Fotowoltaika ile to kosztuje?

Transkrypt

1 Fotowoltaika ile to kosztuje? Autor: dr hab. Ewa KlugmannRadziemska, prof. nadzw. PG, Politechnika Gdańska ( Czysta Energia nr 11/2010) Według Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) energia słoneczna może stanowić źródło dla 2025% całkowitej światowej produkcji energii elektrycznej w 2050 r. Ten potencjał pochodzi z dwóch typów systemów: instalacji fotowoltaicznych (PV), których udział w 2050 r. szacuje się na 11% (dwukrotnie więcej niż początkowo zakładano) oraz technologii skoncentrowanej energii słonecznej (CSP Concentrated Solar Power), w której paraboliczne zwierciadła skupiają promienie słoneczne na odbiorniku, przekształcającym energię słoneczną w ciepło, które jest następnie wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej w konwencjonalnej elektrowni. Oba rodzaje technologii (PV i CSP) łącznie mogą dostarczyć 9000 TWh energii elektrycznej 1. Sposób na redukcję CO 2 Zakłada się średni roczny wzrost rynku PV o 17% w najbliższej dekadzie, czego skutkiem będzie łączna zainstalowana moc na poziomie 200 GW w 2020 r. Od 2020 do 2030 r. średnia prognozowana roczna stopa wzrostu rynku wyniesie 11%, zapewniając łączną globalną moc PV ok. 900 GW w 2030 r., 2000 GW w 2040 r. i 3000 GW w 2050 r., z uwzględnieniem wymiany starych systemów PV. Jeśli zainstalowana do 2050 r. moc PV na świecie osiągnie prognozowany poziom 3000 GW, systemy te będą generowały 4500 TWh energii elektrycznej rocznie, co odpowiada redukcji emisji CO 2 o 2,3 Gt. Względny udział w poszczególnych segmentach rynku PV także zmienia się znacząco w czasie. Przewiduje się zwłaszcza, że łączna moc zainstalowana domowych systemów PV spadnie z niemal 60% obecnie do poniżej 40% w 2050 r., chociaż względne udziały w różnych sektorach zależą od specyfiki kraju. Realizacja tego scenariusza wymaga rozwiązania kluczowych kwestii technicznych. Operatorzy sieci i obiektów użyteczności publicznej będą musieli opracować nowe technologie i strategie integracji dużych ilości energii fotowoltaicznej w sieci oraz nowoczesne systemy zarządzania i przechowywania energii. Osiągnięcie tego poziomu dostaw energii elektrycznej z systemów PV oraz związane z tym korzyści gospodarcze i społeczne będą również wymagać bardziej skoordynowanego wsparcia ze strony polityków. Zakładany spadek kosztów Zakłada się również stałe obniżanie kosztów systemów PV według dotychczasowej tendencji. Obecnie obserwowane tempo spadku kosztów wynosi 1522% rocznie. Oczekuje się, że nastąpi spadek cen o 70% od obecnego poziomu dol./kw aż do dol./kw w 2030 r. i 800 dol./kw w 2050 r. Optymistyczne prognozy przewidują długoterminowy spadek kosztów wytwarzania do dol. 50/MWh 1. Instalacja fotowoltaiczna jest przedsięwzięciem kosztownym na etapie inwestycji, za to etap

