Fotovoltaika in ravna ekstenzivno ozelenjena streha – integracija dveh komplementarnih tehnologij

V diplomskem delu sem opisal sistem zelenih ravnih streh, strešnih sončnih elektrarn ter njihovo integracijo v en komplementarni sistem. Preučeval sem tri hipoteze, ki sem jih preizkušal skozi celotno nalogo. Najprej sem preučeval pozitiven vpliv mikroklime zelenih ravnih streh na delovanje PV-panelov.

Ugotovil sem, da zelena streha preko evapotranspiracije (prehajanje vode v plinsko stanje skozi površino zemlje in rastlinskih listov) zadrževanih meteornih vod in zmanjšane akumulacije toplote na površini strešne površine ustvarja hladnejšo mikroklimo v svoji lastni okolici. Tako lahko v poletnih mesecih dosežemo tudi do 30 °C hladnejše temperature zelenih površin v primerjavi z bližnjo okolico. PV-paneli imajo zmanjšano proizvodnjo električne energije, kadar se segrejejo nad svojo optimalno delovno temperaturo 25 °C. Tako ugotovimo, da imajo PV-paneli v povprečju 6 % večjo proizvodnjo električne energije v primerjavi s PV-paneli na klasični ravni bitumenski – prodnati ravni strehi. Hipoteza je na podlagi teh rezultatov potrjena.

V drugi hipotezi sem preučeval pozitivni vpliv senčenja PV-panelov na vegetacijo zelene ravne strehe. V večletni primerjalni raziskavi je bilo ugotovljeno, da so imele zelene strehe, na katerih so bili nameščeni PV-paneli, zaradi zmanjšanega neposrednega sončnega obsevanja nižjo površinsko temperaturo za 2,5 °C in zmanjšano hitrost izhlapevanja, kar je omililo vpliv poletnih sušnih obdobij. Rezultat teh dveh dejavnikov je bila večja biomasa vegetacije in večje število različnih rastlinskih vrst. Hipoteza je na podlagi teh ugotovitev potrjena.

V zadnji hipotezi sem preučeval komplementarnost teh dveh sistemov, ter ali izpolnjujeta kriterije za ekološko vzdržni način gradnje in bivanja. Ugotovljeno je bilo, da sistema drug na drugega nimata nobenih negativnih vplivov, čeprav bi sprva predvidevali, da oba sistema tekmujeta med seboj za prostor. Kadar sta sistema združena, ugotovimo, da izboljšujeta že obstoječe pozitivne lastnosti drugega sistema. Zelena klima ustvarja hladnejšo mikroklimo, kar izboljšuje izkoristek PV-panelov, sončne celice pa s pomočjo senčenja zmanjšujejo vpliv sušnih obdobij in povečujejo biodiverziteto vegetacije.

Med celotnim diplomskim delom sem preučeval trditev o ekološko-vzdržni ali trajnostni gradnji integriranega sistema.
Za potrditev te hipoteze sem preverjal tri kriterije:
 energetski,
 ekološki,
 okoljski.

Energetske kriterije sistem izpolnjuje v zmanjšani uporabi energije ter posledično zmanjšani proizvodnji emisij toplogrednih plinov, saj ima zelena streha, kadar je pravilno narejena, izjemno dobre toplo izolativne lastnosti, kar nam pozimi zmanjša stroške ogrevanja, poleti pa zmanjša stroške hlajenja. PV-paneli s pomočjo strešne sončne elektrarne lahko izpolnjujejo večino energetskih potreb objekta. Pri skrbni izrabi strehe lahko objekt v določenih primerih tudi ustvarja višek energije.

Ekološke – okoljske kriterije sistem prav tako zelo dobro izpolnjuje. S pomočjo zelene strehe vračamo naravi izgubljene zelene površine in ponujamo življenjski prostor različnim živalskim in rastlinskim vrstam. Z zadrževanjem in počasnim sproščanjem meteornih vod pa razbremenimo vodovodno infrastrukturo, kar je lahko v močnejših nalivih za urbane centre izjemnega pomena, saj zaradi izgube zelenih površin nimajo možnosti zadrževanja padavin. Zelene strehe zaradi evapotranspiracije vlage v zemljini ohlajajo strešno konstrukcijo in okolico objekta, kar v urbanih naseljih zmanjša vpliv urbanega toplotnega otoka UHI. Zaradi tega so nižje potrebe po ohlajevanju objekta, posledica tega pa je manj emisij toplogrednih plinov, kar lahko še dodatno zmanjšamo z uporabo strešne sončne elektrarne v kombinaciji z zeleno streho.

Pomemben ekološki vidik zelenih streh je vračanje izgubljenih površin zaradi gradnje in širitve urbanih naselij. Tako s pomočjo takšne strehe pridobimo nove življenjske prostore, in sicer tako za ljudi v primeru ekstenzivne ozelenitve z urejenimi strešnimi vrtovi in sprehajalnimi potmi kot za različne živalske vrste v primeru, da ima streha samo ekstenzivno ozelenitev z enojnim namenom ščitenja hidroizolacije strešne kritine. Ta hidroizolacija pa ima zaradi tehničnih in toplotnih karakteristik zelenih streh tudi močno podaljšano življenjsko dobo (60–90 let) v primerjavi s klasičnimi bitumenskimi (15 let), saj je zaradi vegetacije in sloja zemljine zaščitena pred UV-sevanjem in mehanskimi poškodbami. Konstantna temperatura strešne konstrukcije pa zmanjšuje skrčke in raztezke hidroizolacije, kar prav tako podaljšuje življenjsko dobo.

Za namene potrjevanja hipoteze sem preučil dve akademski raziskavi. Najbolj razširjena je bila Köhlerjeva raziskava, opravljena med leti 2001–2006. Ta je preučila posamezne interakcije med PV-paneli in vegetacijo zelene strehe in je v veliki meri okrepila in opravičila mišljenje o pozitivni interakciji sistemov. Druga akademska raziskava (Mohammed Alshayeb in Jae D. Chang), ki je bila opravljena v manjši meri (samo en mesec), je prav tako potrdila prvotne rezultate.

Osnovna hipoteza, ki je bila postavljena na začetku diplomskega dela, da sta sistema zelene ravne strehe in sistem fotonapetostnih panelov komplementarna in ponujata ekološko vzdržen način gradnje in bivanja, je bila na podlagi teh ugotovitev potrjena v vseh točkah.