Biosolární střechy – v létě ochladí, zlepší účinnost solárních panelů a zvyšují biodiverzitu ve městech

Fotovoltaika a vegetace na jedné střeše se vhodně doplňují: rostliny svým výparem ochlazují fotovoltaické panely, tím zvyšují jejich účinnost, panely pak díky plovoucímu stínu na střeše vytvářejí příjemnější a pestřejší prostředí pro rostliny i živočichy. 

Biosolární střechy (kombinace fotovoltaiky a vegetační střechy) stejně jako samostatné střechy vegetační zadržují významné množství dešťové vody a zpomalují její odtok, chrání střešní konstrukce před negativními účinky výkyvů teplot i působení UV záření, mírně zlepšují izolační funkci střechy a přispívají k vyšší energetické efektivitě budovy.

Při výstavbě biosolární střechy zpravidla nedochází k zásahům do střešního souvrství pod úrovní hydroizolace. Pro kotvení podpůrné konstrukce fotovoltaických panelů jsou na plochých střechách využívány speciální desky, které jsou následně přitíženy přímo hmotností vegetačního souvrství a zároveň ve vegetačním souvrství plní hydroakumulační a drenážní funkci. Toto elegantní řešení nabízí využití maximální plochy střechy pro zeleň. Druhou možností je dodatečná instalace fotovoltaických panelů na již existující zelenou střechu a přitížení konstrukce pomocí dlaždic.

Zadržování vody 

Vegetační souvrství biosolární střechy si zachovává benefity běžné zelené střechy: zadržuje významné množství dešťové vody přímo v místě dopadu srážky, zpomaluje odtok a následně ochlazuje okolí a budovu prostřednictvím výparu (takzvané evapotranspirace). Zatímco z konvenční střechy odtéká s minimálním zpožděním většina srážkové vody, zelená střecha dokáže odtok zpozdit a běžně zadržet v průměru zhruba polovinu objemu ročního úhrnu dešťové vody v závislosti na typu a mocnosti vegetačního souvrství.

Monitoring prováděný Univerzitním centrem energeticky efektivních budov (UCEEB) ČVUT na experimentální biosolární střeše ve Žďáru nad Sázavou, která vznikla ve spolupráci UCEEB, města a firmy Sedum Top Solution, s. r. o., v září 2022, ukazuje, že distribuce vlhkosti na biosolární střeše není rovnoměrná. Nejvíce se podle očekávání vlhkost koncentruje pod dolní hranou panelu. V oblasti mimo panely je substrát exponován slunci a rychleji vysychá. Vlhkost pod panely byla po založení střechy vyšší díky důkladné vstupní zálivce, podzimním dešťům a pomalejšímu výparu ve stínu. S příchodem jara se však začaly pod panely stále více projevovat důsledky srážkového deficitu. Rozdíly ve vlhkosti se odrážejí na vzhledu i složení vegetace, která byla založena formou rozchodníkových koberců.

Zlepšení druhové pestrosti 

Fotovoltaické panely na biosolární střeše vytváří plovoucí stín a spolu s variabilitou vlhkostních podmínek tak vzniká mozaika stanovišť vhodných pro různé druhy rostlin a bezobratlých živočichů. Na experimentální biosolární střeše ve Žďáru nad Sázavou je již po roce od instalace zřejmé, že pod fotovoltaickými panely prosperují jiné druhy rostlin než na otevřené ploše střechy.

Vedle nerovnoměrného zastínění lze diverzitu podmínek na běžné i biosolární vegetační střeše zvyšovat i dalšími jednoduchými způsoby: použitím více typů substrátu s různou mocností i vlastnostmi (velikostí částic, substrátu, množstvím živin) nebo přidáním mrtvého dřeva, které poskytuje úkryt různým bezobratlým. Potenciál má také kombinace fotovoltaiky a umělého střešního mokřadu, který zároveň využívá odpadní vody. 

Zvýšení výkonu fotovoltaiky

Účinnost fotovoltaických panelů klesá s jejich rostoucí teplotou. Přehřívání panelů lze předcházet volbou vhodného typu střechy s nižší povrchovou teplotou, např. právě střechou vegetační. Podle dat naměřených UCEEB i tenká extenzivní vegetační střecha dokáže během roku snížit teplotu povrchu střechy o 10 až 35 °C. Tímto způsobem se efektivně předchází přehřívání v letních měsících.

Zvýšení účinnosti panelů záleží na klimatických podmínkách lokality (četnosti srážek, vzdušné vlhkosti), ale také na vlastnostech konkrétního vegetačního souvrství (mocnost substrátu, schopnost substrátu zadržovat vodu), míře zastínění či na výběru rostlinných druhů s vhodnými vlastnostmi. Na míru ochlazení panelu má vliv i jeho výška a sklon působící na proudění větru. Publikované studie uvádějí různé hodnoty zvýšení produkce elektřiny díky přítomnosti vegetace od zanedbatelných hodnot až po zhruba desetiprocentní navýšení. 

V případě využití oboustranných (bifaciálních) solárních panelů lze v návrhu zelené střechy pracovat i se zvyšováním odrazivosti povrchu ať už volbou substrátu světlejší barvy (který se zároveň méně zahřívá), nebo zařazením rostlin s bílými či stříbřitými listy. Světlé rostliny jsou extrémním podmínkám střechy výborně přizpůsobené a mohou mít lepší životnost než rostliny bez této adaptace.

Na co si dát pozor

Instalace biosolárních systémů vyžaduje nejen statický posudek kvůli vhodnému zatížení střechy objektu, ale také individuální výpočet zahrnující sání větru tak, aby byla konstrukce přitížena dostatečnou mocností vhodného substrátu.

Zcela zásadní je také volba vhodných druhů rostlin. Na rozdíl od běžné zelené střechy lze volit pouze rostliny nižšího vzrůstu, aby nedocházelo ke stínění panelů. Nevhodná skladba vegetace by se následně negativně odrazila na poklesu výroby elektrické energie i na nákladech na údržbu vegetace. V souvislosti s údržbou je optimální zvolit takovou výšku a postavení panelů, aby byl pohyb na střeše komfortní a byl zachován přístup k vegetaci i pod panely.

V Česku se v současné době nevyrábí ucelené řešení pro biosolární střechy a produkty jsou dováženy ze zahraničí. 

Z pohledu zákazníka stojí za zmínku, že na stejnou plochu střechy lze čerpat dotace jak na výstavbu fotovoltaické elektrárny, tak na vegetační střechu (např. v programu Nová zelená úsporám).

Na obrázku vpravo (8/2023) je zřejmá linie, kam z panelů stéká dešťová voda. Pilotní experimentální instalace ČVUT UCEEB ve spolupráci se Sedum Top Solution, s. r. o., a městem Žďár nad Sázavou, osazená čidly k měření teploty a vlhkosti.

Text: Mgr. Barbora Rybová, doc. Ing. Michal Sněhota, Ph.D.

Foto: ČVUT UCEEB