Kolektory słoneczne – nie o budowie, a o rynku…

Koszty eksploatacji instalacji solarnej należą do najniższych w porównaniu do urządzeń grzewczych zużywających paliwo lub energię elektryczną. Zakładając nawet, że pompa obiegowa pracuje 8 godzin w ciągu dnia dla podgrzania 300 litrów ciepłej wody, pobierając średnio 30 W energii elektrycznej, koszty pracy wyniosą około 0,14 zł (rys. 1.). Przy zastosowaniu pompy z płynną regulacją obrotów, koszty te będą jeszcze niższe. Dla porównania koszty podgrzania 300 litrów wody przez inne urządzenia grzewcze mogą być wyższe od 15 do ponad 50 razy.

Najważniejsze w domu… ciepło

Ciepło stanowi podstawową potrzebę w bilansie energetycznym budynku jednorodzinnego. Według raportu GUS o zużyciu energii w gospodarstwach domowych [1], na ogrzewanie domów jednorodzinnych przypada średnio 68,8% całkowitej ilości energii zużywanej rocznie w domu. Na podgrzewanie wody użytkowej przypada 14,8%, na gotowanie posiłków 8,3%, na zasilanie sprzętu elektrycznego 6,6%, a na oświetlenie 1,5% energii (grafika 1).

Największy potencjał do szukania oszczędności, leży więc niezmiennie po stronie ograniczania zużycia ciepła i jego efektywnego wytwarzania. Wpływa to jednocześnie na ograniczanie dotkliwego w Polsce problemu niskiej emisji zanieczyszczeń powstającej z lokalnego spalania paliw. W ostatnich 10 latach to zresztą ciepło zanotowało największy wzrost kosztów zakupu – średnio 2-krotnie więcej w stosunku do energii elektrycznej. Te fakty nie zawsze są niestety znane, co potwierdza raport „Energooszczędność w moim domu 2015” [2], który mówi, że nadal połowa Polaków nie zdaje sobie sprawy z tego, że największe zużycie energii w domu leży po stronie potrzeb ciepła. Jednocześnie należy pamiętać, że im wyższy będzie standard energetyczny budynku, tym wyższy będzie udział ciepła potrzebnego dla podgrzewania wody użytkowej. Może ono wynosić nawet do 30% i więcej. Instalacje solarne znajdują najczęściej zastosowanie do podgrzewania wody użytkowej, ale coraz częściej również w Polsce, do wspomagania ogrzewania budynku.

Motywy zakupu instalacji solarnej w Polsce

Korzystny wpływ na wydatki domowe związane z zakupem paliwa lub energii są głównym powodem zakupu instalacji solarnej w Polsce (rys. 3). Drugim istotną przyczyną jest pozytywny wpływ na środowisko naturalne. Dofinasowanie inwestycji oraz niska cena są ważne, ale w dalszej kolejności.

Najpopularniejszy w ostatnim okresie program dotacji tzw. „45%” prowadzony przez NFOŚiGW został wykorzystany w 67 000 budynkach, co stanowi około 1,1% wszystkich budynków mieszkalnych istniejących w kraju. Jak więc widać nasycenie rynku i potencjał rozwoju (także w ujęciu statystyk mocy zainstalowanej, m²/1000 mieszkańców), pozostaje w kraju bardzo wysoki.

Koszty inwestycyjne i okres zwrotu

Oczekiwanie korzystnej ceny zakupu urządzeń, czy też całych systemów grzewczych jest uzasadnione ze względu na opłacalność inwestycji. Oczywiście pod uwagę należy wziąć szereg innych czynników, jak m.in. opieka serwisowa, warunki i okres trwania gwarancji, czy też potwierdzenie jakości i sprawności (w przypadku kolektorów słonecznych chociażby znak Solar Keymark). Optymalny koszt inwestycji to przede wszystkim relacja ceny do wydajności. W przypadku instalacji solarnej im „tańsze będzie wytworzone ciepło”, czyli im niższy będzie wskaźnik „cena/wydajność” (zł/W, zł/kWh), tym krótszy będzie okres zwrotu kosztów inwestycji.

Jak wskazują kalkulacje (tabela 1.), nie zawsze wyraźny wzrost cen urządzeń niesie ze sobą proporcjonalny wzrost efektywności systemu, co powoduje wydłużenie okresu zwrotu kosztów inwestycji. W przypadku samych kolektorów słonecznych nawet stosunkowo nieznaczne zwiększenie sprawności, np. z 80 do 82% może się wiązać z wyraźnym wzrostem ceny związanym z zastosowaniem innej budowy absorbera, szkła antyrefleksyjnego, bardziej złożonej izolacji cieplnej, itp.

Krótko o trendach technicznych…

Energetyka słoneczna termiczna, która rozwija się intensywnie od lat 90., spowodowała rozwój technologiczny, ale również jak w innych rozwijających się branżach, obniżanie kosztów wytworzenia urządzeń. Jest to skutek zarówno wprowadzania nowych materiałów (m.in. aluminium, pokrycie PVD), jak i wdrażania nowszych wydajniejszych technologii produkcji (m.in. spawanie laserowe, automatyzacja produkcji).

Wpływ na niższe koszty wytworzenia (grafika 5) ma również efekt znacznego zwiększenia produkcji, a także liczby producentów konkurujących ze sobą na globalnym rynku. Trendy technologiczne wskazane w artykule „Kolektory słoneczne płaskie – wczoraj i …dziś” nie uległy znaczącym zmianom.

