Ile kosztuje kolektor słoneczny? Energetyczna amortyzacja

O aspekcie ekonomicznym przedsięwzięcia związanego z kolektorami słonecznymi pisze się dosyć niewiele, a jeśli już to informacje podawane w różnych publikacjach mają się nijak do siebie. Koszt zakupu instalacji kolektorów płaskich dla ogrzewania c.w.u. dla 3-4 osób to około 8-30 tys. zł i stanowi znaczny wydatek. Czas zwrotu takiej inwestycji jest uzależniony od sposobu wykonania instalacji, sposobu wykorzystania zastępowanego nośnika energii oraz zakładanych/mierzonych uzysków energii cieplnej. Czas ten może wahać się w szerokim zakresie paru lat po kilkanaście, dochodząc nawet do czasu żywotności urządzenia. W ten sposób uwzględniany jest jedynie aspekt ekonomiczny przedsięwzięcia, przy zupełnym braku zainteresowania stroną ekologiczną. Próbę powiązania ekonomii z ekologią stanowi tzw. energetyczny czas zwrotu inwestycji.

Energetyczny czas zwrotu inwestycji Czas zwrotu energetycznego urządzenia jest dosyć specyficznym parametrem pozwalającym stwierdzić, po jakim czasie dane urządzenie grzewcze wytworzy (zaoszczędzi) równoważną ilość energii (pierwotnej) do energii niezbędnej do wytworzenia danego produktu i energii niezbędnej podczas eksploatacji. Procedura określenia tej wielkości jest dosyć skomplikowana i wymaga realizacji licznych kroków, które pozwolą określić czas zwrotu energetycznego.

W tym celu „rozkłada się instalację na czynniki pierwsze” do momentu, aż możliwe będzie określenie z dużą precyzją nakładu energetycznego na poszczególne elementy systemu. W tym celu konieczna jest szczegółowa znajomość poszczególnych elementów urządzenia/procesów produkcyjnych (materiały, sposób wykonania oraz ciężar poszczególnych elementów). Dodatkowo należy znać nakłady energetyczne na wytworzenie jednostki produktu.

Zebranie informacji o ilości poszczególnych elementów systemu wymnożone przez nakłady energetyczne pozwoli na określenie ilości energii, jaka jest potrzebna do wytworzenia poszczególnych elementów. Zsumowanie ilości energii dla poszczególnych elementów określa całkowite nakłady energetyczne wymagane dla wytworzenia urządzenia.

„Elementy” instalacji słonecznej Nakłady energetyczne instalacji słonecznej obejmują: energię potrzebną na wytworzenie instalacji (I), na jej konserwację (II) oraz ilość potrzebnej energii do pracy urządzenia (III). Energia potrzebna do wytworzenia instalacji słonecznej (I) obejmuje: energię niezbędną do wytworzenia poszczególnych elementów instalacji (A), energię potrzebną do złożenia instalacji i jej montażu (B) oraz energii zużytej na transport (C). Na elementy instalacji (A) składają się: kolektory (a), zestaw montażowy, zbiornik, układ pompowy, sterowanie, układ bezpieczeństwa, orurowanie. Poszczególne elementy złożone są z elementów składowych i tak np. kolektor (a) składa się z absorbera (aa), obudowy, przykrycia szklanego oraz izolacji. Elementy składowe powstają z poszczególnych materiałów (jednorodnych lub też nie). Absorber (aa) np. składa się co najmniej z dwóch elementów: miedzi i pokrycia selektywnego. Rozkładając w ten sposób proces wytworzenia urządzenia na składniki, elementy, materiały, dochodzimy do momentu, w którym dla każdego materiału, procesu możemy przypisać określone nakłady energetyczne. W zależności od materiału możemy mieć do czynienia z różnymi jednostkami, co widać na przykładzie absorbera. Ilość miedzi opisywana jest w masie surowca [kg], zaś pokrycie selektywne (jak też np. ilość szkła) określana jest w jednostkach powierzchni [m2]. Ilość energii pierwotnej niezbędnej przy wytworzeniu danego elementu odniesiona jest do jednostki [np. kg].

