ORIGINAL PAPER
Heating films as an element of combined photovoltaic and heating systems in residential buildings
Krystian Majchrzak 1, 2  
,   Monika Pepłowska 1  
,   Piotr Olczak 1  
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland
2
Instaway Institute, Warszawa, Poland
CORRESPONDING AUTHOR
Piotr Olczak   

Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland
Submission date: 2021-02-06
Final revision date: 2021-04-11
Acceptance date: 2021-04-13
Publication date: 2021-09-22
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2021;24(3):29–42
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
This paper discusses the idea of combining a photovoltaic system with a heating film system to heat residential buildings. The analysis was performed for a newly built single-family house in Warsaw or its vicinity. The authors have selected the size of the photovoltaic installation, calculated the costs incurred by the user for the installation of a hybrid system, which were additionally compared to the cost of installing a gas installation (gas boiler) used for heating the building. The calculations were made for a single-family house with a usable area of 120 m2, the demand for utility energy for heating purposes in the newly built house was in the range of 10–50 kWh/m2/year. Based on the adopted parameters, the authors evaluated the economic efficiency of both investments (solutions) determining their net present values (NPV). The analysis takes the energy needed only for heating purposes into account. NPV for a heating system with a gas boiler with an investment outlay EUR 8,000 for buildings purchased for utility energy in the amount of 20 kWh/m2/year and the price for natural gas EUR 0.04 /kWh will be EUR –10,500 (for 15 years, discount rate r = 3%). For the same thermal needs (energy required) of the building, NPV for heating films + photovoltaic (HF + PV) will amount to – EUR 8,100. Comparing the variants will get a EUR 2,400 higher NPV for HF + PV. With a utility energy demand for heating purpose of 50 kWh/m2/year and gas heating installation investment cost of EUR 7,000, the NPV for both variants will be equal for natural gas price = EUR 0.035/kWh.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Folie grzewcze jako element współpracy fotowoltaiki z systemem grzewczym w domach jednorodzinnych
fotowoltaika, odnawialne źródła energii, energia słoneczna, budownictwo ekologiczne, folie grzewcze
W niniejszym artykule zaprezentowano możliwości ogrzewania budynku mieszkalnego z zastosowaniem hybrydowego współdziałania systemu fotowoltaiki wraz z systemem folii grzewczych. Analizę przeprowadzono dla nowo wybudowanego domu jednorodzinnego w okolicach Warszawy. Autorzy dokonali wyboru wielkości instalacji fotowoltaicznej, obliczyli koszty poniesione przez użytkownika w celu montażu systemu hybrydowego, które dodatkowo porównali do kosztów montażu instalacji gazowej (kocioł gazowy) służącej do ogrzewania niniejszego budynku. Obliczenia wykonano dla domu jednorodzinnego o powierzchni użytkowej 120 m2, zapotrzebowanie na energię użytkową do celów grzewczych w zakresie 10–50 kWh/m2/rok. Na podstawie przyjętych parametrów autorzy ocenili efektywność ekonomiczną obu inwestycji (rozwiązań: fotowoltaika + folie grzewcze, ogrzewanie gazowe) wyznaczając ich wartości bieżące netto (NPV). W analizie uwzględniono tylko energię potrzebną na cele grzewcze. NPV dla instalacji grzewczej z kotłem gazowym o nakładzie inwestycyjnym 8000 EUR dla budynku o zapotrzebowaniu na energię użytkową w ilości 20 kWh/m2/rok i cenie za gaz ziemny 0,04 EUR/kWh wyniesie –10 500 EUR (na 15 lat, stopa dyskonta r = 3%). Dla analogicznych potrzeb cieplnych budynku, NPV dla folii grzewczych + fotowoltaika (HF + PV) wyniesie –8100 EUR. Porównując warianty, wyższe NPV o 2400 EUR zostanie osiągnięte dla wariantu HF + PV. W przypadku zapotrzebowania na energię użytkową na potrzeby grzewcze na poziomie 50 kWh/m2/rok, przy nakładach inwestycyjnych 7000 EUR. wartości NPV dla obu wariantów będą równe przy cenie gazu ziemnego 0,035 EUR/kWh.
 
REFERENCES (19)
1.
Chwieduk, D. 2009. Recommendation on modelling of solar energy incident on a building envelope. Renewable Energy 34(3), pp. 736–741.
 
