Dnešní solární termální systémy zdaleka neslouží pouze k udržení teploty vody v bazénech. V tomto díle investic do distribuovaných zdrojů energie se pozornost upírá na tzv. aktivní fototermické systémy, které slouží k ohřevu teplé užitkové vody či přitápění budov.

Fond státního program Nová zelená úsporám je sice již pro letošní rok u rodinných domů vyčerpán, nicméně nová výzva bude uskutečněna snad na pozdim. Jak si tedy tato technologie stojí oproti elektrickému, či plynovému ohřevu vody? Jaké faktory je třeba zohlednit při pořízení fototermického systému?

V tomto článku se dozvíte, jak si stojí modelová investice do solárního ohřevu a na co je třeba nezapomenout, pokud o jeho instalaci uvažujete.

Výběr vhodné technologie a dimenzování

Základem každého fototermického systému (FTS) jsou sluneční kolektory, které se dělí z hlediska teplonosného média (kapalina, vzduch) a podle typu konstrukce (ploché, vakuové, případně ploché vakuové).

Ploché kolektory mají obecně vyšší špičkovou účinnost a jsou levnější. Vakuové kolektory naproti tomu mají vyšší účinnost za méně příznivých podmínek (tedy při poklesu teplot) a jejich pořizovací cena je vyšší.

FTS dělíme podle požadovaného využití na:

1. Systémy pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) – častěji využívající jednodušších a levnějších plochých kolektorů
2. Systémy pro ohřev TUV a přitápění – kde jsou doporučovány dražší ploché, či vakuové kolektory.

Neméně důležitým komponentem je solární zásobník, jenž se využívá k ohřevu teplé vody nebo podpoře topení. Solární zásobník se typicky doplňkově ohřívá tepelnou energií z ústředního vytápění, či elektřinou a dimenzuje se podle předpokládané spotřeby a uvažované plochy kolektorů.

Dále se FTS sestává z:

1. Čerpadla
2. Montážní sady pro uchycení kolektorů na střechu
3. Řídící elektroniky
4. Expanzní nádoby a pojistného ventilu
5. Potrubí a tepelné izolace
6. Kapaliny do kolektorů, jež zabraňuje jejich zamrzání

V samotných kolektorech se nepoužívá přímo voda, ale pouze solární kapalina, která přes výměník ohřívá vodu v solárním zásobníku. Díky tomu je možné ohřívat vodu do zásoby, přičemž vodu je teoreticky možno udržet teplou až po dobu několika dní.

Řídící elektronika systému dokáže systém automaticky odstavit v momentu, kdy se voda ohřeje na požadovanou teplotu.

Solární zásobník se dále propojuje s centrálním plynovým či elektrickým ohřevem, který dodá teplo, pokud výkon FTS není dostatečný. Podobně je možné propojení s alternativními zdroji tepla (např. kotel na biomasu). Nejvhodnější orientace kolektorů je směrem na jih se 45° sklonem.

Solární příprava teplé vody

Při běžně předpokládané spotřebě teplé vody 50 l/os. den, se nejčastější instalace pro čtyřčlennou domácnost projektují s plochou solárních kolektorů 4 až 8 m2 a solárním zásobníkem teplé vody o objemu 200 až 400 l.

Používají se sestavy s:

1. Předehřívacím solárním zásobníkem, který je předřazen konvenční přípravě teplé vody
2. Bivalentním solárním zásobníkem, který má vestavěný dodatkový zdroj tepla

Skutečná úspora energií při použití solárních panelů pro ohřev vody se nicméně stanovuje obtížně. Ta totiž závisí nejen na typu použitých kolektorů, ale také na zapojení (viz výše) a regulaci systému.

Tedy neefektivní je například vysoká spotřeba teplé vody navečer, kde se solární zásobník dohřeje plynem či elektřinou přes noc, přičemž ráno bude již zásobník nahřátý, a teplo ze slunce nebude využito. Proto zde existuje rozdíl mezi maximálním ziskem FTS, tj. za ideálních podmínek, a reálným využitým tepelným ziskem.