2 eksploatacji systemu generuje znikome koszty. Na cenę zakupu systemu fotowoltaicznego składają się koszty: modułów fotowoltaicznych, elementów systemu (akumulator, falownik, kontroler, okablowanie itp.), transportu i instalacji, projektowania. Cena modułów PV systematycznie spada i obniżyła się do 2,60 dol./wat na koniec 2009 r. (rys. 1). Dla instalacji zlokalizowanych na obszarach o dobrym nasłonecznieniu koszt energii generowanej przez moduły z krystalicznego krzemu obniży się w 2010 r. do 0,17 dol./kwh (do 0,13 dol./kwh dla technologii cienkowarstwowych). Rys. 1. Ceny modułów w latach w dol./w 2 Ceny systemów fotowoltaicznych różnią się znacznie w zależności od kilku czynników, w tym wielkości systemu, lokalizacji, możliwości podłączenia do sieci elektroenergetycznej, specyfikacji technicznej z uwzględnieniem kosztów wszystkich elementów instalacji (tab. 1). Tab. 1. Koszty inwestycyjne w wybranych krajach (dane z 2008 r.) Kraj instalacje offgrid < 1 kw [EURO/W p ] Niemcy Hiszpania Norwegia USA 11,414,4 15,021,7 4,86,1 instalacje offgrid > 1 kw [EURO/W p ] 9,711,4 5,46,8 instalacje gridconnected < 10 kw [EURO/W p ] 3,94,5 7,07,5 10,814,4 4,86,1 instalacje gridconnected > 10 kw [EURO/W p ] 3,7 5,76,0 4,4 Koszt zakupu modułów stanowi ok. 58% w przypadku instalacji podłączonych do sieci (rys. 2). Średni koszt zainstalowanej w układzie połączonym z siecią mocy wynosi obecnie 6,9 dol./w p i jest o 5% wyższa niż w latach

3 Rys. 2. Udział procentowy kosztów poszczególnych elementów systemu PV podłączonego do sieci energetycznej Cena modułów wynosi obecnie w Polsce ok. 20 zł/w p, a więc koszt modułów dla typowego systemu o mocy 2 kw p wyniesie 40 tys. zł, a koszt całego systemu: 80 tys. zł. Nakłady inwestycyjne w przypadku systemu samodzielnego będą nieco większe ze względu na dodatkowy koszt baterii akumulatorów. Niższe są koszty związane z projektowaniem instalacji w nowo budowanych budynkach w stosunku do istniejących obiektów. Można również oczekiwać zmniejszenia wydatków, jeśli instaluje się systemy jednocześnie na kilku inwestycjach. Cena energii elektrycznej, produkowanej w konwencjonalny sposób na bazie spalania paliw kopalnych nieustannie wzrasta, podczas gdy koszt produkcji modułów PV i innych składników systemów fotowoltaicznych maleje. Według badań wykonanych przez Fraunhofer Institute we Freiburgu (Niemcy), koszt energii generowanej w systemach fotowoltaicznych zrówna się z ceną, jaką konsumenci płacą dostawcom energii w 2020 r. 3. Wcześniej może to nastąpić w lepiej nasłonecznionych krajach, np. w Hiszpanii. Jednocześnie im więcej modułów będzie produkowanych i sprzedawanych na całym świecie, tym bardziej będzie obniżać się koszt zainstalowania mocy jednostkowej (rys. 3). Okres zwrotu inwestycji PV określa się na podstawie kosztów inwestycyjnych, kosztów eksploatacyjnych, w tym związanych z obsługą techniczną i naprawami usterek oraz ilości generowanej energii elektrycznej i jej ceny w danym kraju z uwzględnieniem obowiązujących taryf. Koszt wygenerowania jednostkowej energii elektrycznej może być obliczony na podstawie wzoru: A + Aop celektr = 0 n E el gdzie: A 0 koszty inwestycyjne, A op koszty obsługi technicznej instalacji w całym okresie eksploatacji, n okres eksploatacji (2030 lat), E el energia elektryczna produkowana rocznie w [kwh].

