Gestehungskosten: Flachkollektor und Röhrenkollektor im Vergleich

Und weiter geht’s mit der Auswertung der Diplomarbeit zur Fernwärme von Christoph Zinganell. Heute stehen die Kosten der solarthermischen Wärmeerzeugung auf dem Programm. Das ist ein ganz spannendes Thema – und Lieblingsthema unserer Conny. Die kann nämlich gar nicht genug kriegen von den sogenannten Wärmegestehungskosten solarthermischer Systeme. Und freut sich über jeden, der ihre Leidenschaft für das Lieblingsthema teilt. Mein Tipp: Falls Ihr Cornelia mal persönlich trefft, lasst einfach den Begriff „Gestehungskosten“ fallen und schaut, was passiert! Conny wird zu energetischer Höchstform auflaufen und Euch Sachen erzählen, die sind sowas von …, ach, probiert es einfach aus! Wer will, kann auch Connys ausführlichen Artikel zu den Gestehungskosten lesen. Den findet Ihr hier.

Ich stürze mich jetzt kopfüber in die Diplomarbeit von Christoph. Als Erstes nehme ich mir den Abschnitt vor, in dem er erklärt, wie sich die solarthermischen Kosten von Großanlagen überhaupt zusammensetzen.

Gestehungskosten: wie werden sie berechnet?

Und weil Conny in ihrem oben erwähnten Gestehungskosten-Erklärartikel schon jede Menge Theorie liefert, reicht es mir, an dieser Stelle nur kurz Christophs Definition und Berechnungsformel zu den Gestehungskosten aufzuführen:

„Die Wärmegestehungskosten sind eine wirtschaftliche Kennzahl zur Bewertung und vor allem zum Vergleich von Heizungs- bzw. Wärmeversorgungsanlagen. Sie stehen für einen über die ganze Lebensdauer konstanten Preis, der von einem Nutzer für die zur Verfügung gestellte Wärme zu bezahlen wäre, damit sich ein Kapitalwert der Investition genau zu Null ergibt. Ab diesem Wärmepreis wäre die Investition positiv zu bewerten …“

Die Berechnungsformel schaut demnach so aus:

Christoph merkt zur Annuität der Investition noch an, dass diese „neben der eigentlichen Investition die Betriebs- und Verbrauchskosten sowie sonstige Kosten“ beinhalte.

Wovon hängen nun aber die Wärmegestehungskosten ab?

Generell, so antwortet Christoph, von:

• der Technologie (Investitionskosten)
• und dem Brennstoffpreis (Betriebskosten).

Dazu müsse man wissen, dass für Festbrennstoffheizungen höhere Investitionen nötig seien, als für klassische Öl- und Gasheizungen, schreibt Christoph weiter. Wobei das die Festbrennstoffanlagen in Betrieb wieder wettmachen könnten, da die für sie verwendeten Brennstoffe günstiger seien als Öl und Gas. Was ja bedeute, dass „die spezifischen Investitionskosten pro kW installierte Leistung sinken“.

Grundsätzlich ist die Ermittlung von Gestehungskosten ziemlich komplex – deshalb verwendet Christoph dafür die in Österreich geltende Norm, die „die genaue Vorgehensweise bei einer betriebswirtschaftlichen Vergleichsrechnung von Energiesystemen festlegt“. Die Rede ist von der ÖNORM M 7140, die zwar, so schreibt Christoph weiter, „jegliche Kosten für Energieeinsatz, Brennstoffe, Errichtung, Betrieb und Entsorgung von Heizungsanlagen und Reststoffen … [jedoch] keine externen, umweltbezogenen Schadenskosten, welche in der Literatur üblicherweise als externe Kosten bezeichnet werden“ berücksichtige.

Gestehungskosten: Wie setzen sich die Kosten einer solarthermischen Großanlage zusammen?

Anhand der folgenden Grafik zeigt Christoph anschaulich, „aus welchen Teilen sich der Gesamtpreis einer kompletten Solarthermie-Anlage zusammensetzt“.

Die prozentuelle Aufteilung des durchschnittlichen Systempreises wurde demnach aus dreizehn bereits realisierten Großanlagen und drei Musterausschreibungen zwischen 20 und 400 Quadratmetern (m2) Kollektorfläche eruiert. Nicht berücksichtig seien laut Christoph hierbei:

• die Kosten für Fundamente beziehungsweise Aufständerung bei Freiflächenaufstellung
• die Planungskosten
• und ein entsprechender Wärmetauscher zur Übergabe in das Fernwärmenetz.

An dem eben gezeigtenTortendiagramm ist zu sehen, dass die Kosten für das System den Löwenanteil der Gestehungskosten ausmachen. Wie haben sich die Systemkosten nun aber tatsächlich entwickelt? Diese Frage beantwortet Christoph ebenfalls mit einer Grafik.

Die Schwankungsbreite, die die Grafik zeigt, sei laut Christoph „auf die geographische Lage und die dort vorhandene Solarstrahlung zurückzuführen“.

