Главный показатель цены фотовольтаических панелей – стоимость за один киловатт установленной мощности. Это значение последовательно уменьшается год от года. Насколько подешевело «солнечное электричество» и каковы перспективы применения его в обычных домохозяйствах?
Незаметно, без громких заголовков в прессе, во всем мире сейчас происходит «тихая революция», способная изменить окружающую среду, многие отрасли промышленности и энергетики, и даже повлиять на образ жизни сотен миллионов, если не миллиардов людей на планете. Она называется «PV-панель» и тесно связана с понятием «личная энергонезависимость».
Цены – вниз
«Силовые» фотоэлектрические панели достаточно большой мощности, предназначенные для производства электроэнергии для использования в быту или в промышленности, принято называть фотовольтаическими панелями или модулями (PV, Photo Voltaic). Они выделены в отдельный класс фотоэлектрических преобразователей энергии света в электричество от остальных устройств, применяемых в калькуляторах или в других приборах.
Любая идея проходит три стадии – от утверждений, что это полный бред, потом – что в этом что-то есть и третья фраза : «Да кто же об этом не знает?». Развитие технологии PV-панелей сейчас находится именно в этом, третьем, состоянии. Интерес бизнеса к производству солнечных электрических модулей только усиливается. Это отражается в жесткой конкуренции. Предложение по-прежнему заставляет снижать цену на продукцию. По данным американского издания Pv-magazine цены в августе 2016 достигли минимума, а европейские и китайские производители PV-панелей в снижении цен «идут ноздря в ноздрю», конкурируя между собой за потребителя (рис. 1). Цены указаны за так называемый «пиковый ватт», или Вт-пик (Wp), то есть за максимально возможную генерируемую мощность. В таблице показано сравнение усредненных цен за кремниевые панели разных типов на европейском рынке за июль 2016 г.
Рис. 1. Цены на модули из кремния на оптовом рынке ЕС, август 2015 – август 2016 (на 10/08/2016) по происхождению товара. Источник – журнал Pv-magazine, США, по данным биржи pvXchange
«Классические» PV-панели собираются из кремниевых ячеек, сделанных из разных его видов – монокристаллического, поликристаллического, аморфного и т.д. Они были первыми на рынке промышленного и бытового применения, и история их стоимости – это история борьбы за лучшую цену, за совершенство технологий, за расширение масштабов производства.
Таблица. Обзор цен PV-модулей в Европе за €/Вт-пик по состоянию на июль 2016 (данные Bloomberg New Energy Finance, pvXchange, США)
Эксперты из Института политики Земли (Earth Policy Institute, EPI) и исследовательского центра Bloomberg New Energy Finance (BNEF) подсчитали степень влияния цен на кремниевые панели и взаимосвязь с ростом числа установок солнечной электрогенерации в мире. Диаграмма на рис. 2 иллюстрирует, как изменились цены на PV-панели из расчета за $/Вт-пик установленной мощности с 1975 по 2015 г. За это время стоимость электрогенерации снизилась в более, чем 150 раз (при том, что цена за Вт-пик установленной мощности снизилась > 210 раз), а общее число установок в мире, преобразующих солнечный свет в электричество, выросло в 115 тысяч (!) раз.
Рис. 2. История мировых цен на кремниевые PV-панели всех типов в 1975 – 2015. Взаимное влияние снижения стоимости установленной мощности, себестоимости солнечной электрогенерации и роста числа PV-установок в мире. По данным Earth Policy Institute (EPI) и Bloomberg New Energy Finance (BNEF)
На приведенных на рис. 2а) и 2б) графиках очень емко и лаконично показано, что происходило за последнее время в отрасли фотовольтаики.
Как видно, когда цена солнечных PV-панелей была около $100 за 1 Вт-пик в 1975 г., то общий объем установок в мире составлял всего около 2 МВт. Всего за два года цена упала до $76,67 за 1Вт-пик. С тех пор прошло, в общем-то, совсем немного времени, но теперь всё изменилось. К началу 2016 года среднемировая цена за модуль из кремния за Вт-пик установленной мощности составила около $0,61, а глобальное число установок PV-генерации выросло по экспоненте.
