Pompa ciepła - ekonomika

Prowadząc warsztaty z energetyki odnawialnej często dostaje pytanie. Czy Pompa ciepła się opłaci? Na wstępie należy zaznaczyć, że pytanie to jest źle sformułowane. Pomp ciepła podobnie jak i innych urządzeń grzewczych nie można rozpatrywać w kontekście opłacalności gdyż każde urządzenie grzewcze zawsze generuje koszty. Tendencja w marketingu do upraszczania wszystkiego sprawia, że często pojawiają się opracowania mówiące o „okresie zwrotu” pompy ciepła czy niskich kosztach pracy pomijając nakłady inwestycyjne. W mojej ocenie, jeżeli rozważamy zakup pompy ciepła lub innego urządzenia grzewczego powinniśmy zawsze rozpatrywać je w kontekście generowanych przez nie kosztów (inwestycyjnych i eksploatacyjnych) w założonym okresie użytkowania.

Porównanie ekonomiki wykorzystania pompy ciepła oraz ogrzewania gazowego.

Założenia do analizy

- Rozpatrywany okres analizy kosztów użytkowania 20 lat,

- Analiza nie uwzględnia kosztów serwisu (założono, że koszty serwisu kotłowni gazowej i pompy ciepła będą zbliżone),

- Koszty instalacji zdyskontowano 5% stopą dyskonta, aby odnieść zmianę wartości pieniądza w czasie (dlaczego należy zdyskontować koszty instalacji pisałem tu),

- Założono średni roczny wzrost cen gazu i energii elektrycznej na poziomie 8%

- Koszty ogrzewania są rozpatrywane dla budynków o rocznym zapotrzebowaniu na ciepło od 4500 kWh do 16500 kWh,

- Założono, że koszt przyłącza gazowego nie będzie wyższy niż 4500 zł,

- W przypadku pompy ciepła założono 70% pracę w tańszej taryfie nocnej i magazynowanie energii,

- Z uwagi na konieczność akumulacji energii cieplnej założono sprawność akumulacji na poziomie 85%,

- Założono, że zarówno systemy ogrzewania oparte o pompę ciepła jak i gazowy będą wysoce efektywne przy stratach przesyłu na poziomie 5% i stratach regulacji 3%,

Dla tak przyjętych założeń koszty systemu grzewczego w okresie 20 lat wyglądają następująco

Zestawienie kosztów użytkowania dla kotłowni gazowej

Zestawienie kosztów użytkowania dla kotłowni z pompą ciepła powietrze - woda

Zestawienie kosztów użytkowania dla kotłowni z pompą ciepła solanka - woda (sondy pionowe)

Podsumowanie analizy

Link do arkusza kalkulacyjnego z obliczeniami

W zestawieniu kolorem zielonym zaznaczono najbardziej ekonomicznie uzasadnione rozwiązanie w przyjętych warunkach analizy (każdy powinien je dostosować do własnych warunków inwestycyjnych)

W przypadku popularnego domu o powierzchni 150 m w każdym wariancie energetycznym pompa ciepła woda – woda (solanka – woda) o dolnym źródle w postaci sond pionowych generowała wyższe koszty niż ogrzewanie gazowe. Sytuacja ta wynikła z bardzo wysokich nakładów inwestycyjnych związanych zarówno z zakupem samej pompy jak i wykonaniem dolnego źródła. Znacznie lepszą ekonomiką wykorzystania charakteryzuje się pompa ciepła powietrze – woda. W tym przypadku dla budynku zużywającego więcej niż 9000 kWh energii cieplnej rocznie (150m2 60 kWh/m2) kotłownia z pompą ciepła powietrze-woda generowała niższe sumaryczne koszty niż kotłownia gazowa. Ogrzewanie gazowe okazało się bezkonkurencyjne cenowo w przypadku budynków bardzo energooszczędnych. W tym przypadku niskie zużycie energii premiowało rozwiązania o niskich nakładach inwestycyjnych.