2.
Columbus Energy 2021. Photovoltaic. [Online] https://columbusenergy.pl/ [Accessed: 2021-02-15].
 
3.
COM(2020) 562 final. Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions. Stepping up Europe’s 2030 climate ambition. Investing in a climate-neutral future for the benefit of our people. [Online] https://eur-lex.europa.eu/lega... [Accssessed: 2021--05-14].
 
4.
Gas boilers 2021. [Online] https://kotly.pl/kotly/ [Accessed: 2021-02-16].
 
5.
Journal of Laws 2015, item 376. Ordinance of the Minister of Infrastructure and Development of February 27, 2015 On the methodology for determining the energy performance of a building or part of a building and energy performance certificates (Dz.U. 2015, poz. 376, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 27 lutego 2015 r. W sprawie metodologii wyznaczania charakterystyki energetycznej budynku lub części budynku oraz świadectw charakterystyki energetycznej). Warszawa (in Polish).
 
6.
JRC European Comission 2017. Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS).
 
7.
Koval et al. 2019a – Koval, V., Sribna, Y. and Gaska, K. 2019. Energy Cooperation Ukraine-Poland to Strengthen Energy Security. E3S Web of Conferences 132, DOI: 10.1051/e3sconf/201913201009.
 
8.
Koval et al. 2019b – Koval, V., Sribna, Y., Mykolenko, O. and Vdovenko, N. 2019. Environmentalconcept of energy security solutions of local communities based on energy logistics. 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019, 19(5.3), pp. 283–290, DOI: 10.5593/sgem2019/5.3/S21.036.
 
9.
Kryzia, D. and Pepłowska, M. 2019. The impact of measures aimed at reducing low-stack emission in Poland on the energy efficiency and household emission of pollutants. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 22(2), pp. 121–132, DOI: 10.33223/epj/109912.
 
10.
Kryzia et al. 2020 – Kryzia, D., Kopacz, M. and Kryzia, K. 2020. The Valuation of the Operational Flexibility of the Energy Investment Project Based on a Gas-Fired Power Plant. Energies 13(7), DOI: 10.3390/en13071567.
 
11.
Matuszewska et al. 2017 – Matuszewska, D., Kuta, M. and Górski, J. 2017. Cogeneration – Development and prospect in Polish energy sector. E3S Web of Conferences 14, 01021, DOI: 10.1051/e3sconf/20171401021.
 
12.
Ministry of Climate 2020. Ministry of Climate and Environment 2020. Poland’s energy policy until 2040 (Polityka energetyczna Polski do 2040 r.). [Online] https://www.gov.pl/web/klimat/... [Accessed: 2021-01-21] (in Polish).
 
13.
Ministry of Development 2019. Typical Reference Year (Typowy rok referencyjny). [Online] https://archiwum.miir.gov.pl/s... [Accessed: 2020-08-10] (in Polish).
 
14.
Mirowski, T. and Sornek, K. 2015. Potential of prosumer power engineering in Poland by example of micro PV installation in private construction (Potencjał energetyki prosumenckiej w Polsce na przykładzie mikroinstalacji fotowoltaicznych w budownictwie indywidualnym). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 18(2), pp. 73–84 (in Polish).
 
15.
Natural Gas Price 2021. [Online] http://www.cena-pradu.pl/gaz.h... [Accessed: 2021-02-15].
 
16.
Shmygol et al. 2020 – Shmygol, N., Schiavone, F., Trokhymets, O., Pawliszczy, D., Koval, V., Zavgorodniy, R. and Vorfolomeiev, A. 2020. Model for assessing and implementing resource-efficient strategy of industry. CEUR Workshop Proceedings, 2713.
 
17.
Szurlej et al. 2014 – Szurlej, A., Kamiński, J., Janusz, P., Iwicki, K. and Mirowski, T. 2014. Gas-fired power generation in Poland and energy security (Rozwój energetyki gazowej w Polsce a bezpieczeństwo energetyczne). Rynek Energii 6, pp. 33–38 (in Polish).
 
18.
Tytko, R. 2019. Heating the building by foil and electrical matts (Ogrzewanie budynku za pomocą folii i mat elektrycznych). Aura 8, pp. 18–21 (in Polish).
 
19.
Żelazna et al. 2020 – Żelazna, A., Gołębiowska, J., Zdyb, A. and Pawłowski, A. 2020. A hybrid vs. on-grid photovoltaic system: Multicriteria analysis of environmental, economic, and technical aspects in life cycle perspective. Energies 13(15), 3978, DOI: 10.3390/en13153978.
 
ISSN:1429-6675