Начиная с 1975 г., стоимость технологии быстро падала. С 1976 до 2008 года цена за 1 Вт-пик мощности модуля упала на 99 %. А с 2008 до 2015-го – еще на 80 %. И только между 2000 и 2005 гг., по оценке BNEF, произошел настоящий прорыв в количестве PV-установок, когда цена за ватт достигла «критической точки» для инвесторов, после чего глобальная установленная мощность быстро достигла уровня 65 ГВт в 2015 г.
Снижение цен и увеличение объемов продаж PV-модулей непосредственно связаны между собой. За последние четыре десятилетия каждое падение цены солнечных панелей примерно на 26 % вызывало удвоение масштабов отрасли мировой солнечной энергетики. Сейчас глобальные инвестиции в отрасль только растут. И это не предел. Это будет продолжаться вплоть до 2030 – 2040 гг. «Инвестиционная усталость», то есть когда прибыльность инвестиций в солнечную энергетику заметно снизится, не грозит еще пару десятилетий.
Главный источник мировой энергии
По прогнозам BNEF к 2040 г. мир будет инвестировать не менее $3,4 трлн. в солнечную электрогенерацию. Это будет больше, чем все взятые вместе ожидаемые совокупные инвестиции в генерацию первичной энергии из всех видов ископаемого топлива ($2,1 трлн.) и в ядерную энергетику ($1,1 трлн., включая и новые ее виды). Эксперты Bloomberg считают, что в результате этих инвестиций и дальнейшего развития солнечных и ветровых технологий «эти две технологии станут самыми дешевыми способами производства электроэнергии во многих странах в течение 2020-х годов, а в 2030-х годах – в большинстве стран мира».
Рис. 3. К 2050 г. солнечная электрогенерация станет важнейшим способом получения энергии. Источник: International Energy Agency (IEA), STE Technology Roadmap 2014
По данным «дорожной карты» развития технологии когенерации электричества и тепла солнечными установками (технология STE), подготовленной в 2014 г. Международным энергетическим агентством (International Energy Agency, IEA), к 2050 г. 16 % всей мировой электроэнергии будут получать на PV-установках, а еще 11 % глобальной электрогенерации будет осуществляться на когенерационных гелиотермоэлектрических установках разной мощности, рис. 3.
На рис. 3 обозначены прогнозы производства, ТВт·ч:
- Solar PV– фотовольтаическая установка;
- Solar CSP– технология концентрации солнечной энергиидля выработки электрической и/или тепловой энергии;
- Share of PV– доля PV-установок без когенерации;
- Share of PV+STE – доля фотовольтаических установок вместе с гелиотермоэлектрическими (когенерация электричества и тепла).
Среднесрочный прогноз развития PV-индустрии по регионам планеты выглядит, как показано на рис. 4. Из него видно, что Европа по-прежнему останется привержена солнечной энергетике, однако страны Азиатско-Тихоокеанского региона, и прежде всего Китай, быстро догоняют и даже опережают Европу как по установленной мощности PV-установок, так и по объему инвестиций в солнечную электрогенерацию. 
Рис. 4. Показатели установленной мощности PV-установок, по регионам, ГВт, и годовой оборот PV-отрасли, $ млрд. Источник: Navigant Research.
Все ниже, и ниже, и ниже
«Футуристические» прогнозы BNEF подтверждаются цифрами реальной статистики. В мае 2015 г. были обнародованы исследования Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL, США). Анализ оптовых контрактов продажи солнечной электроэнергии по гарантированной цене (PPA) показал, что еще в январе 2015 г. было заключено 18 таких контрактов на 1,1 ГВт·ч по цене $50/МВт·ч, т.е. всего по 5 центов за 1 кВт·ч, при том, что обычная средняя цена электроэнергии в США за 1 кВт·ч составляет 12 центов.