Fotowoltaika i ceny energii

Produkcja energii elektrycznej przy pomocy baterii słonecznych ciągle jest bardzo kosztowna w porównaniu do energii z paliw kopalnych jednak w przeciągu najbliższej dekady sytuacja może ulec znaczącej zmianie. Fotowoltaika na tle innych odnawialnych źródeł energii charakteryzuje się dużym potencjałem redukcji kosztów instalacji. Ostatnie 20 lat rozwoju branży baterii słonecznych pokazało, że podwojenie wolumenu zainstalowanej mocy powoduje 20% spadek ceny paneli fotowoltaicznych. W przeciągu ostatnich 5 lat w Europie koszty instalacji elektrowni fotowoltaicznej spadły o 50% a w najbliższych 10 latach prognozowany jest dalszy dynamiczny spadek cen systemów słonecznych w przedziale od 36-51% (źródło EPIA). Z punktu widzenia użytkownika najważniejszy jest koszt energii produkowanej z danego źródła. Na tym tle fotowoltaika także posiada duży potencjał spadku cen. W strukturze kosztów produkcji energii elektrycznej ze słońca zdecydowanie dominujące są koszty inwestycyjne z tego też względu spadek cen instalacji bezpośrednio przekłada się na niższe koszty produkcji energii. Szacuje się, że do roku 2020 koszty energii elektrycznej produkowanej z energii słonecznej spadną w Europie o 50% z obecnego poziomu 0,16-0,35 euro/kWh do 0,08 – 0,18 euro/kWh. 

Koszt energii z instalacji fotowoltaicznej w poszczególnych latach i źródło EPIA

 Parytet sieciowy coraz bliżej 

Celem branży fotowoltaicznej jest osiągnięcie parytetu sieciowego, czyli poziomu cenowego produkcji energii równego lub niższego niż cena energii w sieci. Z roku na rok przybliżamy się do tego poziomu i według analiz EPIA już w roku 2013 parytet sieciowy zostanie osiągnięty we Włoszech przez instalacje fotowoltaiczne w segmencie instalacji komercyjnych. Dwa lata później, czyli w roku 2015 cena energii z fotowoltaicznych instalacji domowych osiągnie we Włoszech rynkowy poziom cen. W poszczególnych krajach parytet sieciowy będzie następował w różnych latach i będzie głównie uzależniony od nasłonecznienia w danym kraju oraz ceny energii. Włochy pod tym względem są w bardzo dobrej sytuacji. Posiadają bardzo wysokie nasłonecznienie zwłaszcza na południu a deficyt energii sprawia, że jest ona w tym kraju bardzo droga. 

Rok osiągnięcia przez instalację fotowoltaiczną parytetu sieciowego

Źródło opracowanie własne na podstawie danych EPIA 

W powyższym zestawieniu na słowo komentarza zasługują Niemcy z uwagi na zbliżone do Polski nasłonecznienie. Można założyć, że skoro w roku 2017 w Niemczech energia z baterii słonecznych stanie się atrakcyjna cenowo bez dofinansowania w domowych instalacjach to także nieznacznie później w Polsce wykorzystanie fotowoltaiki będzie w pewnych warunkach inwestycyjnych uzasadnione ekonomicznie przed rokiem 2020.

Koszt energii z instalacji fotowoltaicznej w poszczególnych latach z podziałem na wielkość instalacji źródło EPIA

Obecnie fotowoltaika cieszy się w Polsce dużym zainteresowaniem mimo braku finansowej opłacalności takiej inwestycji. Ważne jest, aby Państwo stworzyło podstawy do rozwoju w Polsce rozproszonej energetyki. Niezbędne jest wprowadzenie możliwości bezkosztowej odsprzedaży wyprodukowanej energii z małych instalacji do sieci bez konieczności prowadzenia w tym celu koncesjonowanej działalności gospodarczej. Konieczne jest wprowadzenie prosumenckiego rynku energii, w którym każdy uczestnik rynku będzie mógł być zarówno konsumentem ja i lokalnym dostawcom energii.


Zobacz także:

Jak obliczyć uzysk energii z baterii słonecznych

Ogniwa fotowoltaiczne i ich generacje

Fotowoltaika 

REKLAMA

Energetyka wiatrowa na świecie – chińczycy coraz mocniejsi.

