KuPr system, s.r.o. © 2022 | ProExperty.cz
Vizualizace obnovy staré PHS Osice za použití FVE PHS panelů
Z důvodu cílů energetické politiky EU a na ně navázaných strategické dokumentů ČR (Státní energetická koncepce a podřazené národní akční plány) v kombinaci s vývojem trhu při respektování omezení plynoucích z intermitentního charakteru OZE) se v ČR aktuálně výrazně zrychluje přírůstek instalovaného výkonu FVE. Proto se uvažuje, kam všude lze FV instalovat a jak lze energii z FV vhodně využít. Trendem již není stavět FVE do volného prostoru a tím např. znehodnotit zemědělskou půdu. Zhruba od roku 2010 došlo v ČR k výraznějšímu rozvoji instalace FV přímo ve městech na haly, kancelářské budovy, rodinné domy apod., ale ani tento prostor není neomezený. Uvažuje se tak i o dalších možnostech instalace FV. Jednu z variant, kterou lze stále považovat za experimentální, ale ve světě se rozšiřuje, představuje instalace FVE na protihlukové stěny. Fotovoltaická protihluková stěna (FVPHS) plní účel absorpce nadlimitního hluku typicky ze silnice nebo železnice a zároveň je zdrojem elektrické energie. Nevýhodou jsou však zatím poněkud vyšší náklady na nosnou konstrukci pro umístění FV modulů na protihlukovou stěnu oproti umístění např. „na zelenou louku“ nebo na střechu RD, protože nosné konstrukce ještě nejsou standardizované a jedná se zatím většinou o prototypovou výrobu.
Potenciál FVPHS je nevyužitý a hlavní překážku pro realizaci takového projektu v ČR zatím představuje stávající legislativa. Legislativa sousedních evropských států již vzala v potaz PHS explicitně jako jednu z možných variant instalace FVE. V ČR jsou sice v Metodické pomůcce Ministerstva pro místní rozvoj k umisťování, povolování a užívání fotovoltaických staveb a zařízení [2] také explicitně zmíněny „protihlukové stěny okolo dálnic“ mezi možnostmi aplikace FV systémů. Legislativně existují však stále překážky. PHS jsou veřejný prostor. Většinou jsou na území ČR majetkem Ředitelství silnic a dálnic, Správy železnic nebo dalších státních organizací. Dalším možným vlastníkem PHS mohou být jednotlivé městské municipality prostřednictvím svých příspěvkových organizací. V programových dokumentech pro implementaci evropských dotačních programů jako např. Modernizačního fondu, jehož program č. 2 Nové obnovitelné zdroje v energetice (RES+) je přímo pro instalaci FVE do veřejného prostoru určen, nejsou ovšem mezi příklady podporovaných opatření PHS explicitně zmíněny. [3][4] Lze však uvažovat podporu projektu FVPHS v rámci výzvy RES+ č. 1/2022 – Fotovoltaické elektrárny do 1 MWp nebo v rámci výzvy RES+ č. 3/2022 – Komunální FVE pro malé obce. S předpokladem růstu popularity projektů FVPHS u odborné veřejnosti lze také očekávat v dalších vyhlašovaných výzvách programu explicitní zmínění podpory projektů FVPHS. [5][6]
I z hlediska získání povolení stavebního úřadu a licence Energetického regulačního úřadu (ERÚ) na FVE se legislativní podmínky v ČR zjednodušují a přibližují se tak podmínkám v zemích kde již pilotní projekty FVPHS byly realizovány. V září 2022 byla vládou schválena novela energetického zákona, podle které u staveb obnovitelných zdrojů energie do 50 kW (kWp) nebude třeba územní povolení, stavební povolení, ohlášení stavby, licence ERÚ ani měsíční vykazování výkonu (dříve do 20 kW). [8] Další zjednodušení legislativní zátěže staveb OZE je plánováno. [7]