Это иллюстрирует и падение цен производителей солнечной электроэнергии для крупных коммунальных потребителей. Причем эти «рекорды» быстро устаревают. Например, компания Austin Energy, США, сообщала, что осенью 2014 г. она «подписала рамочное соглашение с First Solar Inc. и Hanwha Q-Cells Corp., США, на 288 МВт полезной потребляемой мощности» электроэнергии, полученной от солнечных установок «при цене ниже 4 цента за кВт·ч». Но уже в конце 2015 г. «городские власти г. Пало-Альто заключили контракт на приобретение электричества из солнечной энергии по $37/МВт·ч», а Bloomberg сообщил, что «энергокомпания Berkshire Hathaway Inc. NV Energy согласилась заплатить 3,87 цента за кВт·ч для мощности от 100 МВт» по проекту, который развивает First Solar Inc., США.
Новые тендеры в Эмиратах выглядят просто ошеломляюще. Администрация по электричеству и воде г. Дубай (Dubai Electricity and Water Authority, DEWA) получила предложение на 800 МВт на поставку фотоэлектричества по 2,99 центов за кВт·ч. Это почти вдвое ниже, чем по заключенному в 2015 г. 25-летнему контракту на 1000 МВт потребляемой мощности по 5,84 цента за кВт·ч. Таким образом, Дубай получил почти двукратное снижение цен на PV-энергию всего за 18 месяцев, причем все эти тендерные предложения были без субсидий и «зеленых тарифов»! И эти цены не являются уникальными. Как сообщил BNEF в апреле 2016 г., коммунальная компания Enel Green Power подписала крупный контракт в Мексике по 3,6 за кВт·ч. Солнечная энергетика уверенно движется к экономической конкурентоспособности с традиционными видами электрогенерации.
Доля в цене
Исполнительный директор крупнейшей в США вертикально интегрированной компании в области солнечной энергетики First Solar Inc. Джим Хьюз, выступая в Edison Electric Institute (EEI), США, с энтузиазмом заявил, что до 2017 г. «мы добьемся полной цены за 1 кВт установленной мощности менее $1!». И вторая новость – «в 2017 году по сравнению с ценой 2015 г. цена солнечных установок упадет еще на 40 %» – прозвучала на Всемирной конференции по будущему энергетики World Energy Future Conference в Абу-Даби тоже в 2015 г. Нет ли тут противоречий с графиками цен на рис.1 и 2?
Дело в том, что следует различать полную цену установленной мощности всей солнечной установки и цену за установленную мощность кремниевой PV-ячейки или PV-панели. В структуре себестоимости энергетической установки ни ячейка, ни даже панель в сборе с элементами крепления не составляют самую большую статью затрат (рис. 5).
Рис. 5. Структура себестоимости PV-установки для частного дома в США. Источник: Deutsche Bank
Аналитики Deutsche Bank показали, откуда возьмутся эти 40 % падения цены за солнечную электрическую установку в 2017 г. на примере анализа составляющих себестоимости домашней PV-установки для частного дома в США.
Большая часть PV-рынка будет сосредоточена именно на развитии малых домашних систем. Большинство стран мира, где ожидается мировой прирост применения солнечного электричества, пока не обладают мощной сетевой структурой, которая позволит эффективно перераспределять энергию между населенными пунктами или регионами. Это относится даже к США. В Германии ситуация с инфраструктурой лучше. Полная стоимость домашних систем там меньше, а общая стоимость установок за 3 последних года снизилась примерно на 40 %. Затраты в Германии сегодня значительно ниже, чем в США и на других менее развитых «солнечных» рынках. Немецкий пример показывает, что снижение общих затрат на PV-систему еще не достигло дна даже на сравнительно зрелых рынках.
Основной рынок PV-установок на ближайшие годы – это панели на крышах частных домов. Домашние системы в большинстве случаев не смогут эффективно сбрасывать избыток PV-электричества в общую электросеть, а в другое время компенсировать из нее недостаток (в темное время суток, в пасмурную погоду или при нерегулярном пиковом потреблении). Т.н. «сетевой паритет», то есть когда цена за выработанную у себя в домохозяйстве электроэнергию сравняется тарифом за покупное электричество из сети, в большинстве случаев окажется весьма условным показателем.
