Solární termické soustavy a energetická doba návratnosti

obnovitelné zdroje energie

ekonomika a obchod

Příspěvek poskytuje pohled na jeden aspekt z komplexu kritérií pro hodnocení doby návratnosti investice, který je zaměřený výhradně na porovnání podílu energie vložené do výroby zařízení a energie získané při jejím provozu. Zajímavé je posouvání minima energetické doby návratnosti podle sklonu a velikosti plochy kolektorů, což má vliv i na ekonomickou návratnost investice.

Recenzent: Vladimír Galád

Solární kolektory pro přípravu teplé vody se na našem území využívají od konce 70. let 20. století. Podle údajů MPO [2] je na našem území dosud v provozu přes 2000 m² kolektorů instalovaných v bývalém Československu. Významnějším se tento způsob získávání tepla stává až v dnešní době. K výraznému nárůstu instalací solárních kolektorů došlo v souvislosti s programem Zelená úsporám.

Energetická doba návratnosti zabudované energie

Pro komplexní představu o celkovém přínosu solární soustavy je dobré se zajímat i o energetickou náročnost výstavby jako takové.

V dnešní době se hodnotí systémy, nebo celé budovy, podle metodiky LCA (Life cycle assessment) z hlediska celého životního cyklu od výroby jednotlivých prvků až po recyklaci po skončení životnosti. Posuzování pomocí této metodiky je velice komplexní a vstupuje do něj celá řada parametrů, které často neznáme přesně, a proto musí být odhadnuty: nevíme, jak se změní provoz budovy po dobu životnosti, jak se změní spotřeba energie v budově a neznáme ani skutečnou dobu životnosti. Příkladů, které mohou změnit původní předpoklady, je celá řada.

Asi nejpravděpodobnější je změna provozu v budově, například pokud místo původně počítaných čtyř obyvatel, budou po čase v domě bydlet a spotřebovávat teplou vodu pouze dva lidé, návratnost systému se značně prodlouží. Podobně může zcela zásadně změnit výsledek změna provozní teploty v budově nebo provozování pouze části budovy. Jiným případem je zničení soustavy před koncem doby životnosti, například v důsledku přírodní katastrofy, ale i změny územního plánu a demontáže budovy, změny situace v okolí budovy z hlediska zastínění – vyrostou stromy nebo budovy na sousedním pozemku.

Jednoduchým způsobem pro vyhodnocení celkové efektivity je energetická doba návratnosti. Míní se tím doba, po kterou je nutné provozovat solární soustavu, aby se v budově využilo stejné množství energie, jaké bylo vloženo do výroby všech komponentů soustavy. Vzhledem k tomu, že se doba návratnosti u dobře navržených soustav pohybuje v řádu několika let, můžeme s velkou pravděpodobností říci, zda bude soustava energeticky výhodná.

Celková doba návratnosti zabudované energie se spočítá takto:

n = E_em / (E_c – E_op)                (1)

kde:

• E_em – zabudovaná energie soustavy (embodied energy) [kWh]
• E_c – skutečně využitá energie ze ­solárních kolektorů za rok [kWh/rok]
• E_op – množství energie potřebné na provoz soustavy za rok (provoz oběhových čerpadel) [kWh/rok]

Příklad

Příklad grafického vyhodnocení energetické doby návratnosti pro konkrétní objekt je vidět na obr. 1. Tato analýza byla provedena pro teplovodní solární soustavu s plochými kolektory se spektrálně selektivní vrstvou.

Vstupní parametry:

• objekt nacházející se v Praze se čtyřiceti obyvateli,
• jižní orientace kolektorů a navrhovaná soustava je využita pouze pro přípravu teplé vody.

Zabudovaná energie vztažená k ploše solárních kolektorů je 1200 kWh/m². Energie zabudovaná v ostatních komponentech (měděné potrubí, akumulační nádrž, izolace, čerpadlo, expanzní nádoba) je 8150 kWh.

Doba návratnosti v případě správně navržené soustavy je kolem 2 let, v případě fasádních kolektorů 3 roky. Získaný výsledek odpovídá také výsledkům německých autorů [5], kteří analyzovali malé solární soustavy pro rodinné domy a u nichž byla výsledná doba návratnosti energie 1,3 až 2,3 let.

Závěr

Provedená studie dokazuje velmi krátkou energetickou návratnost termických solárních kolektorů a podporuje jejich zařazení mezi technologie s nejvyššími ohledy k životnímu prostředí.

Literatura

[1] MATUŠKA, T. Solární tepelné soustavy. Sešit projektanta 1. STP Praha, 2009. 194 s. ISBN 978-80-02-02186-5.
[2] MPO. Solární kolektory v roce 2009 [online]. 20. 5. 2011. http://mpo.cz/dokument84668.html
[3] EICKER, U. Solar Technologies for Buildings. Wiley, Chichester, 2003.
[4] CIHELKA, J. Solární tepelná technika. Nakladatelství T. Malina, ­Praha, 1994.
[5] STREICHER, E.; HEIDEMANN, W.; MÜLLER-STEINHAGEN, H. Energy Payback Time – A Key Number for the Assessment of Thermal Solar Systems [online]. 20. 5. 2011.
http://www.itw.uni-stuttgart.de/abteilungen/tzs/literatur/Eurosun04_es.pdf

Solar thermal systems and energy payback

The author deals with a payback period of solar thermal ­systems due to the energy embedded in these systems. The article gives an example of energy payback of solar thermal system. Energy payback time is short.

Keywords: embedded energy, solar system, energy payback