Mimo uzákonění samotných staveb je však třeba se postarat o distribuci vyrobené energie z těchto staveb, což je také řešeno v rámci novely energetického zákona, která počítá s možností tzv. komunitní energetiky. [9] Novela má umožnit vznik energetických společenství, jejichž členové mezi sebou budou moci sdílet energii, kterou vyrobí ze společných výroben. Novela navazuje na směrnici Evropské unie o společných pravidlech pro vnitřní trh s elektřinou. Pomůže domácnostem, obcím i firmám usnadnit výrobu vlastní energie především z obnovitelných zdrojů. Díky novele bude možné veškerou vyrobenou energii sdílet mezi odběrnými místy, která budou členy energetického společenství, a už nebude nutné tolik posílat přebytky vyrobené energie do sítě. Konkrétním příkladem využití komunitní energetiky pro projekt FVPHS je výroba elektřiny ze solární elektrárny na protihlukové stěně v rámci obce. Obec si pořídí vlastní FVE, kterou napojí na místní distribuční síť. Elektřinu, kterou vyrábí, pak může dodávat vybraným odběratelům zahrnutým do energetického společenství – primárně úřadům, školám, sportovním halám a dalším. Takto vyrobená elektřina může členům energetického společenství nahradit část jejich spotřeby elektřiny. [10][11]
Komunitní energetika se objevuje i v obecném programovém dokumentu pro implementaci Modernizačního fondu v České republice v rámci programu č. 8 (KOMUNERG). [3] Mezi příklady podporovaných opatření relevantní pro projekt FVPHS patří optimalizace konečné spotřeby energie, výstavba komunitních elektráren, využívajících nepalivové OZE, s vlastní či pronajatou distribuční sítí vč. možnosti akumulace energie, inteligentních síťových a měřicích prvků, a optimalizace spotřeby energie, instalace systému aktivního hospodaření s energií (např. měření a regulace), výstavba komunitních dobíjecích či plnicích stanic na energii/palivo vyprodukované v rámci společenství pro nízkoemisní vozidla aktivních spotřebitelů. [3]
Dále pokud by stát PHS pronajímal za účelem investorských projektů, je zde i možnost obchodováni s elektřinou na trhu. Mezi výhody využití plochy PHS pro FV systémy patří skutečnost, že PHS jsou vždy umístěny poblíž aglomerací, které právě chrání před hlukem. Umístění PHS je podloženo akustickou studií, která je nedílnou součástí dokumentace pro územní rozhodnutí. [12] Proto zde lze nalézt využití pro vyrobenou energii ať už např. pro napájení veřejných objektů v blízkosti (např. na dálniční odpočívce), pro elektromobilitu (ostrovní systémy u samoobslužných dálničních odpočívadel apod.), nebo úsporu energie v domácnostech. Dále pro FV na PHS u železnice se nabízí využití vyrobené energie rovnou v trakční síti nebo v zastávkách. Správa železnic (SŽ) již experimentuje s FVE v okolí železničních cest ve formě prvních projektů na zastávky. V Děčíně je přímo výrobou elektřiny z FVE pokrývána část okamžité spotřeby v nádražní budově SŽ. [13]
V případě projektu fotovoltaické protihlukové stěny lze očekávat, že nehrozí omezení vyplývající např. z umístění v přírodních parcích ani v památkových zónách, pokud zde již bude umístěna nebo plánována silnice pro motorová vozidla, dálnice nebo železnice s protihlukovou stěnou. V některých případech hraje roli i odlesk FV modulů, který lze technickými opatřeními podstatně minimalizovat. Za potenciální nebezpečí instalace FVE na protihlukovou stěnu by bylo možné považovat oslňování projíždějících řidičů. Dle dostupných studií [14][15][16][17] však FV moduly způsobují menší oslnění než např. okna nebo vodní hladina. Důkazem bezpečnosti mohou být instalace FV systémů na světových letištích bez zaznamenání problémů s oslněním pilotů letadel FV moduly. Britská studie [18] prezentuje výsledky experimentu FVPHS u dálnice M27 ve Velké Británii, kde bylo pomocí kamerového systému sledováno chování řidičů v okolí FVPHS. Snímán byl provoz po směru jízdy i provoz v protisměru. Na základě pozorování nebylo zjištěno, že by instalace měla jakýkoli vliv na chování řidičů při projíždění okolo FVPHS. Zhoršení bezpečnosti silničního provozu lze tedy vyloučit.