Was sagt uns die Grafik? Die Kollektorpreise wären demnach seit 1990 um rund 40 Prozent gesunken, in den vergangenen zehn Jahren hätte jedoch kaum mehr eine Kostensenkung stattgefunden und in den letzten Jahren sei sogar ein leichter Anstieg zu beobachten gewesen, den Christoph auf steigende Materialkosten bei Kupfer und Aluminium zurückführt.

Spannend ist, dass die „Einflussparameter auf die Kollektorpreise … zwar unabhängiger vom internationalen Börsenhandel als bei den konventionellen Einflussparametern auf die Wärmegestehungskosten [seien], jedoch nicht ganz unabhängig wie die aktuelle Stagnation der Kosten zeigt. Ist eine solarthermische Anlage gekauft, können zwar schwankende Rohstoffpreise nichts mehr an den verbrauchs- beziehungsweise betriebsgebundenen Kosten ändern, aber sehr wohl Einfluss auf die Opportunitätskosten nehmen. Für Investitionsrechnungen von solarthermischen Anlagen können stark fallende Brennstoffpreise von Öl und Gas ein großes Risiko darstellen, da im Vergleich zu einer konventionellen (fossilen) Anlage die Wirtschaftlichkeit eventuell nicht mehr gegeben ist. Somit verschwindet das Risiko von schwankenden Rohstoffpreisen nicht, sondern wird nur verlagert.“

Mit den erwähnten Opportunitätskosten meint Christoph übrigens „entgangene Erlöse, die durch eine alternative Veranlagung des Kapitals erzielbar gewesen wären“.

Kostenvergleich der einzelnen Solarthermiesysteme: Könnte auch heißen – Wie viel kosten Solarthermische Großanlagen

Die Systemkosten der für seine Diplomarbeit verwendeten Solarthermiekollektoren (Flachkollektoren=FK und Vakuumröhrenkollektoren=VR) hat Christoph in der folgenden Tabelle zusammengetragen:

Der Flachkollektor wird von Christoph in der größeren Version FA 3/6 (3 Meter x 6 Meter) zur Berechnung herangezogen. Insgesamt sind demnach 72 Großflächenkollektoren auf der Beispiel-Fläche platzierbar. Laut Hersteller besitze ein Kollektormodul bei einer Globalstrahlung von 1.000 W ? m-² eine maximale Spitzenleistung von 12 kWth. Dies ergibt nach Christophs Berechnungen eine maximale Gesamtleistung bei 72 Modulen von 864 kWth. Bei der angenommenen Anordnung entspräche das einer Leistung von 0,35 kW ? m-² Referenzfläche. Der Nettopreis für ein Großkollektormodul beträgt demzufolge 2.887,41 €.

Der Vakuumröhrenkollektor CPC 45 XL von Ritter XL Solar GmbH hat laut Christoph eine Höhe von 2 Metern und eine Breite von 2,5 Metern (5 m² Bruttofläche), insgesamt seien auf der Referenzfläche somit 270 Vakuumröhrenkollektormodule platzierbar. Laut Hersteller habe ein Modul eine Nennleistung von 3,1 kWth, dies entspräche einer Gesamtnennleistung von 837 kWth und einer flächenbezogenen Leistung von 0,34 kW ? m-² Referenzfläche. Der Nettopreis für ein Vakuumröhrenmodul beträgt demzufolge 1.314,8 €.

Die folgende Tabelle zeigt „zusammenfassend die Leistungen beider Systeme, wenn sie als Großanlage auf einer Referenzfläche von 2.500 m² am Standort Wien ausgeführt werden würden“:

Dank der ermittelten Zahl an Modulen macht Christoph im Folgenden die Rechnung für die Gesamtkosten auf. Anzumerken ist hierbei, dass bei einer Anlage mit Flachkollektoren ein Frostschutzmittel notwendig ist. Die entsprechenden Kosten dafür fließen in die Rechnung mit ein.

Die Gesamtsummen aus Tabelle 18 nutzt Christoph als Investitionssumme in der folgenden Berechnung der Kapitalwerte für eine solare Großanlage mit FK beziehungsweise VR.

Die Tabelle zeigt demzufolge einen “Überblick aller Investitionskosten und den zu erwartenden solaren Jahreserträgen – pro Modul, pro Anlage (netto) sowie pro Anlage mit berücksichtigten Verlusten (real) – beider Systeme bei unter-schiedlichen Temperaturen inklusive deren jährlichen Betriebskosten. Die jährlichen Betriebsausgaben werden als konstant angenommen und beinhalten eine entsprechende Haftschutzversicherung sowie die notwendige Wartung im Zwei-Jahresintervall. Eine weitere wichtige Annahme zur Berechnung der Kapitalwerte ist die Nutzungsdauer, welche für solare Anlagen üblicherweise 25 Jahre beträgt”.