Do połowy 2011r. moc zainstalowana w energetyce wiatrowej na świecie osiągnęła 215 GW a rynek nowo zainstalowanych mocy zwiększył się rok do roku o 15% osiągając 18.4 GW do lipca 2011. Szacuje się, że w całym 2011r. zostanie zainstalowanych 43.9 GW. Spoglądając na pierwszą dziesiątkę krajów o największej zainstalowanej w oczy rzuca się znaczące umocnienie Chin na pozycji lidera w wykorzystaniu energii wiatru. Energetyka wiatrowa przesunęła swoje centrum na wschód a Chiny stają się niekwestionowanym liderem zarówno pod względem nowo instalowanych jak i skumulowanej mocy. Do połowy 2011 w państwie środka zostało zainstalowanych 8 GW turbin wiatrowych, co stanowi 43% rynku światowych nowych instalacji. Skumulowana moc zainstalowana w energetyce wiatrowej w Chinach przekroczyła 52 GW czyli przeszło o 10 GW więcej niż w USA, które od 2010r spadły na drugie miejsce zarówno pod względem nowy instalacji, jaki i skumulowanej zainstalowanej mocy. Na szczególną uwagę zasługują także Indie, które uplasowały się na piątej pozycji pod względem skumulowanej zainstalowanej mocy jednak pod względem nowych instalacji awansowały w przeciągu kilku ostatnich lat na trzecią pozycję wyprzedzając takie europejskie potęgi energetyki wiatrowej jak Niemcy i Hiszpania. Europejska energetyka wiatrowa na tle świata wyraźnie straciła impet. Mimo iż w pierwszej dziesiątce światowej energetyki wiatrowej jest 6 krajów europejskich to jednak wyraźnie widać, że impet nowych instalacji turbin wiatrowych zaczyna spadać. Europejski rynek energetyki wiatrowej okres dynamicznego wzrostu ma już za sobą i w wielu krajach europejskich można spodziewać się w najbliższych latach stabilizacji lub nawet spadku nowo instalowanych mocy.

Energetyka wiatrowa na świecie źródło WWEA

Nasłonecznienie, usłonecznienie i natężenie promieniowania słonecznego

Nasłonecznienie często mylone jest z usłonecznieniem oraz natężeniem promieniowania słonecznego. Poruszając się w tematyce energetyki słonecznej warto przypomnieć sobie różnice między podstawowymi wielkościami opisującymi zasoby energii słonecznej. 

Natężenie promieniowania słonecznego to chwilowa wartość gęstości mocy promieniowania słonecznego padającego w ciągu jednej sekundy na powierzchnię jednego m², prostopadłą do kierunku promieniowania. Wartość ta podawana jest zazwyczaj w [W/m²] lub [kW/m²]. Do granicy atmosfery ziemi dociera ze słońca w sposób ciągły strumień energii o mocy 1366 [W/m²] i jest to tak zwana stała słoneczna (choć nie jest do końca wielkością stałą). Natężenie promieniowania słonecznego docierające do powierzchni ziemi ulega ciągłym zmianom zazwyczaj w przedziale 100 – 800 [W/m²] w ciągu dnia. Najwyższe wartości notowane są w słoneczne bezchmurne dni i mogą osiągać 1000 [W/m²]. 

Nasłonecznienie to suma natężenia promieniowania słonecznego w danym czasie i na danej powierzchni np. suma natężenia promieniowania słonecznego w czasie godziny, dnia, roku na powierzchni 1m². Nasłonecznienie jest wielkością opisującą zasoby energii słonecznej w danym miejscu i czasie. Nasłonecznienie najczęściej wyrażane jest w Wh/m², kWh/m², MJ/m², GJ/m² na dzień, miesiąc lub rok. 

Nasłonecznienie w Polsce

Nasłonecznienie w Europie

Źródło map solargis 

Zależności między natężeniem promieniowania słonecznego i nasłonecznieniem. 

Najprościej można powiedzieć, że nasłonecznienie to natężenie promieniowania słonecznego w czasie. Mnożąc średnie natężenie promieniowania słonecznego raz czas, w jakim ono występuje otrzymamy nasłonecznienie. 

Przykład: 

W czasie godzinnych pomiarów 30 minut średnie natężenie promieniowania słonecznego wynosiło 400 W/m² w czasie kolejnych 30 minut wynosiło 600 W/m². Ile wynosi nasłonecznienie w ciągu tej godziny. 400 [W/m²] *1/2 [h] = 200 [Wh/m²] 600 [W/m²] *1/2 [h] = 300 [Wh/m²] Nasłonecznienie = 200 [Wh/m²]+ 300 [Wh/m²]= 500 [Wh/m²] 

Usłonecznienie jest definiowane, jako liczba godzin słonecznych, czas podany w godzinach, podczas którego na powierzchnię Ziemi padają bezpośrednio promienie słoneczne. Jest to parametr opisujący głównie warunki pogodowe a nie zasoby energii słonecznej. Wykorzystuje się go jednak w energetyce słonecznej do szacowania warunków pracy instalacji np. do wyliczania godzin pracy pompy cyrkulacyjnej w instalacji kolektorów słonecznych. Warunki klimatyczne, które między innymi opisuje usłonecznienie determinują zarówno możliwości wykorzystania energii słonecznej, jak również limitują opłacalny okres eksploatacji instalacji słonecznych. W Polsce średnia wieloletnia wartość usłonecznienia, jest największa dla Kołobrzegu i wynosi 1624 h/rok, odpowiednio dla Warszawy jest to 1579 h/rok, zaś dla Zakopanego 1467 h/rok. 