Typické využité zisky solárních soustav se nicméně pohybují mezi:

1. 450 – 500 kWh (m2.rok) – při předehřívání vody
2. 300 – 400 kWh (m2.rok) – při přípravě teplé vody

Solární přitápění

Především u nízkoenergetických, či energeticky pasivních domů se dokáže solární přitápění (sdružený ohřev vody a vytápění) efektivně využít. Jak uvádí Tomáš Matuška z ČVUT, propojení solární a otopné soustavy je možné vzhledem k nízkým provozním teplotám otopné vody, výhodným pro efektivní provoz solárních kolektorů.

Potřeba tepla na vytápění nicméně časově vždy nekoresponduje se špičkami solárních zisků, a tak je ekonomické pokrytí mezi 15 až 35% celkové roční spotřeby teplé vody a vytápění.

Rozlišujeme dvě základní koncepce:

1. Se dvěma solárními zásobníky – pro teplou a otopnou vodu
2. S integrovaným (centrálním) zásobníkem – zásobník otopné vody s přípravou teplé vody přes dodatečnou teplosměnnou plochu

Užitečné energetické zisky soustav pro solární vytápění se poté pohybují mezi 200 – 350 kWh (m2.rok).

Cena systému, státní dotace a provozní náklady

Modelově si uvedeme dvě solární soustavy – jednu čistě pro přípravu teplé vody a druhou s dodatečnou možností vytápění. Oba FTS jsou dimenzovány pro menší rodinné domy s 3 – 4 členy domácnosti a průměrnou spotřebou vody.

Server NaZeleno detailněji vysvětluje, jaké jsou ceny jednotlivých komponentů FTS. Pro naši potřebu nicméně použijeme konečné ceny soustav zahrnující i montáž a zprovoznění (tzv. na klíč).

1. Příprava teplé vody – SOLARENVI nabízí kompletní systém s 3 ks solárních kolektorů TS 300 (celková absorpční plocha 5.34 m2), 300 l zásobníkem se zárukou 12 let na kolektory, 5 let na kotel a uváděnou životností systému nejméně 30 let. Podobný systém nabízí i server solarni-systemy.eu. Dodavatel uvádí roční energetický přínos 3 000 kWh, tj. 3 000 / 5.34 = 562 kWh (m2.rok). Při výpočtu hodnotící investici je nicméně použito střízlivějšího odhadu využitého tepla 450 kWh (m2.rok). Solární kolektory obecně stářím neztrácejí svou účinnost, výnosy jsou tedy stejné po celou dobu uvažované životnosti. Uvažovaná cena je 95 000 Kč vč. DPH (15%).
2. Solární vytápění – Příkladem je systém s 5 ks solárních kolektorů TS 300 (celková absorpční plocha 8.9 m2), umožňující ohřev až 200 l vody a přitápění objektu. Uváděný roční energetický přínos je stejný jako předešle, tedy 562 kWh (m2.rok). Uvažovaný odhad využitého tepla je stanoven na 350 kWh (m2.rok). Uvažovaná cena je 135 000 Kč vč. DPH (15%).

Nová zelená úsporám

Státní podpora, se která je do výpočtů zahrnuta,  rozlišuje mezi bytovými a rodinnými domy, a je vyplácena až po realizaci úsporných opatření. Podpora solárních termických systémů je stanovena následovně:

1. Bytové domy  – maximálně 20% řádně doložených a způsobilých výdajů, v max. výši 15 000 na bytovou jednotku.
2. Rodinné domy – maximálně 50% řádně doložených a způsobilých výdajů, v max. výši 35 000 Kč u systému pouze k ohřevu vody, a až 50 000 Kč u kombinovaného ohřevu vody a přitápění. Pro domy v Moravskoslezském a Ústeckém kraji jsou dotační částky navýšeny o 10%.

Provozní náklady a uvažovaná životnost

Dodavatelé poskytují standardně záruku na sluneční kolektory 15 let a 5 let na solární zásobník. Přesto se často uvádí životnost systému 30 a více let. Pro výpočet níže byla zvolena doba 20 let. Jestliže systém funguje déle, je to jeho dodatečná hodnota.

Moderní FTS by měly býti téměř bezúdržbové a ošetřené jak proti přehřátí, tak případnému zamrznutí. Roční náklady na údržbu jsou tak relativně nízké – odhadovány okolo 0,3 – 0,5 % pořizovací částky bez dotace). Typicky se solární kapalina mění v pětiletých cyklech, oběhová čerpadla každých 10 let a zásobníky po cca 15 letech.

