Kolektory s³oneczne – op³acalnoœć inwestycji

Miros³aw Zawadzki
Polska Ekologia
Kolektory s³oneczne – op³acalnoœæ inwestycji
Jednym z coraz popularniejszych rozwiązań pozyskania energii jest zastosowanie kolektorów słonecznych do podgrzewania wody.
D ecyzja o zakupie kolektorów słonecznych powinna być jednak przemyślana pod wieloma względami. Wątpliwości wzbudza zwłaszcza ekonomiczna zasadność użycia kolektorów.
Z całą pewnością inwestycja w kolektory zwraca się i przynosi oszczędności. Jednak obliczenie okresu zwrotu kosztów poszczególnych instalacji nie jest łatwe z powodu pewnych zjawisk występujących
w czasie eksploatacji kolektorów. Zużycie wody w różnych okresach użytkowania, ceny energii oraz nasłonecznienie w kolejnych latach podlegają nieustannym i często nieprzewidywalnym zmianom. R zeczywisty wynik ekonomiczny odbiega zatem in plus lub in minus od wyniku uzyskanego w toku obliczeń.
Podstawowa informacja dla dalszych rozważań to koszt uzyskania 1 kWh ciepła za pomocą kolektorów słonecznych.
W przedstawionym przykładzie obliczono ten koszt dla układu trzech kolektorów.
Załóżmy, że ciepło uzyskujemy z baterii 3 kolektorów. Powierzchnia czynna absorbera jednego kolek2
tora to 1,733 m . S prawność urządzeń, skierowanych na południe i zamontowanych na dachu o nachyleniu 45° , wynosi 80%. Przyjmijmy również, że napromieniowanie roczne na powierzchnię płaską, ustawioną
2
pod katem 45° i skierowaną na południe w miejscu posadowienia kolektorów wynosi 1000 kWh/m /rok,
natomiast usłonecznienie w tymże miejscu wynosi 1800 godzin w ciągu roku. D o przepompowania czynnika roboczego przez kolektory, użyto pompy obiegowej 25POr40C . Pobór mocy pompy pracującej na II
biegu oraz regulatora solarnego wynosi 50W. Załóżmy, że pompa obiegowa i regulator pracują rocznie
przez 1600 godzin.
Ponieważ 1 kWh energii elektrycznej kosztuje 0,41 zł, łatwo obliczymy roczny koszt eksploatacji opisanej instalacji solarnej:
0,05 kW × 1600 h × 0,41 zł/kWh = 32,8 zł
W ciągu roku kolektory wytwarzają zaś następującą ilość ciepła:
1000 kWh/m m × (3 × 1,733) m m × 80% = 4159,2 kWh
2
2
Zatem średnioroczny koszt uzyskania 1 kWh ciepła za pomocą trzech kolektorów wynosi:
32,8 zł / 4159,2 kWh = 0,0079 zł/kWh
Koszty uzyskania ciepła z różnych nośników przedstawia poniższa tabela.
Nośnik energii
Energia elektryczna
3
licznik jednotaryfowy
Miejska sieć ciepłownicza
Gaz płynny propan
Gaz ziemny GZ_50
5
Olej opałowy
Węgiel kamienny I kat.
Kolektory słoneczne
86
6
4
Wartość
1
opałowa
Cena
jednostkowa
Sprawność
2
urządzeń
Koszt
uzyskania
1kWh energii
-
0,41 zł/kWh
99%
0,410 zł
-
74,25 zł/GJ
99%
0,267 zł
-
1,50 zł/m
3
90%
0,255 zł
38147
1,42 zł/m
3
90%
0,152 zł
37700
1,40 zł/l
90%
0,147 zł
29000
0,41 zł/kg
55%
0,091 zł
-
-
80%
0,008 zł
Wszystkie ceny zawierają VAT. Ceny, jeśli nie podano inaczej, pochodzą ze strony internetowej
www.gazownia.zgorzelec.pl (02.07.2002 r.).
1 .
2.
3.
4 .
5.
6 .
Wartość opałowa wyrażona w kJ / jednostkę handlową wg www.gazownia.zgorzelec.pl, z wyjątkiem
wartości opałowej gazu ziemnego GZ-50 – wg www.geoland.pl.
Sprawność urządzeń wg www.gazownia.zgorzelec.pl, z wyjątkiem sprawności kolektora i miejskiej
sieci ciepłowniczej. Sprawność kolektora przyjęto na podstawie badania cieplnego kolektora PE 200S
firmy Polska Ekologia.
Cena energii elektrycznej uwzględniająca koszty przesyłu i opłatę abonamentową, naliczona przez
Zakład Energetyczny Warszawa w listopadzie 2002 roku.
