Fotowoltaika w budynkach – jak projektować instalację zgodnie z przepisami

Fotowoltaika stała się integralną częścią współczesnego budownictwa, zarówno w obiektach jednorodzinnych, jak i użyteczności publicznej. W dobie rosnących kosztów energii elektrycznej, zmian klimatycznych oraz unijnych wymagań dotyczących efektywności energetycznej, systemy PV (ang. photovoltaic systems) pełnią podwójną rolę: z jednej strony stanowią źródło taniej i czystej energii, z drugiej – element architektoniczny, który coraz częściej wpływa na estetykę obiektu. Aby jednak instalacja fotowoltaiczna była bezpieczna, trwała i zgodna z obowiązującymi przepisami, jej projektowanie musi opierać się nie tylko na zasadach doboru mocy i urządzeń, ale również na kompleksowym uwzględnieniu wymagań prawa budowlanego, energetycznego i ochrony przeciwpożarowej (segregator na egzamin ustny - pytania i opracowane odpowiedzi).

Analiza energetyczna

Podstawowym etapem projektowania instalacji fotowoltaicznej w budynku jest analiza energetyczna i określenie zapotrzebowania na moc. Dobór mocy instalacji zależy od rocznego zużycia energii elektrycznej w obiekcie, profilu dobowego poboru oraz planowanego stopnia autokonsumpcji. W praktyce przyjmuje się, że dla budynków mieszkalnych moc instalacji powinna odpowiadać rocznemu zapotrzebowaniu energetycznemu obiektu z uwzględnieniem współczynnika 1,1–1,2, co pozwala na niewielką nadprodukcję w okresie letnim i pokrycie strat w zimowych miesiącach. W przypadku obiektów komercyjnych lub przemysłowych, projektant powinien uwzględnić charakter pracy urządzeń, sezonowość oraz ewentualne magazyny energii. Warto też pamiętać, że zgodnie z polskimi regulacjami, dla mikroinstalacji o mocy do 50 kW nie jest wymagane uzyskanie koncesji, co w praktyce obejmuje większość instalacji budynkowych.

Moc falownika

Kolejnym elementem jest dobór falownika (inwertera), czyli urządzenia przekształcającego prąd stały generowany przez moduły PV na prąd przemienny wykorzystywany w instalacji elektrycznej budynku. Wybór odpowiedniego inwertera zależy od kilku czynników: mocy całkowitej instalacji, liczby stringów, charakterystyki modułów oraz warunków pracy. Moc falownika nie powinna być mniejsza niż 80–90% mocy zainstalowanych paneli, jednak nie powinna jej również znacząco przekraczać, aby uniknąć zjawiska przewymiarowania (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - wersja na komputer). W nowoczesnych systemach stosuje się inwertery jednofazowe dla mniejszych instalacji oraz trójfazowe dla obiektów o większym zapotrzebowaniu. Istotnym elementem jest także współczynnik sprawności (zazwyczaj >97%) oraz klasa ochrony IP, szczególnie w przypadku urządzeń montowanych na zewnątrz budynku. Zgodnie z obowiązującymi normami, w tym PN-EN 50549-1 i PN-EN 62109, falowniki muszą spełniać wymagania dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego, kompatybilności elektromagnetycznej oraz automatycznego odłączania od sieci w przypadku awarii.

Projektując instalację PV

Projektując instalację PV, należy zwrócić szczególną uwagę na dobór i prowadzenie przewodów. Przewody prądu stałego (DC) łączące moduły z falownikiem muszą być odporne na promieniowanie UV, działanie temperatur, wilgoci oraz korozję. W praktyce stosuje się przewody typu H1Z2Z2-K lub równoważne, o podwyższonej odporności na warunki atmosferyczne i z izolacją bezhalogenową. Ich przekrój dobiera się na podstawie prądu znamionowego obwodu oraz dopuszczalnego spadku napięcia, który nie powinien przekraczać 1,5% dla obwodów DC i 1% dla obwodów AC. Z kolei przewody po stronie prądu przemiennego powinny spełniać wymagania normy PN-HD 60364-5-52, a ich trasy należy prowadzić w sposób ograniczający ryzyko pożaru i uszkodzenia mechanicznego. Zaleca się, aby przewody DC i AC prowadzić w osobnych korytach kablowych lub rurach ochronnych, co minimalizuje ryzyko zakłóceń i niepożądanych sprzężeń (segregator aktów prawnych).

Uziemienie i ochrona odgromowa

Uziemienie i ochrona odgromowa stanowią kluczowy aspekt bezpieczeństwa każdej instalacji fotowoltaicznej. System PV, jako element zewnętrzny narażony na bezpośrednie wyładowania atmosferyczne, musi być objęty skutecznym systemem ochrony przeciwprzepięciowej i odgromowej. Konstrukcje wsporcze modułów, wykonane najczęściej z aluminium lub stali ocynkowanej, powinny być połączone z główną szyną wyrównawczą budynku, a ich rezystancja uziemienia nie może przekraczać 10 Ω. W obwodach DC i AC należy stosować ochronniki przepięć klasy II (typ 2) lub, w przypadku dużych instalacji, również klasy I (typ 1). Ochronniki po stronie DC muszą być dedykowane do pracy z prądem stałym, a ich dobór powinien uwzględniać napięcie pracy modułów i warunki klimatyczne. Wymogi te wynikają z normy PN-EN 62305 dotyczącej ochrony odgromowej oraz PN-HD 60364-7-712 dotyczącej instalacji PV.