Cena energie a její předpokládaný růst

Cena nahrazené energie (elektřina, zemní plyn) má zásadní vliv na ekonomiku FTS a je nezbytné vždy vycházet z místní konfigurace – spotřeba, dodavatel, cena.

V tomto modelovém případě se operuje s průměrnými cenami elektřiny na trhu v nízkých tarifech D25d a D26d, což činí přibližně 1,9 Kč/kWh , u zemního plynu pro běžný odběr 1,6 Kč/kWh.

Cena elektřiny i zemního plynu je v propočtech každoročně navýšena o 2 %. Tato sazba implicitně naznačuje nízkou inflaci a velice nízký nárůst cen energií.

Je třeba zdůraznit, že předpokládáme možnost výběru mezi elektrickým či plynovým vytápěním bez dodatečných provozních nákladů, což ne zcela odpovídá realitě. Dále také není zohledněn výkon FTS oproti alternativním způsobům ohřevu a vytápění, např. kotle na biomasu, či tepelného čerpadla.

Jak si stojí modelová investice

V našem dřívějším článku jste se mohli dozvědět, jaké metody se při hodnocení investic do alternativních zdrojů energie (a nejen tam) používají.

Grafy níže tak ukazují čistou současnou hodnotu (NPV)  studovaných FTS. V obou případech je uvažovaný roční nárůst cen energií (elektřina, zemní plyn) 2%. Diskontní sazba je nízká, 3%, a odpovídá spíše situaci, kdy je projekt financován z vlastních zdrojů. Roční průměrné náklady na provoz a údržbu byly stanoveny ve výši 0,5 % z původních investičních nákladů bez dotace.

Roční využitá energie u systému pro přípravu teplé vody je 2 403 kWh. Jeho ekonomická efektivita je odlišná při srovnání s ohřevem elektřinou či zemním plynem. Náklady na uspořenou jednotku energie (tedy průměrná cena za vyrobenou kWh v rámci celé životnosti FTS) činí 1,88 Kč/kWh.

1. Ohřev elektřinou – NPV 15 487 Kč, Diskontovaná doba návratnosti 15,6 let, vnitřní výnosové procento 5,4 %
2. Ohřev zemním plynem – NPV 2 452 Kč, Diskontovaná doba návratnosti 19,2 let, vnitřní výnosové procento 3,4 %

Roční využitá energie u systému pro přípravu teplé vody a přitápění je 3 115 kWh. Náklady na uspořenou jednotku energie činí 2,17 Kč/kWh.

1. Ohřev elektřinou – NPV 11 971 Kč, Diskontovaná doba návratnosti 17,4 let, vnitřní výnosové procento 3,7 %
2. Ohřev zemním plynem – NPV -4 925 Kč, Diskontovaná doba návratnosti je delší než 20 let, vnitřní výnosové procento 2,4 %

Shrnutí

Ekonomické zhodnocení dvou modelových FTS přineslo velice podobné závěry. Energetický přínos, se kterým dodavatelé často počítají, je stanoven na základě maximálního využití vyrobeného tepla – to je nicméně téměř neproveditelné (i když například venkovní bazén dokáže část přebytků využít).

Toto významně snižuje investiční efektivitu celého systému. Při nízkém předpokládaném nárůstu cen energií se FTS vyplatí oproti elektrickému ohřevu (ačkoliv v nízkém tarifu) po více než 15 letech, oproti zemnímu plynu pak okolo 20 let. Při nízkém vnitřním výnosovém procentu u obou možností, taktéž téměř neexistuje možnost financovat projekt prostřednictvím úvěru.

Výše uvedené hodnoty jsou nicméně silně závislé převážně na třech faktorech – ceně systému, růstu cen energií a v případě nahrazování elektřiny také na její současné ceně, jež se značně liší v nízkém a vysokém tarifu. V případě přitápění a ohřevu vody elektřinou ve vysokém tarifu by se návratnost pohybovala okolo pouhých 7 let.

Každé konkrétní řešení si tak zaslouží svůj unikátní výpočet, který může podle zadaných specifik lépe nastínit efektivitu investice do FTS.

Zdroj úvodního obrázku: telegraph.co.uk