První projekt fotovoltaické protihlukové stěny (FVPHS) vznikl již v roce 1989 ve Švýcarsku, kde se jednalo o instalaci FV modulů na PHS u dálnice A13. Švýcarská Spolková rada považuje FVPHS za slučitelné s cílem využívání zdrojů, jako je půda, voda, a energie, udržitelným způsobem. Zároveň čelila legislativním požadavkům na budování nových PHS podél silnic a železnic v zastavěných oblastech. Proto Švýcarské federální ředitelství silnic (FEDRO) realizovalo v prosinci 1989 první dálniční FVPHS na světě. FV moduly jsou zde připevněny na dvoumetrové konstrukci, která je namontována na PHS pod optimálním sklonem vzhledem k zeměpisné šířce místa a pokrývá podél silnice délku PHS 800 m. Polykrystalické FV moduly zde zabírají plochu přibližně 970 m2 a vyrobí zhruba 108 000 kWh ročně po odečtení vlastní spotřeby elektrárny (napájení střídače a monitorovacího systému). [25]
První FVPHS byla v Německu postavena v roce 1992. Od té doby po celé zemi vzniklo mnoho dalších FVPHS. K tomu přispěly klesající náklady na fotovoltaiku (jak bylo probráno v předchozích podkapitolách), legislativa stanovená zákonem o obnovitelných zdrojích energie (EEG – Erneuerbare-Energien-Gesetz) [20] a politika Energiewende. Legislativní změny v EEG přinesly výkupní ceny energie z OZE, a politika Energiewende podporuje přechod na ekologicky šetrné, spolehlivé a cenově dostupné nízkouhlíkové dodávky energie. Tyto faktory společně úspěšně stimulovaly rozvoj OZE v celém Německu.
První generace FVPHS v Německu byla dodatečně instalována na stávající PHS. Nyní se posuzují možnosti využití PHS pro instalaci FV již od počátku plánování nových PHS. Nicméně stávající protihlukové stěny i nadále poskytují významný potenciál pro výrobu energie z OZE. Německé ředitelství dálnic identifikovalo perspektivní lokality po celé zemi prostřednictvím analýzy GIS, která spojovala informace o umístění a orientaci stávající infrastruktury, jako jsou PHS, silnice, budovy, hráze apod. dohromady s přírodními charakteristikami, jako je topografie, terénní vlny a intenzita slunečního záření. Trojrozměrné modelování pak bylo použito k dalšímu upřesnění pro zjištění, kde např. náspy a dopravní infrastruktura poskytují největší potenciál výkonu FVE.
Ve většině případů, kdy je nalezena vhodná lokalita pro výstavbu FVPHS, je k financování a dokončení výstavby zapotřebí soukromý developer, který je ochoten pokrýt počáteční náklady. Developer také obvykle platí poplatek státu, aby mohl pozemek využívat, a vyrobená elektřina se dodává do sítě. Výstavba moderních FVPHS bude obvykle zahrnovat montáž FVE s použitím zařízení proti krádeži, jako jsou např. šrouby s protizávitem a kamery, aby se zabránilo vandalismu. Tento problém se však s rostoucím využíváním integrovaných FVPHS stává méně závažným. [19]
Doba potřebná k návratu investičních nákladů bude záviset zejména na ceně a výši dotací, ale v oblastech s vyšší intenzitou slunečního záření, jako je jihozápadní Německo, se FVPHS ukázaly jako zvláště nákladově efektivní. Německé ředitelství dálnic vypracovalo příručku popisující, jak veřejné a soukromé zúčastněné strany mohly nejlépe spolupracovat, aby byly aplikace FVPHS ekonomicky životaschopné, včetně poskytnutí přehledu efektivních postupů projektování a výstavby a vzorových smluv pro partnerství veřejného a soukromého sektoru.
Pro německé silniční úřady nepředstavují FVPHS obvykle technické problémy z hlediska snížení protihlukové funkce nebo bezpečnosti. Hotové technologie fotovoltaických panelů vyrobené speciálně pro zařízení snižující hluk splňují nebo překračují regulační pokyny pro snižování hluku a za předpokladu, že jsou komponenty fotovoltaických panelů správně orientovány vzhledem k charakteristikám místa, se neočekává, že by přidání fotovoltaických panelů do protihlukové stěny mělo vliv a nezpůsobí nové stížnosti na hluk. Totéž platí i pro otázky bezpečnosti. PHS v Německu musí splňovat všechny příslušné předpisy a bezpečnostní normy bez ohledu na to, zda obsahují solární panely. Obvykle jsou umístěny za svodidly a nebyly spojeny s problémy s oslňováním nebo rozptylováním řidičů.
Jedním z problémů jsou pravidelné stížnosti obyvatel, kteří si stěžují na vizuální estetiku FVPHS nebo na to, že FVE zasahující nad stávající PHS narušují výhled. V budoucnu se plánuje více zapojit do procesu přípravy a rozvoje FVPHS místní rezidenty, aby pomohly při plánování a zajistilo se, aby s projekty souhlasili.