Kwestie prawne i administracyjne

Kwestie prawne i administracyjne związane z projektowaniem instalacji fotowoltaicznych regulują przede wszystkim: Prawo energetyczne, Prawo budowlane, ustawa o odnawialnych źródłach energii oraz rozporządzenia dotyczące warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Zgodnie z art. 29 ust. 4 pkt 3 ustawy Prawo budowlane, budowa instalacji PV o mocy do 150 kW nie wymaga pozwolenia na budowę, a jedynie zgłoszenia właściwemu organowi administracji architektoniczno-budowlanej. W przypadku instalacji montowanych na dachach budynków należy jednak zapewnić, że nie naruszają one konstrukcji nośnej ani nie wpływają negatywnie na bezpieczeństwo pożarowe obiektu. Projektant powinien dysponować aktualnymi obliczeniami statycznymi potwierdzającymi nośność konstrukcji dachu oraz odpowiednim bilansem cieplnym, szczególnie w przypadku dachów płaskich, gdzie moduły mogą podnosić temperaturę powierzchni (program egzamin ustny).

Instalacje fotowoltaiczne

Szczególną uwagę należy zwrócić na wymogi ochrony przeciwpożarowej, które zostały uregulowane w nowelizacji przepisów z kwietnia 2022 roku. Zgodnie z § 184 ust. 1 rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, instalacje fotowoltaiczne o mocy powyżej 6,5 kW muszą być uzgadniane z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych. Obowiązek ten dotyczy zarówno budynków mieszkalnych wielorodzinnych, jak i użyteczności publicznej. Ponadto, w przypadku instalacji zlokalizowanych na dachach, wymagane jest zapewnienie możliwości odłączenia napięcia po stronie DC w miejscu łatwo dostępnym dla służb ratowniczych, a także oznakowanie elementów instalacji zgodnie z PN-EN ISO 7010. Coraz częściej stosuje się tzw. „fire switch” – wyłączniki pożarowe DC, które automatycznie rozłączają obwody modułów w przypadku pożaru lub awarii falownika.

Przyłączanie mikroinstalacji

W kontekście przepisów Prawa energetycznego i rozporządzenia w sprawie przyłączania mikroinstalacji, projektant ma obowiązek dostosować parametry pracy systemu PV do wymagań operatora systemu dystrybucyjnego (OSD). Każda instalacja musi być wyposażona w licznik dwukierunkowy umożliwiający pomiar energii pobranej i oddanej do sieci. W dokumentacji projektowej należy uwzględnić schemat jednokreskowy instalacji, kartę techniczną falownika, parametry zabezpieczeń oraz informacje o rodzaju przyłącza. W przypadku mikroinstalacji prosumenckich, operator dokonuje przyłączenia w ciągu 30 dni od zgłoszenia, pod warunkiem spełnienia wszystkich wymagań technicznych (uprawnienia budowlane).

Projektant fotowoltaiki w budynkach powinien również zwrócić uwagę na kwestie estetyczne i architektoniczne. W nowoczesnych rozwiązaniach coraz częściej stosuje się moduły zintegrowane z dachem (BIPV – Building Integrated Photovoltaics), które pełnią jednocześnie funkcję pokrycia dachowego. Takie systemy wymagają jednak precyzyjnego zaprojektowania wentylacji, uziemienia i połączeń wyrównawczych, ponieważ ich montaż bezpośrednio na konstrukcji budynku wiąże się z większym ryzykiem przegrzewania i akumulacji wilgoci.

Proces projektowania instalacji PV

Cały proces projektowania instalacji PV powinien zakończyć się opracowaniem pełnej dokumentacji technicznej obejmującej: opis techniczny, obliczenia elektryczne, rysunki schematyczne, plan rozmieszczenia modułów, tras kablowych, schemat uziemienia oraz zestawienie materiałów. Dokumentacja ta musi być podpisana przez osobę posiadającą uprawnienia budowlane w specjalności instalacyjnej w zakresie sieci, instalacji i urządzeń elektrycznych i elektroenergetycznych. Po zakończeniu budowy inwestor powinien uzyskać protokół z pomiarów ochronnych oraz z badań skuteczności uziemienia (opinie o programie).

Podsumowując, fotowoltaika w budynkach to nie tylko sposób na obniżenie rachunków za prąd i ograniczenie emisji CO₂, ale również wyzwanie projektowe wymagające połączenia wiedzy z zakresu elektrotechniki, prawa budowlanego, ochrony przeciwpożarowej i bezpieczeństwa użytkowania obiektów. Projektowanie instalacji PV zgodnie z obowiązującymi przepisami oznacza konieczność uwzględnienia zarówno aspektów technicznych – takich jak dobór mocy, inwertera, przewodów i uziemienia – jak i prawnych, w tym wymagań Prawa energetycznego, ustawy o OZE oraz przepisów przeciwpożarowych. W dobie rosnącego znaczenia zrównoważonego budownictwa, właściwie zaprojektowana instalacja fotowoltaiczna staje się nie tylko źródłem energii, ale integralnym elementem architektury, bezpieczeństwa i trwałości współczesnych obiektów.