Aus der Tabelle wird auch ersichtlich, dass “die höchsten Jahreserträge … bei einer mittleren Kollektortemperatur von 60 Grad Celsius erreichbar” seien, schreibt Christoph Zinganell weiter. Dies entspreche ihm zufolge den durchschnittlich benötigten Temperaturen im Wiener Wärmenetz von März bis Oktober. Die Jahresgesamterträge der Systeme würden demnach zu 99 Prozent (FK) und 92 Prozent (VR) in diesem Zeitraum erwirtschaftet. Eine Erhöhung des Temperaturniveaus auf 80 Grad Celsius (von November bis Dezember) ergäbe laut Christoph beim VR-Modul eine Ertragsminderung von nur 14 Prozent. Der Einfachheit halber zieht Christoph im Folgenden deshalb ein einheitliches Temperaturniveau von 60 Grad Celsius zur Berechnung der jeweiligen Erlöse und zur Kalkulation der Kapitalwerte heran. Das Ganze macht Christoph an zwei unterschiedlichen Szenarien fest – doch dazu mal mehr an anderer Stelle. Hier reicht mir ein Blick auf die folgende Übersicht:

Sie zeigt die berechneten Jahreserlöse beider Szenarien für FK und VR sowie die zugehörigen Kapitalwerte. Gut zu wissen: Beide Szenarien gehen von einem kalkulatorischen Zinssatz von 5 Prozent und einer Nutzungsdauer von 25 Jahren aus. Conny könnte euch an dieser Stelle auch lang und breit erklären, warum ein Kalkulationszinssatz von 5% der aktuellen Wirtschaftslage nicht mehr entspricht, aber das ist wieder eine andere Geschichte. Was hier interessant ist, dass obwohl die Investitionskosten beim Vakuumkollektor höher sind, als beim Flachkollektor und die jährlichen Überschüsse ziemlich gewaltig sind. Es zeigt auch, dass auch Förderung noch immer notwendig ist, weil weder der Flach- noch der Röhrenkollektor ohne Förderung einen positiven Kapitalwert schafft.

Schließlich führt uns Christoph mit dieser Grafik vor Augen, wie der Wärmepreis in Abhängigkeit der unterschiedlichen Nutzungsdauer und Kalkulationszinsen verlaufen müsste, um einen positiven Kapitalwert zu erhalten. Auch hier kann der Röhrenkollektor mit einem geringeren Wärmepreis mithalten als der Flachkollektor. Wenn man dann noch den Kalkulationszinssatz etwas mehr an die Gegebenheiten aus dem Jahr 2015 anpasst, sieht es nochmal ganz anders aus: Aber wie Conny hier schon mal geschrieben hat, ist das Problem ja nicht nur der Preis, sondern, dass es manchen Investoren nicht einmal reicht, wenn der Wärmepreis bei 5 ct/kWh liegt.

Es sei laut Christoph klar ersichtlich, “dass der Zinssatz einen großen Einfluss auf den notwendigen Wärmepreis nimmt, um einen positiven Kapitalwert zu generieren”. Minimale Auswirkung auf den erforderlichen Wärmepreis habe ihm zufolge “eine Erhöhung der Nutzungsdauer”. Speziell bei einem hohen kalkulatorischen Zinssatz verringere die erweiterte Nutzungsdauer den notwendigen Wärmepreis nur marginal um 6,5 Prozent. Bei einem Zinssatz von 5 Prozent senke sich der geforderte Wärmepreis nur um etwa 12 Prozent.

Christophs Fazit und Schlusswort für heute: “Es zeigt sich also, dass die Nutzungsdauer wenig Einfluss auf die Kapitalwerte nimmt und dies auch nur gering vom gewählten Zinssatz abhängig ist.”

Endlich! Die Arbeit zum Download

Und wisst ihr was? Das war’s jetzt auch mit unserer ausführlichen Berichterstattung von dieser Diplomarbeit. Wir bedanken uns bei Christoph Zinganell für das zur-Verfügung-Stellen der Informationen und nun wie versprochen endlich die Arbeit als Download:

Master-Thesis.pdf

Foto: fmatte / photocase.de (Titel), Christoph Zinganell (9 Grafiken)

Alle Artikel der Serie

• Tataaaaa die wohl umfassendste Diplomarbeit zu solarer Fernwärme ist da
• Wiener Fernwärmenetz – So funktioniert’s
• Sceno Kalk – Simulationssoftware für Kollektorerträge
• Wie funktioniert ein Solarprüfstand?
• Fernwärmemarkt – So schaut er in Österreich aus
• Winter Experimente am Solarprüfustand – Glykol vs. Wasser

[su_box title=”Disclaimer” style=”glass” box_color=”#758a3e”]Disclaimer: Herausgeber dieses Blogs ist die Rittter Gruppe – Hersteller der oben erwähnten Hochleistungs-Vakuumröhrenkollektoren.  Die Diplomarbeit selbst wurde absolut unabhängig erstellt.[/su_box]