrukcja opracowana przez firmę BAKS.

Źródło: baks.com.pl

Czy istnieją fasadowe panele fotowoltaiczne? Cena

Przejdźmy teraz do kwestii samych modułów. Czy na rynku dostępne są dedykowane fasadowe panele fotowoltaiczne? Jaki typ paneli sprawdzi się najlepiej na ścianie?

Na elewacji budynku doskonale sprawdzą się zarówno standardowe, monokrystaliczne panele fotowoltaiczne, jak i alternatywy w postaci np. cienkowarstwowych modułów PV.

• Monokrystaliczne moduły fotowoltaiczne - na ścianie z powodzeniem możecie zamontować te same moduły, które normalnie trafiłyby na dach. Ich waga oraz wymiary nie będą w takiej sytuacji żadnym utrudnieniem, ponieważ na rynku dostępne są dedykowane systemy montażowe. To, że użyjemy ich jako fasadowych paneli fotowoltaicznych nie będzie miał wpływu na cenę - za moduł o mocy około 400 W będziemy musieli zatem zapłacić około 700-800 zł brutto. Taki sposób montażu nie powinien mieć również wpływu na gwarancję na panele fotowoltaiczne (warto się jednak upewnić o tym przed instalacją). Zaletą tego rozwiązania jest bardzo dobry stosunek kosztu do uzysków, bardzo dobra dostępność produktu oraz znajomość technologii przez wykonawców (co może mieć wpływ na cenę).
• Polikrystaliczne panele fotowoltaiczne - coraz rzadszą alternatywą, którą można wykorzystać jako fasadowe panele fotowoltaiczne, są polikrystaliczne moduły. Obecnie niemal całkowicie zostały wyparte przez wariant monokrystaliczny - można jednak znaleźć je w ofercie niektórych firm. Przykładem mogą tu być polikrystaliczne panele fotowoltaiczne ML System. Co ciekawe, są one dostępne w kilku kolorach, co dla wielu inwestorów może być bardzo dużą zaletą. Ich wadą jest stosunkowo niska moc i sprawność (odpowiednio 215 W i 10,7%) oraz dość wysoka cena (+/- 2.500 zł brutto za sztukę).
• Cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne - ostatnim typem modułów wykorzystywanych jako fasadowe panele fotowoltaiczne są panele cienkowarstwowe. Ich zaletą jest stosunkowo niska cena (ok. 150 zł za moduł 105 W). Mają jednak też niemało wad - są słabo dostępne i mało sprawne (ok. 6-10%).

Pod względem opłacalności, najlepiej wypadają zatem fasadowe panele fotowoltaiczne w wariancie monokrystalicznym lub cienkowarstwowym. W tym drugim przypadku potrzebna będzie jednak dość duża powierzchnia, by pokryć zapotrzebowanie budynku na energię. Jeśli kwestia estetyki jest dla nas kluczowa, wówczas warto rozważyć kolorowe panele fotowoltaiczne lub też wariant full black monokrystalicznych modułów.

Zalety i wady montażu paneli fotowoltaicznych na ścianie

Jakie korzyści płyną z fotowoltaiki na ścianie, a jakie są minusy tego rozwiązania?

Zalety paneli fotowoltaicznych na ścianie budynku

Jest sporo zalet montażu fotowoltaiki na ścianie:

Lepsza produkcja w czasie zimy - pionowe ułożenie paneli fotowoltaicznych (kąt 90 stopni) sprawia, że zimą pracują one nieco lepiej niż standardowo zamontowane systemy PV (słońce przez cały dzień jest nisko, promienie padają więc na moduły pod korzystnym kątem).

Mniejsze ryzyko zabrudzenia - wertykalnie zamontowane panele PV są mniej narażone na zabrudzenia (odkładające się liście, kurz) oraz bardziej podatne na samoczyszczenie (zanieczyszczenia nie będą się odkładać w dolnej części ramy, ale od razu spłyną z deszczem). Nie ma również konieczności odśnieżania paneli fotowoltaicznych, co pozytywnie wpłynie na uzyski.