4 Poszukiwania nowych rozwiązań technologicznych mają doprowadzić do zwiększenia sprawności modułów w odniesieniu do sprawności pojedynczych ogniw (cell to module efficiency) oraz ogniw polikrystalicznych do 18% i monokrystalicznych do 20%, czego skutkiem będzie obniżenie ceny wytworzenia jednostki energii elektrycznej w systemach fotowoltaicznych. 100 Euro/W p (mocy zainstalowanej) moc skumulowana [MW p] Rys. 3. Zależność ceny instalacji PV od mocy skumulowanej 3 Ponieważ w okresie ostatnich 10 lat wzrost produkcji modułów fotowoltaicznych wyniósł od 20% do 40% rocznie, prognozowany spadek cen osiągnie poziom 20% przy podwojeniu rocznej produkcji, zgodnie z przewidywanym rozwojem rynku PV. W efekcie ceny systemów fotowoltaicznych powinny zmniejszać się o połowę w ciągu każdej dekady. Energochłonność produkcji Z punktu widzenia wpływu na środowisko istotny jest okres zwrotu energii zużytej na etapie produkcji systemu (energy payback time) (tab. 2). Najbardziej energochłonny proces to produkcja krystalicznego krzemu wysokiej czystości ten etap wymaga 10 tys. kwh energii na wytworzenie ogniw dla modułów o mocy kw p, podczas gdy produkcja modułów cienkowarstwowych pochłania zaledwie połowę tej ilości energii. Jednocześnie pozostałe elementy tych modułów są nieco bardziej skomplikowane: produkcja ramy aluminiowej do modułu z krystalicznego krzemu wymaga energii ok kwh na kw p oraz 2000 kwh na kw p w przypadku modułu z amorficznego krzemu. Uzasadnia to stosowanie modułów bezramowych lub ram wykonanych z tworzyw sztucznych w szerszym zakresie niż ma to miejsce obecnie. Kolejnym kosztem energetycznym jest montaż systemu. W przypadku modułów z krzemu krystalicznego ten etap pochłania 1500 kwh na kw p, a w odniesieniu do modułów amorficznych niemal dwa razy więcej ze względu na większą powierzchnię instalacji. Produkcja inwerterów powoduje zużycie energii w ilości ok. 250 kwh na kw p.

5 Tab. 2. Zużycie energii i okres zwrotu nakładów energetycznych dla różnych technologii 4 Technologia Zużycie energii Okres zwrotu [kwh/kw p ] zużytej energii [lat] Moduły krzemowe ,0 monokrystaliczne z ramą Moduły krzemowe ,3 monokrystaliczne bez ramy Moduły asi z ramą ,0 Moduły asi bez ramy ,6 Moduły CdTe z ramą ,2 Moduły CdTe bez ramy ,6 Moduły CIS z ramą ,3 Moduły CIS bez ramy ,0 Najbliższa dekada będzie kluczowa z punktu widzenia opracowania skutecznej polityki, przygotowanej w celu umożliwienia dalszego rozwoju energii słonecznej. Aby utrzymać tempo szybkiego wdrażania technologii, potrzebne są zorientowane na długoterminowy rozwój energetyki słonecznej konkretne bodźce. Będą musiały one ewoluować w czasie w celu wspierania innowacji i rozwoju technologii oraz redukcji kosztów. Wdrażanie technologii PV zgodnie z harmonogramem określonym w przyjętym scenariuszu rozwoju rynku wymaga silnego, spójnego i zrównoważonego wsparcia polityki. Cztery główne obszary interwencji polityki to: Tworzenie ram politycznych dla wdrażania technologii fotowoltaicznych, w tym systemów zachęt do zmian zachodzących na rynku. Poprawa produktów i komponentów, stworzenie modeli finansowania, szkolenia i kształcenia w zakresie energetyki słonecznej. Wspieranie dalszego rozwoju technologii i prac badawczorozwojowych, mających na celu redukcję kosztów i poprawy sprawności systemów. Rozwój współpracy międzynarodowej dla ułatwienia transferu wiedzy do krajów rozwijających się. Źródła 1. Appleyard D.: Global PV Supply: Realizing a Vision, Renewable Energy World 4/ Englander D., Bradford T.: PV Technology, Production and Cost, 2009 Forecast PV THROUGH 2012: The Anatomy of a Shakeout. GTM Research. Cambridge Dobrzański L.A., Musztyfaga M., Drygała A., Panek P., Drabczyk K., Zięba P.: Wytwarzanie ogniw fotowoltaicznych z wykorzystaniem metody sitodruku. I Krajowa Konferencja Fotowoltaiki. KrynicaZdrój Planning & Installing Photovoltaic Systems. wyd. II, Earthscan 2008.