- Je nutné posoudit střechu před osazením fotovoltaických panelů z hlediska statiky?
- Jak velké je zatížení solárními FVE panely?
- Má toto zatížení zásadní význam při návrhu nové, nebo posouzení stávající střechy?
- Mohou na střeše mezi panely vznikat sněhové závěje?
Podobné dotazy si jistě klade (nebo by si měl klást) každý, kdo se chystá na stávající nebo novou střechu umístit fotovoltaickou elektrárnu a s rozmachem instalací fotovoltaických systémů na střechy budov se v poslední době i my, statici, často potýkáme s těmito posudky. Zatížení fotovoltaikou není normově podrobněji specifikováno a musí se tedy vycházet ze základní normy pro zatížení konstrukcí a přizpůsobit si postup pro tento případ. Podrobněji se problematikou zabývá německá norma DIN EN 1991-1-3/NA: 2019-04 a postup zatížení je také rozebrán na blogu firmy Dlubal software zde.
Úlohu si z hlediska statiky můžeme dělit na 3 základní případy:
1/ Panely plošně umístěné na střeše
Jedná se o případ plošného zatížení panely na šikmé střeše, kdy jsou panely rozmístěny v celé ploše nebo v řadách s mezerami a umístěné těsně nad střešní krytinou a kopírují tvar střechy tak, že výška roviny panelů je max. 15-20cm nad krytinou. V takovém případě nevznikají překážky pro potenciální sněhové návěje a není proto nutné uvažovat se zvýšeným zatížením sněhem.

Plošná hmotnost panelů obvykle bývá kolem 12-15kg/m2, podpůrný rošt (pokud je použit a panely nejsou kotveny přímo ke střeše) váží do 5kg/m2, rozvody elektro 1-2kg/m2. Celkem bude zatížení do 20kg/m2, tj. 0,2kN/m2, bezpečně s rezervou 0,25kN/m2. Vezmeme-li v úvahu tíhu skladby běžného střechy s dřevěným krovem 125kg/m2, tj. 1,25kN/m2, zatížení sněhem či užitné 0,75kN/m2, tak bez FVE vychází v součtu celkové zatížení střechy 2,0kN/m2, s FVE 2,20 - 2,25kN/m2, tedy procentuální nárůst zatížení vlivem osazení FVE panelů 10-12,5%.
Není to zanedbatelné, ale zároveň to není zcela zásadní přitížení a mnoho konstrukcí střech jej bude schopné absorbovat.
2/ Nakloněné panely kotvené v řadách ke střeše
Řady panelů FVE na ploché či mírně šikmé střeše umístěné na podkonstrukci (roštu) vedle sebe s mezerami tak, aby si panely navzájem neclonily. Panely a podkonstrukce jsou kotveny ke střeše proti odfouknutí, není nutné je stabilizovat přitěžujícími dlaždicemi.
Pak přitížení tvoří součet hmnotnosti FVE a její podkonstrukce, ale také potenciální návěje sněhu vznikající v řadách mezi panely - tam narůstá tvarový součinitel. Na panelu se uvažuje základní tvarový součinitel (sklon panelů nebývá větší než 30°, takže se jedná o zákl. souč. 0,8), v řadách mezi panely zvýšený součinitel odvozený od normové závěje vznikající u překážky.




Velikost návějí resp. zvýšeného tvarového součinitele závisí na geometrii řad - sklonu a výšce hřebene panelů nad střešní rovinou a šířce uliček. Takže např. v tomto konkrétním případě nám narostl tvarový součinitel ze základní hodnoty 0,8 na průměrných 1,14.
Přitížení střechy FVE vč. podkonstrukce se bude opět pohybovat kolem 0,2kN/m2 (podkonstrukce bude trochu robustnější než v případě 1/, ale uličky mezi panely jsou zcela nezatížené), přitížení návějemi rozprostřené do plochy bude o rozdíl tvarových součinitelů krát základní tíha stěnu, tj. v tomto konkrétním případě 0,7 * (1,14-0,8) = 0,24kN/m2.
Celkové přitížení střechy vychází 0,20+0,24=0,44kN/m2, tedy přibližně 2 násobné proti případu 1/.
Z hlediska přitížení střechy je důležité, o jakou konstrukci střechy se jedná - zda je to lehká konstrukce, nebo zda jde o robustnější řešení. Pokud se jedná např. o lehkou ocelovou halu, pak vlastní tíhu střechy tvoří pouze sendvičové panely nebo trapézové plechy s tepelnou izolací a hydroizolací, tíha skladby může být jen 0,5-0,7kN/m2, zatížení sněhem nebo užitné 0,75, celkem 0,6+0,75=1,35kN/m2 a přitížení o 0,44kN/m2 je pak relativně velké: 0,44/1,35=33% navíc.
Pokud jde o těžkou skladbu např. s betonovými panely či monolitem a spádovými vrstvami, kde vl. tíha skladby může být větší než 5kN/m2, vč. užitného zatížením 5,75kN/m2, pak relativní přitížení bude 0,44/5,75=8%, tedy poměrně malé.
3/ Nakloněné panely v řadách stabilizované balastním zatížením
Z hlediska přitížení je nejhorší případ, kdy se na plochou střechu umístí řady panelů ve sklonu na podkonstrukci, tj. případ 2/, ale není možné se kotvit ke střeše a proti účinkům větru se přitěžují dlaždicemi či jiným balastním zatížením. Pak je plošné přitížení stejné jako v případě 2/, ale navíc se musí přičíst přitížení 30-50kg/m2. Tedy celkové přitížení je např. 0,2kN/m2 na FVE, 0,24kN/m2 na závěje a 0,4kN/m2 na dlaždice, celkem 0,84kN/m2. A to je relativně hodně v každém případě.

Závěrem
Odpovíme-li si postupně na otázky vznesené za začátku toho článku, pak:
- Každou střechu je nutné před osazením solárních FVE panelů posoudit z hlediska statiky, a to ať už se jedná o novou, tak o existující konstrukci.
- Zatížení FVE technologií se nemusí na 1. pohled zdát velké - panely jsou vlastně docela lehké - ale závisí na způsobu osazení a na typu nosné konstrukce střechy, na kterou se panely umísťují. Výhodnější jsou řešení, kdy nemohou vznikat závěje sněhu a dále ta, kdy není nutné panely přitěžovat balastním zatížením.
- Ano, zatížení solární FV technologií má vždy zásadní význam při návrhu nové, či posouzení existující střechy a bez statické analýzy není možné tvrdit, že je osazení v pořádku, nebo že je naopak nemožné technologii osadit bez úprav podpůrné konstrukce.
- Podle normy na zatížení sněhem mohou za každou překážkou vznikat sněhové návěje a tudíž i mezi řadami FVE panelů.
Doporučujeme proto hledisko statiky při instalaci fotovoltaiky nepodceňovat a nepodstupovat riziko lokálního, nebo i globálního přetížení střech. Náklady na posouzení statiky vč. případných úprav návrhu jsou neúměrné škodám, které následně mohou nastat.