Średnia opłata miesięczna w 2002 roku (wraz z opłatami stałymi), poniesiona przez Ośrodek Doradztwa i Doskonalenia Kadr w Łowiczu, ul. Kaliska 5.
Cena gazu uwzględniająca koszty przesyłu i opłatę abonamentową, naliczona przez PGN iG Gazownia Warszawska w listopadzie 2002 roku.
Koszt eksploatacji kolektorów odpowiada ilości energii elektrycznej zużytej przez pompę obiegową
oraz regulator, i jest tym niższy im więcej zainstalowano kolektorów.
Rozważając opłacalność inwestycji w instalację solarną, należy ponadto wziąć pod uwagę szereg
czynników dodatkowych, takich jak możliwość pozyskania dotacji i tanich kredytów przez inwestorów instytucjonalnych. Spółdzielnie mieszkaniowe, towarzystwa budownictwa społecznego oraz instytucje użyteczności publicznej (szkoły, szpitale, itp.) mogą bowiem korzystać z licznych środków pomocowych, przeznaczonych na inwestycje związane z wykorzystywaniem OZE. O pozyskanie finansowego wsparcia można
ubiegać się w wojewódzkich funduszach ochrony środowiska i gospodarki wodnej, N arodowym F unduszu
Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Ekofunduszu, a także w funduszach unijnych, np. SAPARD.
Potencjalni inwestorzy, zarówno instytucjonalni jak i indywidualni, mogą również ubiegać się o preferencyjne kredyty w B anku Ochrony Środowiska. Oprocentowanie tych kredytów wynosi ok. 4 0% stopy redyskonta weksli, co na koniec 2002 roku dawało realne roczne odsetki poniżej 4 % . N ależy podkreślić , że
koszty instalacji solarnej zależą w znacznym stopniu od zakresu modernizacji istniejącej, tradycyjnej instalacji. Stosunkowo najtań sza jest instalacja solarna wkalkulowana w koszty budowy nowego obiektu. Od
razu można zamontować kolektory w połaci dachowej, rezygnując z części poszycia, a pojemnościowy
zbiornik ciepłej wody użytkowej stanowi niezbędne wyposażenie większości współczesnych systemów
grzewczych, zwłaszcza niskotemperaturowych.
Cena zbiornika to ok. 1 / 3 ceny instalacji solarnej, dlatego jeśli kotłownia jest już wyposażona w odpowiedni zasobnik, to prosty okres zwrotu kosztów instalacji solarnej dla domu jednorodzinnego wyniesie
nie więcej niż 5 lat. Wyposażając dom w urządzenia AGD, nie powinniśmy zapominać , że większość nowoczesnych pralek i zmywarek ma przyłącza ciepłej wody. J eśli ogrzewamy wodę za pomocą Słoń ca, to
oszczędności z tytułu mniejszego zużycia energii elektrycznej są oczywiste.
Przykładowa inwestycja:
W dniu 26 listopada 2001 r. przedsiębiorstwo „ I nstal–B ud” Sp. z o.o. z Konina, po wygranym przetargu, rozpoczęło budowę trzech kotłowni z instalacjami solarnymi dla czterech budynków wielorodzinnych.
B udynki (A, B , C i D) należą do Towarzystwa B udownictwa Społecznego „ Czynszówka” i wchodzą w skład
osiedla bloków mieszkalnych przy ul. Starodworcowej w Gdyni. B loki A i B , usytuowane obok siebie, tworzą kompleks połączony piwnicą przeznaczoną na garaże dla lokatorów. B loki C i D ustawione są jeden za
drugim jako dwa oddzielne obiekty.
B udynki A i B zasilane są z jednej kotłowni (o mocy 225 kW) usytuowanej w piwnicy budynku A,
natomiast budynki C i D z własnych kotłowni (o mocy 1 30 kW) usytuowanych na pierwszej kondygnacji
tych budynków.
Wszystkie kotłownie wykonane są w identycznej technologii, ale kotłownia budynków A i B jest bardziej
rozbudowana i posiada większą moc. Kotłownie, wyposażone w bardzo nowoczesne gazowe kotły kondensacyjne typu Vitocrossal 300 firmy Viessmann, służą do zasilania budynków w energię cieplną do c.o. i c.w.u.
Każda z kotłowni posiada cztery odrębne, ze względu na pełnioną funkcję, układy. Czynniki robocze
układów nie mieszają się, ale odbywa się między nimi wymiana ciepła.
Pierwszy, to układ zasilania instalacji centralnego ogrzewania. Składa się z rurociągów (zasilającego
i powrotnego), zakoń czonych rozdzielaczami oraz filtro–odmulnika magnetycznego. U kład zabezpieczony
jest membranowym zaworem bezpieczeń stwa SY R oraz przeponowym naczyniem zbiorczym Reflex typu
N . Z rozdzielaczy wyprowadzony jest obieg grzewczy z mieszaczem firmy Danfoss i pompą zasilającą firmy Grundfos oraz obieg zasilania wężownic znajdujących się wewnątrz pojemnościowych podgrzewaczy
wody. Sterowanie realizowane jest regulatorem pogodowym Vitotronic 300 firmy Viessmann.