Výstavba protihlukových stěn je v Nizozemsku velice rozšířená. V zemi je vysoký počet obyvatel a vysoká hustota obyvatelstva znamená, že dálnice, železnice, domy a podniky se často nacházejí v těsné blízkosti, což vyžaduje stavbu PHS. Na počátku 90. let 20. století se začaly v Nizozemsku zkoušet projekty dodatečného vybavení betonových protihlukových stěn FV moduly a v roce 1998 postavili jednu z nejdelších instalací FVPHS, která v té době existovala. Stojí v délce 1,6 km podél dálnice poblíž Amsterdamu. Dodnes vyrábí přibližně 176 000 kWh elektřiny ročně. Projekt byl však realizován, když byla instalace OZE v přepočtu na watt mnohem dražší, než je tomu nyní. Proto realizace solární protihlukové stěny v Nizozemsku sice ukázala zelené ambice, ale neznamenala nutně zisk. Vzhledem k tomu, že náklady na FV systémy od té doby významně poklesly, mohou být nyní podobné projekty šetrné k životnímu prostředí i ekonomické. [21]
V Nizozemsku se proto snaží posunout hranice ve výzkumu FVPHS, zejména v oblasti v oblasti nových PHS. Stavba nové FVPHS dává projektantům největší možnosti a flexibilitu při navrhování FV systému. Rijkswaterstaat (RWS) je úřadem, který je zodpovědný za projektování, výstavbu, správu a údržbu vodních děl a silniční sítě v Nizozemsku. Nyní pracuje na projektu LIFE Solar Highways, který může připravit půdu pro další rozvoj FVPHS. Za tímto účelem RWS spolupracuje se Střediskem pro energetický výzkum v Nizozemsku (ECN) a Střediskem pro aplikace solární energie (SEAC), aby demonstrovalo technickou stránku projektu (prototyp plně integrované FVPHS) a vypracovali proveditelný ekonomický model. Cílem týmu je také ukázat environmentální a sociální přínosy využití moderních konstrukčních prvků pro stavbu PHS na dálnicích. Projekt je financován z grantu Evropské komise LIFE+ v hodnotě přibližně 1,4 milionu EUR v kombinaci s finančními prostředky RWS. [23]
V České republice v současnosti zatím nebyl (k roku 2023) realizován žádný projekt FVPHS. Existují již návrhy FVPHS s konkrétním umístěním, jako je např. projekt FVPHS uvažovaný v úseku Vysoké Mýto – Džbánov dálnice D35. Společnost ČEZ ESCO v testovacím parku v Ledvicích zkouší vlastnosti a vhodnost různých typů FV modulů, které chce po vyhodnocení nasazovat v připravovaných velkých solárních parcích. Úhrnný výkon těchto zdrojů, kterými přispěje k plnění klimatických cílů a závazků České republiky, by měl údajně v příštích 10 letech dosáhnout tisíců MW. Proto jsou mezi testovanými typy instalací i svisle instalované oboustranné FV moduly pro agrivoltaiku nebo protihlukové stěny. [18]
Obecným závěrem ze zkoumání projektů fotovoltaických protihlukových stěn je, že nejdůležitější výzvu výstavby intermitentních zdrojů energie představuje jejich propojení s vhodnou spotřebou, která se časově vhodně kryje s výrobou elektřiny a eliminuje tak nutnost vysokých investičních nákladů (CAPEX) na akumulaci. To se projevuje i na výsledné čisté současné hodnotě (NPV) investice. Projevuje se zde intermitentní (nestálý) charakter výroby energie z FVE a nemožnost v současné době technicky (a ekonomicky) uspokojivě řešit akumulaci energie v dostatečném množství. S tím souvisí i fakt, není vhodné porovnávat instalovaný špičkový výkon FVE (v jednotce watt-peak) s instalovaným výkonem flexibilních zdrojů (v jednotce watt), protože se jedná o rozdílné veličiny. Cílem státní energetické politiky by tedy nemělo být pouze vybudování co nejvyššího instalovaného špičkového výkonu OZE, ale zejména omezení pálení vysokoemisních paliv i ve dny s těmi nejvíce nepříznivými podmínkami v roce (nepříznivým počasím pro OZE) spolu se zvyšováním účinnosti spotřebičů a snižováním nadbytečné spotřeby.
Ing. Jakub Novák