Ekonomika wykorzystania kolektorów słonecznych zależy od wielu czynników. Instalacje słoneczne stają się coraz bardziej popularne, a kolektory zamocowane na dachu przestają być jedynie wizytówką ludzi bogatych i ceniących ochronę środowiska.

Na pytanie, czy montaż kolektorów słonecznych jest opłacalny, nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Choć koszty instalacji są stosunkowo łatwe do oszacowania, problem pojawia się przy kalkulacji uzysku słonecznego i wartości energii pozyskanej ze Słońca. Ta sama instalacja w zależności od lokalizacji, usytuowania i warunków nasłoneczniania będzie dostarczać różną ilości energii. Dodatkowo wartość energii pozyskanej ze Słońca będzie silnie uzależniona od rodzaju stosowanego konwencjonalnej źródła energii.

Kiedy instalacja słoneczna zwróci się najszybciej?
Kluczem do zadowolenia z instalacji słonecznej jest jej optymalny dobór. W gospodarstwach domowych zapotrzebowania na ciepłą wodę jest zazwyczaj stałe w ciągu całego roku, natomiast zasoby energii słonecznej ulegają dużym wahaniom. Na półkuli północnej w umiarkowanych szerokościach geograficznych w okresie letnim dociera do ziemi 7–8 razy więcej energii niż w okresie zimowym. Dysproporcja ta sprawia, że nie można równomiernie pozyskiwać energii słonecznej w ciągu całego roku, a kolektory słoneczne nie mogą być jedynym źródłem energii.

Opłacalność instalacji słonecznej rośnie wraz ze wzrostem efektywności wykorzystania kolektorów. Pomijając kwestie usytuowania, optymalnie dobrana instalacja powinna w miesiącu o najwyższym nasłonecznieniu dostarczać nie więcej energii niż wynosi zapotrzebowanie na energię do podgrzania ciepłej wody użytkowej dla danego miesiąca (CWU). Osiągnięcie poziomu 90%–100% pokrycia solarnego w miesiącach letnich przekłada się zazwyczaj na 45–55-procentowe pokrycie dla całego roku. W takim przypadku kolektory słoneczne eksploatowane są w najbardziej efektywny sposób, gdyż energia cieplna nie jest marnowana z uwagi na brak możliwości jej odbioru w okresie letnim. Tak dobrana instalacja charakteryzuje się wysokim uzyskiem słonecznym w przeliczeniu na m² kolektora oraz niską ceną GJ energii pozyskanej ze Słońca. Przekroczenie w okresie letnim uzysku słonecznego ponad zapotrzebowanie na CWU celem np. zwiększenia średniorocznego pokrycia słonecznego czy wspomagania instalacji centralnego ogrzewania zawsze zmniejsza uzysk słoneczny w przeliczeniu na m² kolektora i jednocześnie podnosi cenę energii słonecznej. Drugim istotnym czynnikiem opłacalności inwestycji w instalacje słoneczne jest rodzaj zastępowanego paliwa konwencjonalnego.

 
Jak obliczyć okres zwrotu kolektrów słonecznych
W najprostszy sposób zwrot z inwestycji można obliczyć dzieląc koszty instalacji przez roczne oszczędności. Opierając się na średnich rocznych uzyskach energii dla kolektorów płaskich można założyć, że instalacja słoneczna powinna dostarczać średnio rocznie ok. 450 kWh energii cieplnej na każdy m² kolektora. Najczęściej stosowana instalacja słoneczna do podgrzewania ciepłej wody dla czteroosobowej rodziny składa się z trzech kolektorów o powierzchni 2m2 każdy. Koszt takiej instalacji polskiej produkcji wraz z montażem obecnie nie przekracza 11 000 zł. W opisywanym przypadku roczny uzysk słoneczny będzie wynosił 2700 kWh, a wartość tej energii w przypadku zastępowania energii elektrycznej wyniesie 1215 zł/rok, w przypadku gazu będzie to ok. 517 zł/rok, a w przypadku węgla ok. 200zł/rok. Dla tak przyjętych założeń czas zwrotu inwestycji słonecznej będzie odpowiednio wynosił: dla energii elektrycznej 11000/1215 = 9,05 lat, dla gazu 11000/517 = 21,3 lat, a dla węgla będzie to aż 55 lat.

Ten uproszczony sposób liczenia zwrotu z inwestycji jest obarczony dużym błędem, gdyż nie uwzględnia wielu istotnych czynników. Jak wspomniano powyżej, uzysk słoneczny z instalacji nie jest stały. Często waha się w granicach 350–550 kWh/rok/m² w zależności od zastosowanych kolektorów, kąta ich pochylenia, nasłoneczniania w danym rejonie, doboru poszczególnych komponentów instalacji itd. Dodatkowo w zależności od przyjętego pokrycia solarnego część energii w okresie letnim może być niewykorzystana. Z tego względu w przypadku dokładniejszych obliczeń okresu zwrotu w pierwszej kolejności należy bardzo dokładne oszacować uzysk słoneczny.