87
Podstawowym źródłem zasilania drugiego z układów, służącego do przygotowania ciepłej wody użytkowej, jest system solarny wspomagany szczytowo przez kocioł gazowy. Przygotowanie c.w.u. następuje
w podgrzewaczach pojemnoś ciowych, w których znajduje się wężownica podłączona do kotła c.o. Płytowy
wymiennik ciepła firmy Alfa L av al, podłączony do pojemnoś ciowego podgrzewacza c.w.u., zapewnia zasilanie z instalacji solarnej lub ze zbiorników buforowych. U kład jest wyposażony ponadto w pompę cyrkulacyjną i zabezpieczony zaworem membranowym SYR oraz naczyniem kompensacyjnym Reflex typu D.
U kład solarny ( trzeci) jest zbudowany w oparciu o kolektory słoneczne PE 2 0 0 S AL firmy Polska E kologia.
PE 2 0 0 S AL jest to kolektor słoneczny cieczowy płaski, z miedzianym selektywnym absorberem umieszczonym w aluminiowej obudowie. Przykrycie kolektora stanowi specjalne szkło solarne.
K onstrukcja dachów budynków A i B umożliwiła umieszczenie na nim 4 0 kolektorów, natomiast konstrukcja dachów budynków C i D umożliwiła montaż 3 4 kolektorów na każdym z nich. K olektory są skonfigurowane w zespoły od 2 do 4 szt. Razem na czterech budynkach zamontowano 10 8 kolektorów o łącznej
2
powierzchni czynnej 187 m .
Ponieważ kolektory rozmieszczone są na budynkach nierównomiernie, układ solarny pokrywa 4 1%
całkowitego rocznego zapotrzebowania na ciepło do przygotowania c.w.u. dla budynków A i B , oraz 5 7%
zapotrzebowania dla budynków C i D.
Z espoły kolektorów połączone zostały rurociągami miedzianymi o ś rednicy od 18 do 5 4 mm, połączonymi w układ stałego rozpływu Tichelmanna. Rury zostały zaizolowane wysokotemperaturową otuliną
ze spienionego kauczuku, typu Armaflex HT.
I nstalacja napełniona jest płynem niezamarzającym ( wodnym roztworem glikolu propylenowego) .
K ażdy obieg solarny wyposażono w pompę obiegową G rundfos, regulację przepływu, membranowy zawór
bezpieczeństwa SYR oraz naczynia przeponowe Reflex typu D.
K ażdy obieg solarny sterowany jest regulatorem Solartrol–M firmy V iessmann, który włącza pompę
obiegową na podstawie porównania temperatury cieczy w kolektorach i wody w podgrzewaczach oraz
pomiaru natężenia promieniowania słonecznego.
Ciepło pozyskane przez kolektory przekazywane jest poprzez wymienniki płytowe lutowane firmy Alfa
L av al do pojemnoś ciowych podgrzewaczy wody lub do czwartego układu – zbiorników buforowych. U kład
buforowy składa się generalnie ze zbiorników dużej pojemnoś ci i dwóch pomp obiegowych firmy G rundfos.
U kład wypełniony jest wodą krążącą w obiegu zamkniętym i stanowi ogniwo poś rednie pomiędzy instalacją
solarną a podgrzewaczami c.w.u. G dy cały zład ciepłej wody jest podgrzany do wymaganej temperatury,
a instalacja solarna nadal wytwarza ciepło, magazynowane jest ono w zbiornikach buforowych i oddawane
w czasie zwiększonego zapotrzebowania ( zazwyczaj bufory ogrzane w ciągu dnia oddają ciepło nocą) .
B udynki TB S „ Czynszówka” zbudowane zostały z zastosowaniem najnowszych technologii. Posiadają
kotłownie o wysokiej sprawnoś ci, wspomagane dodatkowo energią słoneczną. Z astosowanie kolektorów słonecznych na tak dużą skalę wpływa nie tylko na obniżenie kosztów eksploatacji budynku, ale pozwala chronić ś rodowisko naturalne poprzez redukcję zanieczyszczeń emitowanych przy spalaniu paliw kopalnych.
N a zrealizowanie inwestycji pozyskano znaczne ś rodki finansowe w formie dotacji z funduszy proekologicznych dzięki temu, iż w budynkach zainstalowano kolektory słoneczne.
Źródło: Mirosław Zawadzki „Kolektory słoneczne, pompy ciepła na tak”
88