Energetyczny koszt kolektora W rozważaniach posłużono się kolektorem płaskim. Kolektor stanowi prostopadłościenna skrzynka z przeźroczystą powłoka zewnętrzną i izolowanymi pozostałymi bokami. Najważniejszym elementem kolektora jest absorber (najczęściej miedziany), pokryty powłoką selektywną. W tabeli 1 podano nakłady energetyczne (ES) na wytworzenie kolektora. Z rozważań wynika, iż przeciętny kolektor energetycznie potrzebuje około 800 kWh energii celem zrównoważenia nakładów na wytworzenie. Obliczenie nie uwzględnia nakładów poniesionych na złożenie kolektora, które przyjmuje się na poziomie 40% energii materiałów kolektora. W rozważaniach posłużono się powłoką opartą na czarnym chromie. Jest ona, w porównaniu z powłoką opartą na tlenkach tytanu, energochłonna i nieekologiczna. Powłoki typu Tinox, Sunselect potrzebują znacznie mniej energii – na 1 m2 pokrywanej powierzchni – 1,02 kWh energii (zamiast 12,37 kWh). Wówczas koszt energetyczny kolektora (bez robocizny obniży się do 763 kWh.

Energia na wybudowanie Do tej pory określony został „koszt energetyczny” kolektora. Ile kosztuje energetycznie kolektor? Na nakład energetyczny instalacji składają się elementy składowe. Uwzględniając instalację 2- kolektorową ze zbiornikiem 250 l, armaturą i sterownikiem, ilość potrzebnej energii przedstawiona jest w tabeli 2.

Z zestawienia wynika, iż kolektory mają duży udział w ilości wykorzystanej energii do wytworzenia instalacji. Podobna ilość energii jest niezbędna do wytworzenia zbiornika c.w.u. Z tym, iż zbiornik c.w.u. jest też elementem standardowym instalacji. Z tego powodu została odjęta ilość energii potrzebnej na wytworzenie zbiornika standardowego (jest on mniejszy niż słoneczny).

Całkowita ilość energii potrzebna na instalację kolektora słonecznego wynosi 3716 kWh. Nakład energetyczny blisko 4 tys. kWh dotyczy jedynie aspektu materiałowego (A). Po dodaniu energii potrzebnej na złożenie instalacji – 10% nakładów na poszczególne elementy (B) i potrzebnej na transport (C) ilość niezbędnej energii rośnie do 4390 kWh (I – dla producenta).

Celem określenia całkowitych nakładów energetycznych użytkowanej instalacji słonecznej dodatkowo uwzględnia się ilość energii potrzebnej na konserwację i pracę urządzenia. Energia elektryczna zużywana jest przez pompę, jak i sterownik, przy czym drugie urządzenie pracuje w sposób ciągły (moc 2 W), zaś pompa uruchamia się jedynie w określonym czasie (założono, iż pracuje w ciągu 1500 h, moc 43 W). Wówczas całkowita wykorzystana energia pierwotna wynosi 4743 kWh.

Czas zwrotu się instalacji Wodę użytkową możemy wytwarzać, wykorzystując różnego rodzaju i klasy urządzeń. W takim przypadku całkowita ilość energii pierwotnej zwiększona jest o sprawność urządzenia oraz o współczynnik określający ilość zużytego paliwa w przeliczeniu na paliwo pierwotne. Odejmując od tej wielkości ilość energii potrzebnej na dogrzanie c.w.u. w sposób konwencjonalny, otrzymuje się ilość energii, jaką rocznie wytwarza się w oparciu o kolektory słoneczne. Porównanie otrzymanej wielkości z wartością 4743 kWh pozwala na określenie czasu zwrotu energetycznego instalacji. Czas ten dla instalacji kolektorów słonecznych waha się od 1,5 roku do 3 lat, w zależności od konfiguracji zastosowanych elementów i celu zastosowania instalacji. Jest on bardzo krótki. Dla instalacji wyżej opisanej wynosi równo 2 lata. Czas ten informuje, po jakim okresie instalacja jest ekologicznie „na plus”. Po jego upływie instalacja wytwarza wyłącznie ekologiczną, czystą energię.

W metodologii określenia czasu amortyzacji energetycznej jest wiele elementów, od których prawidłowego wyznaczenia zależy poprawność szacowania instalacji. Stosowanie parametru „energetyczny czas zwrotu instalacji” pozwala w sposób obiektywny ocenić energochłonność wytwarzania danego produktu, jak też połączyć w jeden parametr ekologię i ekonomię stosowania kolektorów słonecznych.

dr inż. Krystian Kurowski
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij