Wirtschaftlichkeit solarthermischer Anlagen - AG E+U

Wirtschaftlichkeit solarthermischer Anlagen
Strom aus Photovoltaik und Wärme durch Solarthermie – das sind die zwei Energieformen, die die Strahlung der Sonne direkt nutzen. Bekanntlich soll die Sonne keine Rechnung schicken. Bedeutet das aber auch, dass diese Formen der Energieerzeugung rentabel sind? Dieser Beitrag beschränkt sich auf die Solarthermie. Betrachtet wird die Wirtschaftlichkeit von Anlagen im Gebäudebestand, die entweder nur die Warmwasserbereitung oder zusätzlich auch die Gebäudeheizung unterstützen.

Besonderheiten der Solarthermie
Die Leistung solarthermischer Anlagen wird bestimmt vom Aufstellungsort, vom Typ und der Größe der Kollektoren sowie des Speichers (Warmwasser- bzw. Pufferspeicher), der Solarpumpe und der Verrohrung zwischen Kollektor und Speicher, um nur die wichtigsten Komponenten zu nennen. Wichtigste energetische Kenngröße ist bei einer gegebenen Anlage, wieviel Solarenergie im Jahresverlauf nutzbar gemacht werden kann. Auch dafür müssen mehrere Parameter festgelegt werden. Anlage 1 spezifiziert in Ziffer 1a bzw. 2a die anlagenunabhängigen Parameter. Dort sind auch die finanzrelevanten Kennwerte genannt, ohne die eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sinnlos wäre.

Die Fachzeitschrift „Sonne Wind & Wärme“ hat im Heft 03/2015 eine Marktübersicht von Solarthermiepaketen mit 3 bis 18 m² Aperturfläche veröffentlicht[1]. Untersucht wurden 28 Anlagen zur Warmwasserbereitung und 25 Anlagen, die zusätzlich die Heizung unterstützen. Die wesentliche technische Kenngröße ist die Einsparung an Endenergie in Kilowattstunden pro Jahr (kWh/a). Aus dieser Übersicht wurden sechs Anlagen für diesen Bericht ausgewählt:

– 3 Anlagen für Warmwasserbereitung mit hoher, mittlerer und niedriger relativer Einsparung,

– 3 kombinierte Anlagen mit den größten relativen Einsparungen.

Die Eckdaten dieser sechs Anlagen sind in Anlage 2 zusammengestellt (Spalten Anbieter bis relative Einsparung).

Der Kapitalwert als Maß für Wirtschaftlichkeit
Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung wurde die Kapitalwertmethode herangezogen. Dabei werden alle Ein- und Auszahlungen auf den Zeitpunkt t = 0, d.h. das Jahr der Investition, abgezinst. Der Kapitalwert ist der abgezinste Ertrag abzüglich des Eigenkapitaleinsatzes (= Kosten der Investition). Die Entscheidungsregel bei dieser Methode lautet:

– Eine Solarthermieanlage ist wirtschaftlich, wenn am Ende der Lebendauer der Kapitalwert K_T > 0 ist.

– Im Vergleich mehrerer Anlagen gewinnt die Variante mit dem größten Kapitalwert K_T.

Zur Berechnung des Kapitalwertes wurde das im Internet verfügbare, kostenlose EXCEL-Programm „Berechnung der Wirtschaftlichkeit von Solarwärme“ des Umweltinstitut München e.V. verwendet, siehe[2]. Gerechnet wurde für eine Lebensdauer von 20 und 25 Jahren. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Anlage 2 aufgeführt (Spalten Lebensdauer bis Amortisationsdauer).

Auswirkungen des Energiepreises und seiner Erhöhung
Bei einer gegebenen Anlage, zu der immer ein bestimmter Anschaffungspreis gehört, wird die Amortisationszeit wesentlich vom Brennstoffpreis und dessen Preissteigerung bestimmt. Der Marktübersicht wurden ein Brennstoffpreis (Gas) von 10,5 Ct/kWh und eine jährliche Steigerung von 5 % zugrundegelegt. Die Lebensdauer wurde mit 30 Jahren und die jährlichen Wartungs-/Instandhaltungskosten mit nur 0,5 % angesetzt. Für die Warmwasseranlage von Solardirekt 24 resultiert daraus in der Marktübersicht eine Amortisationszeit von nur 12 Jahren (siehe Marktübersicht Seite 37).

Auch in diesem Zusammenhang gilt das Mark Twain zugeschriebene Bonmot „Prognosen sind schwierig, besonders wenn sie die Zukunft betreffen“. Dennoch müssen die für den Brennstoff Gas benutzten Werte als unrealistisch hoch beurteilt werden. Verwendet man stattdessen die in Anlage 1 genannten Werte (Gaspreis 6,1 Ct/kWh, jährliche Steigerung 2,5 %, jährliche Kostensteigerung 1,5 %) und setzt die Lebensdauer mit 20 oder 25 Jahren an, so amortisiert sich die Solardirekt24-Anlage erst nach über 30 Jahren (siehe Anlage 2 obere Tabelle). Für den Amortisationszeitpunkt ist die angenommene Energiepreissteigerung über der Zeit von großer Bedeutung: Wird sie auf 5 % erhöht, sinkt sie bei der Solardirekt24-Anlage auf 21 Jahre.

Um die Bedeutung der Energiepreissteigerung für den Kapitalwert und die Amortisationsdauer deutlich zu machen, sind diese Werte für die sechs Anlagenpakete in der Anlage 2 sowohl für 2,5 % als auch für 5,0 % errechnet worden.

BAFA-Förderung
Solarthermische Anlagen werden von der BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) mit Investitionszuschüssen gefördert. Seit 1. April 2015 gelten neue Fördersätze, Näheres siehe[3]. Die Zuschüsse aus der BAFA-Basisförderung für die drei Anlagen zur Warmwasserbereitung sind einheitlich 500 €, bei den kombinierten Anlagen betragen sie flächenabhängig 2.100 – 2.520 €. Die Inanspruchnahme der Zuschüsse würde die Ergebnisse in Anlage 2 nicht wesentlich ändern.

Schlussfolgerungen
– Keine der sechs Anlagen hat am Ende einer Lebenszeit von 20 Jahren einen positiven Kapitalwert. Allgemeiner formuliert: Kleine solarthermische Anlagen in Deutschland sind innerhalb einer realistischen Lebensdauer von 20 Jahren in der Regel nicht rentabel zu betreiben.

– Geographischer Standort und Ausrichtung einer Anlage bestimmen den Solarertrag. Er kann schlechter oder besser als der Ertrag am Referenzstandort Würzburg sein – mit direkten Auswirkungen auf die Rentabilität.

– Vor der Entscheidung für eine solarthermische Anlage ist eine Wirtschaftlichkeitsberechnung mit Einbeziehung aller maßgeblichen Parameter zu empfehlen.

– Angesichts der mangelnden Rentabilität fällt es nicht mehr ins Gewicht, dass die Mehrzahl der geeigneten Dächer in Deutschland bereits mit Photovoltaikanlagen belegt sind.

– Eine andere Sichtweise – in dieser Analyse nicht näher betrachtet – könnte die Einsparung von Erdgas oder Heizöl höher gewichten als die Rentabilität (Stichwort Verringerung der Importabhängigkeit). Dann wäre die Anlage auszuwählen, die bei vorzugebender Zeitdauer den höchsten Kapitalwert hätte.

Dipl.-Ing. (FH) Hans Stirnberg 29. Juli 2015

Anlage 1:
Randbedingungen und Parameter für den Anlagenvergleich

Nur Warmwasserbereitung
a) Randbedingungen

– Standort Würzburg = Referenzstandort mit einer mittleren Jahressumme der Globalstrahlung für Deutschland,

– Kollektorausrichtung Süd mit 45° Neigung,

– 4-Personenhaushalt = 200 l Warmwasser 45 °C pro Tag ganzjährig,

– Kaltwasserzulauftemperatur 10 °C,

– keine Zirkulationsleitung,

– Nachheizung mit Erdgas (Brennwert H_S = 9,769 kWh/m³),

– weitere Referenzbedingungen siehe [4]

b) Parameter für Wirtschaftlichkeitsberechnung

– Aktueller Erdgaspreis 6,1 Ct/kWh,

– Gaspreissteigerung 2,5 % pro Jahr (errechnet aus dem persönlichen Gasbezug der letzten 15 Jahre),