Pamiętajmy! 

Dobierając kolektory słoneczne czy baterie słoneczne będziemy potrzebować danych o nasłonecznieniu Wyniki badań urządzeń wykorzystujących energię słoneczną testowane w ustalonym natężeniu promieniowania słonecznego zazwyczaj 1000W/m2

Gdzie znaleźć szczegółowe dane o nasłonecznieniu i natężeniu promieniowania słonecznego?
Szczegółowe dane o nasłonecznieniu można pobrać np. ze strony ministerstwa gospodarki pod adresem http://www.mir.gov.pl/budownictwo/rynek_budowlany_i_technika/efektywnosc_energetyczna_budynkow/typowe_lata_meteorologiczne/strony/start.aspx

Na stronie znajduje się lista 61 miast z danymi o nasłonecznieniu temperaturze i natężeniu promieniowania słonecznego. W celu uzyskania danych o nasłonecznieniu pobieramy plik z kolumny statystyki ISO STAT TXT. Dane o nasłonecznieniu na powierzchnię horyzontalną z podziałem na miesiące znajdują się w kolumnie oznaczonej jako ITH dane w Wh/m2. Informacje o natężeniu promieniowania słonecznego można uzyskać pobierając plik z kolumny Typowy rok meteorologiczny. Znajdują się tam dane o nasłonecznieniu liczonym w interwałach godzinnych które w przybliżeniu odpowiadają średniemu natężeniu promieniowania słonecznego godzina po godzinie.

Pomiar natężenia promieniowania słonecznego w zimie

 Artykuł na temat  nasłonecznienia i natężenia promieniowania słonecznego w zimie 

Baterie słoneczne – rodzaje i budowa

Baterie słoneczne, którą często nazywane są panelami fotowoltaicznymi to urządzenia służące do produkcji energii elektrycznej bezpośrednio z energii słonecznej. Zazwyczaj bateria słoneczna zbudowana jest z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Z kolei baterie słoneczne łączy się razem tworząc instalację fotowoltaiczną.

Obecnie na rynku można spotkać 5 typów baterii słonecznych różniących się materiałem, z którego zostały wykonane ogniwa.

Panele fotowoltaiczne z ogniw polikrystalicznych
Jedne z najbardziej popularnych baterii słonecznych charakteryzują się sprawnością rzędu 12-14%. Ogniwa budujące panel mają niebieski kolor z wyraźnie zarysowanymi kryształami krzemu.

Bateria słoneczna z krzemu polikrystalicznego

Panele fotowoltaiczne z ogniw monokrystalicznych
Ten typ baterii słonecznych charakteryzuje się wyższą ceną w przeliczeniu na wat mocy niż baterie słoneczne polikrystaliczne. Sprawność paneli monokrystalicznych jest wyższy niż polikrystalicznych i wynosi zazwyczaj 14-16%. Zazwyczaj ogniwa monokrystaliczne mają kształt wielokątów, przez co nie wypełniają w pełni przestrzeni w panelu, co przekłada się na znacznie niższą sprawność baterii w stosunku do sprawności pojedynczego ogniwa.

Bateria słoneczna z krzemu monokrystalicznego

Panele fotowoltaiczne z krzemu amorficznego
Ten typ baterii słonecznych pośród technologii krzemowych charakteryzuje się najniższą sprawnością wynoszącą zazwyczaj 6-8% przy jednoczesnej najniższej cenie za wat mocy spośród technologii krzemowych.

Bateria słoneczna z krzemu amorficznego

Panele fotowoltaiczne z tellurku kadmu CdTe
Ten typ baterii słonecznej należy do technologii cienkowarstwowej, w której warstwa półprzewodnika jest nakładana w postaci warstwy grubości kilkuset mikrometrów. Sprawność paneli fotowoltaicznych opartych o tellurek kadmu to ok. 11% są one jednak znacznie, bo aż o kilkadziesiąt % tańsze w przeliczeniu na wat mocy niż baterie słoneczne zbudowane z ogniw krzemowych.