Kolejnym kluczowym czynnikiem jest zmienność cen nośników energii w czasie.

Chcąc obiektywnie podejść do tematu, należy też uwzględnić koszty działania takiej instalacji, na które składają się: koszt energii elektrycznej do napędu pompy obiegowej oraz koszt serwisowania. W typowej instalacji słonecznej przeznaczonej dla domu jednorodzinnego pompa obiegowa zużywa od ok. 90–120 kWh energii elektrycznej, co przekłada się na koszt 40–50 zł rocznie. Prace związane z serwisowaniem są znacznie trudniejsze do oszacowania, gdyż nie są równomiernie rozłożone w czasie i w dużej mierze zależą od jakości instalacji i montażu. Zazwyczaj w przypadku uproszczonych obliczeń zakłada się koszty serwisowe na poziomie 1–2% wartości początkowej instalacji. Generalizując – dla większych i droższych instalacji koszt serwisu w stosunku do kosztów inwestycji będzie mniejszy, natomiast dla instalacji mniejszych koszt ten będzie stanowił większy udział.

Uwzględniając powyższe założenia, a w szczególności wzrost cen nośników energii, koszty eksploatacji i serwisu oraz finansowanie instalacji ze środków własnych, czas zwrotu inwestycji będzie następujący.

Ekonomika wykorzystania instalacji słonecznej w porównaniu z prądem
Ilustracja 1. Symulacja ekonomiki wykorzystania instalacji słonecznej wykonana za pomocą programu kolektorek 2.0 dla energii elektrycznej jako zastępowanego konwencjonalnego nośnika energii

Ekonomika wykorzystania instalacji słonecznej w porównaniu z gazem

Ilustracja 2. Symulacja ekonomiki wykorzystania instalacji słonecznej wykonana za pomocą programu kolektorek 2.0 dla gazu ziemnego jako zastępowanego paliwa konwencjonalnego

Ekonomika wykorzystania instalacji słonecznej w porównaniu z węglem
Ilustracja 3. Symulacja ekonomiki wykorzystania instalacji słonecznej wykonana za pomocą programu kolektorek 2.0 dla węgla jako zastępowanego paliwa konwencjonalnego
W przeprowadzonej symulacji uzysk słoneczny został wyliczony na poziomie 482 kWh/m² kolektora i 2981 kWh/rok z całej instalacji. W obliczeniach założono bardzo umiarkowany wzrost cen nośników energii na poziomie 10%. Koszty utrzymania instalacji zostały przyjęte jako 1% kosztów całej instalacji. Koszt energii elektrycznej do napędu pompy został wyliczony przez program na poziomie 42 zł/rok. Dla tak przyjętych założeń czas zwrotu inwestycji dla energii elektrycznej nieznacznie przekroczył 7 lat, a oszczędności w pierwszym roku zostały oszacowane na 1162 zł, co w tym przypadku czyni instalację słoneczną bardzo opłacalną. Prawie 13 lat należy czekać na zwrot nakładów w przypadku korzystania z gazu ziemnego, a oszczędności w początkowych latach nie przekroczą 500 zł, lecz także w przypadku tego nośnika energii instalację można uznać za opłacalną, zakładając jej 20 letni okres pracy. Najgorzej sytuacja wygląda w przypadku węgla, gdzie okres zwrotu nieznacznie przekroczył 20 lat. Patrząc na inwestycję z czysto ekonomicznego punktu widzenia, energia słoneczna nadal jest nieznacznie droższa od energii z węgla.
Ocena ekonomiki instalacji słonecznej za pomocą wskaźnika NPV

Do oceny zasadności danej inwestycji w ekonomii często używa się wskaźnika NPV (Net Present Value). Metoda ta oparta jest na analizie zdyskontowanych przepływów pieniężnych przy zadanej stopie dyskonta.

Rosnące ceny nośników energii oraz spadające ceny kolektorów słonecznych sprawiają, że instalacje solarne stają się coraz bardziej opłacalne, a „słoneczne” ciepło z powodzeniem może konkurować także cenowo z wieloma rodzajami paliw kopalnych. Przed decyzją o inwestycji w energię słoneczną zawsze trzeba przeanalizować własną sytuację pod kątem potrzeb i dostępnych rozwiązań. Należy mieć również na uwadze, że kolektory słoneczne dostarczają czystej odnawialnej energii, która ma dużą wartość dla ochrony środowiska, zrównoważonego rozwoju energetyki oraz efektywności energetycznej. Korzyści te bardzo trudno przeliczać na pieniądze.

Bogdan Szymański, GLOBEnergia


Cały artykuł – GLOBEnergia 2/2010