Mniejsze ryzyko uszkodzenia fotowoltaiki podczas gradu.

Poprawa efektywności energetycznej budynku (przy założeniu, że uniknięto mostków termicznych) - dzięki zastosowaniu paneli i przerwy wentylacyjnej budynek powinien mniej nagrzewać się latem.

Brak ryzyka rozszczelnienia poszycia - fasada może być dobrym rozwiązaniem, jeśli obawiamy się uszkodzenia dachu podczas montażu.

Walory estetyczne - choć o gustach się nie dyskutuje, panele fotowoltaiczne na fasadzie dla wielu osób mogą być sposobem na poprawę jego wyglądu. Szczególnie gdy zdecydujemy się na wariant kolorowy lub full black, który z powodzeniem może zastąpić klasyczne okładziny elewacyjne.

Wady paneli fotowoltaicznych na ścianie budynku

Jakie są minusy? Są właściwie tylko dwa:

Mniejsza wydajność - specyficzny montaż sprawia, że maksymalna moc osiągana przez fotowoltaikę na ścianie pionowej wynosi ok. 71% mocy nominalnej. Niższe uzyski to zaś dłuższy czas zwrotu z inwestycji.

Potencjalne trudności ze znalezieniem wykwalifikowanej ekipy - popularność systemów gruntowych i dachowych sprawia, że stosunkowo łatwo znajdziemy doświadczoną ekipę, która zajmie się montażem. Inaczej może być w przypadku fotowoltaiki na fasadzie, która w Polsce wciąż jest rzadko spotykaną nowinką (a nierzadko nawet wyśmiewaną :( ).

Przejdźmy teraz do kwestii kluczowej z punktu widzenia inwestorów. Czy montaż paneli fotowoltaicznych na ścianie się opłaca? Sprawdźmy!

Opłacalność fotowoltaiki na elewacji. Warto?

Jako przykład niech posłuży nam instalacja fotowoltaiczna o mocy 3,24 kW, warta 17.000 zł, zamontowana na ścianie budynku pod kątem 90 stopni. Skierowana jest niemal idealnie na południe, dzięki czemu rocznie produkuje ok. 2.430 kWh energii. Właściciel instalacji rocznie płacił ok. 1.700 zł za prąd (roczne zużycie ok. 2.200 kWh. Dzięki fotowoltaice (i systemowi opustów), jego rachunki spadły do ok. 350 zł (do kosztów stałych). Zaoszczędza zatem ok. 1.350 zł przez 12 miesięcy. Do tego, inwestor skorzystał z ulgi termomodernizacyjnej, która dała mu zwrot podatkowy w wysokości 2.900 zł. System faktycznie kosztował go zatem 14.110 zł. Kiedy mu się to zwróci?

Uwzględniając prostą stopę zwrotu, fotowoltaika na ścianie spłaci się po ok. 10 latach. Faktyczny czas zwrotu będzie jednak szybszy - będą miały na niego bowiem wpływ coraz szybciej rosnące ceny prądu (tylko w 2022 roku wzrosły o 24%! w stosunku do roku ubiegłego). Opłacalność fotowoltaiki na elewacji może też poprawić np. dofinansowanie do fotowoltaiki. Dla przykładu, dotacja z Mój Prąd w wysokości do 7.000 zł skróciłaby czas spłaty niemal o kilka lat.

Czy zatem warto inwestować w panele fotowoltaiczne na ścianie? Owszem! Choć opcja ta nie jest aż tak opłacalna, jak klasyczne systemy, niesie ze sobą szereg zalet, które rekompensują jej słabe strony. Gdy nie mamy miejsca na dachu lub na działce, zamiast porzucać pomysł montażu fotowoltaiki, warto rozważyć fasadowe panele fotowoltaiczne.