Bateria słoneczna z tellurku kadmu

Panele fotowoltaiczne z mieszaniny Indu, Galu, Miedzi, Selemu (CIGS)
Ten typ baterii słonecznej podobnie jak CdTe należy do technologii cienkowarstwowej Sprawność paneli fotowoltaicznych opartych o CIGS wynosi ok. 10-15% w zależności od technologii i producenta. Baterie słoneczne zbudowane z CIGS trudno spotkać na polskim rynku, choć technologia ta rozwija się bardzo dynamicznie i wielu producentów prowadza tego typ panele fotowoltaiczne do swojej oferty.

Bateria słoneczna z mieszaniny CIGS

Większość potencjalnych inwestorów zadaje sobie pytanie czy z każdego typu baterii słonecznej uzyska podobną ilość energii. Po pierwsze należy zaznaczyć, że w kwestii uzysku energii z baterii słonecznych sprawność niema znaczenia. Dla inwestora najważniejszym parametrem jest moc instalacji, jaką chce posiadać, jeżeli wybierze panele fotowoltaiczne o wyższej sprawności instalacja będzie zajmować mniejszą powierzchnię. W przypadku niższej sprawności potrzeba będzie większej powierzchni. Główny wpływ na różnice w uzysku energii z różnych baterii słonecznych będzie miała temperatura i właściwości półprzewodnika, z jakiego zostały wykonane ogniwa w danej baterii.

Powierzchnia dachu potrzebna na baterie słoneczne w zależności od ich typu
*Wartości uśrednione

Należy mieć na uwadze, że moc baterii słonecznej podana przez producenta odnosi się do specyficznych warunków atmosferycznych. Na każdym panelu znajdziemy informację ”Standard Test Conditions (STC) 1000W/m2, AM 1.5, 25°C” Dla inwestora najważniejsze są dwa parametry 1000W/m2, czyli natężenie promieniowania słonecznego. W Polskich warunkach wartość rzędu 1000W nie występuje często, z dlatego należy pamiętać, że nawet w słoneczne dni baterie słoneczne nie będą pracować z mocą nominalną. Drugi ważny parametr to 25°C określający, temperaturę, w której testowane są panele fotowoltaiczne zazwyczaj, gdy jest słonecznie temperatura panelu fotowoltaicznego jest wyższa, co przekłada się na niższą sprawność baterii słonecznej (moc niższą od nominalnej podawanej przez producenta).

Spadek mocy w zależności od temperatury


Przed zakupem baterii słonecznych warto zapoznać się z ich spadkiem mocy wynikającym ze wzrostu temperatury. Zazwyczaj producenci oznaczają ten wskaźnik, jako Temperature Coefficient of PMPP podając wartość w procentach spadku mocy nominalnej na 1 stopień wzrostu temperatury ponad 25 stopni Celsjusza. Jak pokazuje powyższa tabela różnice w spadku mocy pomiędzy panelami fotowoltaicznymi wykonanymi w różnych technologiach mogą być znaczne.

* Temperatury odnoszą się do baterii słonecznej nie do temperatur otoczenia.

Jak pokazuje powyższa tabela w upalne dni spadki mocy baterii słonecznych może być znaczny dochodząc do przeszło 20% w przypadku paneli zbudowanych z ogniw monokrystalicznych. Na tym tle bardzo dobrze prezentują się baterie słoneczne zbudowane z tellurku kadmu CdTe, które charakteryzują się ok. połowę mniejszym spadkiem mocy w stosunku do paneli krzemowych. Obliczenia wskazują, że w Polskich warunkach klimatycznych przy tej samej mocy nominalnej instalacja zbudowana z tellurkowych baterii fotowoltaicznych jest w stanie wyprodukować o ok. 9% więcej energii elektrycznej, co instalacja zbudowana z baterii krzemowych. W okresie letnim przewaga paneli fotowoltaicznych zbudowanych z tellurku kadmu nad panelami z ogniw krzemowych jest jeszcze większa dochodząc do 12% większego uzysku energii przy tej samej mocy nominalnej.

Zobacz także:

Jak obliczyć uzysk energii z baterii słonecznych

Fotowoltaika 


cdn.....

REKLAMA