– Haus im Bestand,

– keine Inanspruchnahme eines Darlehens,

– laufende jährliche Kosten 1,5 % der Investition,

– Inflationsrate 2,0 %,

– Zinssatz für Barwertberechnung 3,0 %

2. Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung (Kombi-Solaranlage)
a) Randbedingungen

– Parameter gemäß Ziffer 1a, außerdem

– Haus in mittelschwerer Bauausführung,

– 128 m² Wohn- & Nutzfläche,

– Flächenheizung mit 35° C Vorlauf- und 28° C Rücklauftemperatur,

– Endenergiebedarf für Heizung 12.120 kWh/a

b) Parameter für Wirtschaftlichkeitsberechnung

Siehe Ziffer 1b

Anlage 2 – Technische Daten und Finanzanalyse
a) Anlagen für solarthermische Warmwasserbereitung

Anbieter	Paketbezeichnung	Aperturfläche [m²], Koll.typ	Bruttopreis inkl. Montage [1] [€]	Einsparung Endenergie [kWh/a]	relative Einsparung [%]
Wolf	Sonnenpaket SEM2-400/3	5,97 flach	5.040	3.586	65,2
Solardirekt 24	Brauchwasserpaket 7,68 m²	4,68 Röhre	4.295	2.704	49,2
Estec	Warmwasser Solarpaket 5 m²	4,80 flach	3.950	3.316	60,3

[1] Montagekosten 1.440 € (3 Arbeitstage à 8 Std à 60 €)

Paketbezeichnung	Lebensdauer [Jahre]	Kapitalwert [€] nach 20 / 25 J. bei Energiepreissteigerung2,5 % p.a. 5 % p.a.		Amortisationsdauer [Jahre] bei Energie-preissteigerung2,5 % p.a. 5 % p.a.
Sonnenpaket SEM2-400/3	20 25	-2.323 -1.665	-1.250 € 76 €	>30 >30	25 J. 25 J.
Brauchwasserpaket 7,68 m²	20 25	-2.378 -1.911	-1.569 € -598 €	>30 >30	28 J. 28 J.
Warmwasser Solarpaket 5 m²	20 25	-1.249 -598	-256 € 1.011 €	>30 ~30	21 J. 21 J.

b) Solartherm. Warmwasserbereitung & Heizungsunterstützung

Anbieter	Paketbezeichnung	Aperturfläche [m²], Koll.typ	Bruttopreis inkl. Montage[2] [€]	Einsparung Endenergie [kWh/a]	relative Einsparung [%]
Paradigma	Aqua Paket Plasma	18,00 Röhre	20.370	8.766	49,8
Reinhard Solartechnik	Solar-Sorglos-Paket SPH200	16,72 flach	12.277	6.655	37,8
Estec	Heizungsunter-stützende Solar-anlage	14,41 flach	8.879	6.310	35,8

[2] Montagekosten 2.880 € (6 Arbeitstage à 8 Std à 60 €)

Paketbezeichnung	Lebensdauer [Jahre]	Kapitalwert [€] nach 20 / 25 J. bei Energiepreissteigerung2,5 % p.a. 5 % p.a.		Amortisationsdauer [Jahre] bei Energie-preissteigerung2,5 % p.a. 5 % p.a.
Aqua Paket Plasma	20 25	-15.869 -14.733	-13.245 € -10.478 €	>30 >30	>30 J. >30 J.
Solar-Sorglos-Paket SPH200	20 25	-8.012 -6.963	-6.020 € -3.732 €	>30 >30	>30 J. >30 J.
Heizungsunter-stützende Solar-anlage	20 25	-4.101 -2.944	-2.213 € 119 €	>30 >30	25 J. 25 J.

Quellen

[1] http://www.sonnewindwaerme.de/sites/default/files/sonne_wind_waerme_solarpakete.pdf

[2] http://www.umweltinstitut.org/themen/energie-und-klima/wirtschaftlichkeitsberechnungen/wirtschaftlichkeit-von-solaranlagen.html

[3] http://www.bafa.de/bafa/de/energie/erneuerbare_energien/solarthermie/publikationen/uebersicht_solar.pdf

[4] BSW & BDH vom 17.11.2013: Empfehlung zur Verwendung einheitlicher Kenndaten für thermische Solaranlagen, siehe www.solarwirtschaft.de/fileadmin/media/pdf/BSW_BDH_ST-Kenndaten_01.pdf