Można mówić na pewno o dalszym wzmocnieniu trendu wypierania miedzi przez aluminium w budowie absorbera, czy też dominacji pokryć absorberów typu PVD. Na pewno wyraźnym trendem jest rozbudowa możliwości układów automatyki związana ze pracą instalacji solarnych w układach hybrydowych, a także rozwojem systemów zdalnego nadzoru pracy.

Dyrektywa ErP i …zmiany dla energetyki słonecznej

Etykiety dla kolektorów słonecznych?

Wprowadzenie w życie dyrektywy UE 2009/125/WE nazywanej często dyrektywą ErP, niesie ze sobą skutki także dla segmentu energetyki słonecznej.

Same kolektory słoneczne nie podlegają wymaganiu nadawania im etykiet efektywności energetycznej.

Chociaż takie rozważania były podejmowane i uzasadniane jako te, które wykażą znaczenie wykorzystania energii słonecznej o najniższym zużyciu energii pierwotnej (rys. 6). Kolektory słoneczne podlegają wymaganiu nadawania etykiet jedynie jako elementy składowe zestawów pakietowych, gdzie obecne jest konwencjonalne źródło ciepła (kocioł grzewczy, podgrzewacz elektryczny, itp.).

Wymagania dla pomp obiegowych

Współczynnik efektywności energetycznej (EEI) dla pomp obiegowych, od 1 sierpnia br., musi wynosić poniżej 0,23. Dotyczy to wszystkich pomp, tzn. i samodzielnych, i wbudowanych w urządzenia grzewcze i grupy pompowe. Zastosowanie pompy wysokoefektywnej obniża zużycie energii elektrycznej. Przykładowo pompa o 3-stopniowej regulacji obrotów cechuje się poborem energii 36/43/49 W, podczas gdy jej zamiennik w tej samej instalacji – pompa wysokoefektywna: od 3 do 45 W. W znacznym zakresie pracy zużycie energii elektrycznej będzie mogło być niższe i przy dynamicznym sterowaniu pracą pompy obiegowej zużycie roczne energii liczone w kWh powinno być niższe o 50 do 80%. Koszt zakupu grupy pompowej z pompą wysokoefektywną jest zwykle wyższy o około 15% w porównaniu do wersji z pompą stopniową. Dla małej instalacji solarnej, gdzie zużycie energii elektrycznej było i tak niskie, efekt ekonomiczny zastosowania bardziej oszczędnej pompy obiegowej nie jest może spektakularny, ale okres zwrotu kosztów inwestycji powinien zamknąć się w zakresie od 5 do 8 lat.

Wymagania dla podgrzewaczy pojemnościowych

Kolejną zmianą na rynku będzie wymaganie nadawania etykiet efektywności energetycznej od 26 września br. Dotyczyć to będzie także podgrzewaczy wody użytkowej oraz podgrzewaczy uniwersalnych (do wspomagania ogrzewania) o pojemności do 500 litrów. Wymagania określają maksymalną stratę ciepła (W, kWh). Przewiduje się, że większość podgrzewaczy 2-wężownicowych oraz uniwersalnych dobrej klasy będzie mieć klasę B, a jedynie nieliczne o podwyższonym standardzie izolacji cieplnej, najwyższą klasę A.

Etykiety dla zestawów

Przede wszystkim jednak kolektory słoneczne będą się najczęściej pojawiać w etykietach energetycznych dla kompletnych zestawów. Obowiązkiem sprzedawcy/producenta oferującego klientowi system grzewczy będzie przedstawienie zbiorczej etykiety dla np. systemu złożonego z kotła, podgrzewacza pojemnościowego i kolektorów słonecznych. Dzięki takiemu połączeniu możliwe będzie podwyższenie klasy efektywności, np. z A do A+. W dalszej przyszłości może być to np. wymogiem uzyskania dofinansowania do inwestycji.

Ciepło, czy energia elektryczna ze słońca?

Często można się zetknąć z dyskusją zasadności zastosowania kolektorów słonecznych lub paneli fotowoltaicznych. Należy wziąć pod uwagę szereg czynników. Niewątpliwą zaletą paneli fotowoltaicznych jest wytwarzanie najwyższej formy energii – energii elektrycznej, którą można wykorzystać dla różnych potrzeb. Jednak wytwarzanie i magazynowanie energii elektrycznej ma również swoje ograniczenia w zastosowaniu w budynkach indywidualnych o charakterze mieszkalnym. Krótkie zestawienie cech dwóch rodzajów systemów zamieszczono w tabeli 2. Nie jest także opłacalne podgrzewanie wody grzałką elektryczną zasilaną z paneli PV (testy porównawcze ITW Stuttgart 2013).

Tak jak wskazano na wstępie (rys. 2) podstawową potrzebą budynku jest ciepło. Dodatkowo w Polsce jego wytwarzanie jest związane z uciążliwym problemem niskiej emisji zanieczyszczeń. Jedynie zwiększanie efektywności wytwarzania ciepła, ograniczanie jego zużycia oraz stosowanie czystych paliw może lokalnie ograniczać to szkodliwe zjawisko. Jak wskazuje chociażby przykład Niemiec, kraju o najbardziej rozwiniętej „zielonej” produkcji energii elektrycznej, w ostatnich latach emisja CO₂ wzrasta i mówi się o „paradoksie transformacji energetycznej”.

Literatura:

[1] „Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2012 r.”, GUS, 2014
[2] „Energooszczędność w moim domu 2015”, Effective PR, 2015
[3] „Raport ConQuest Consulting – Rynek energii słonecznej w Polsce – trendy, tendencje i finansowanie” 2012
[4] „Strategic Research and Innovation Agenda for Renewable Heating & Cooling”, RHC-Platform, 2013
[5] „Energielabel für Sonnenkollektoren?”, S.Abrecht, Sonne Wind & Wärme, 12/2014