Показатель BoS (рис. 5) означает дополнительные части фотоэлектрической системы, за исключением самой солнечной батареи, т.е. компоненты, необходимые для преобразования выходной мощности PV-панели в полезную электрическую энергию. Поэтому в США в BoS обычно включаются и аккумуляторы. Тем не менее, развитие рынка позволит снизить все составляющие конечной цены за ватт, включая второй по величине вслед за ценой модуля показатель – цену за монтаж.
Цена на кремний – не главное
По расчетам Deutsche Bank стоимость солнечных модулей снизилась с 1,31 $/ватт в 2011 г. до 0,50 $/ватт в 2014 г. за счет снижения затрат на обработку, падения затрат на поликристаллический кремний и улучшения КПД PV-преобразования. Цена на модули тогда упала почти на 60 % за три года. Deutsche Bank считает, что общие расходы могут снизиться еще на 30 – 40 % в течение нескольких следующих лет, но в основном за счет снижения операционных расходов из-за развития самого рынка, особенно для жилого сектора.
Снижение цены кремния в солнечной панели теперь сказывается незначительно. В общей цене модуля сам кремний «весит» не более 10 – 11 центов за ватт, и даже двукратное снижение его цены, которое можно достичь огромными технологическими и финансовыми усилиями, не скажется «революционным» образом на общую себестоимость PV-панелей. Хотя в течение следующих 12 кварталов Deutsche Bank все же ожидает падения цены PV-модулей до равновесной цены спроса-предложения на уровне $0,40 – $0,50 за ватт. Если панели будут продаваться с 10 центами валовой прибыли при цене $0,50 за ватт, то это значит, что производители получат минимум 20 % валовой прибыли – значительно выше, чем недавние исторические средние значения. Кроме того, должны снизиться затраты на таможенные пошлины и транспортировку.
Цены на инверторы, как правило, снижаются на 10-15 % в год. В Deutsche Bank ожидают, что эта тенденция сохранится и в будущем. Крупные «солнечные провайдеры» уже достигли при больших поставках уровня $0,25 за 1Вт или еще ниже. Есть предпосылки ожидать, что дополнительная экономия будет найдена в течение следующих нескольких лет. Снижение затрат на компоненты, уменьшение издержек производства и повышение к.п.д. панелей следующего поколения, будут стимулировать экономию при сохранении конкурентоспособной рентабельности даже при снижении этой статьи расходов до 0,17 $/Вт.
Еще один из ключевых вопросов – улучшения в области хранения энергии. Аккумуляторные батареи, способные накапливать в виде электричества солнечную энергию, полученную в течение дня, и отдавать ее в ночное время, быстро дешевеют. В этой области произошли очень значительные изменения. За последние 4 года цена снизилась вдвое, а к 2020 году ожидается падение цены на еще 50 %, рис. 6.
Диаграмма на рис. 6, составленная по данным компаний Tesla, Umicore и UBS Group AG – крупнейшего швейцарского финансового конгломерата, предоставляющего различные финансовые услуги по всему миру, демонстрирует к 2020 г. падение цены литий-ионных аккумуляторов для домашних PV-установок практически вдвое – с нынешней цены почти 380 €/кВт·ч до менее 200 €/кВт·ч.
Рис. 6. Прогноз цены литий-ионных аккумуляторов для домашних PV-установок. Источник: Tesla, Umicore, UBS Group AG
Помимо «технических» путей снижения цены, все большую роль играют программы специального кредитования, субсидирования и другие формы финансовой поддержки клиентов.
Битва технологий
Хочется это признавать или нет, но тонкопленочные фотовольтаические решения сейчас очень серьезно «поджимают» традиционные кремниевые технологии, несмотря на очевидно более высокий КПД «жестких» панелей. «Тонкие» PV-модули начали развиваться значительно позднее, но при этом быстро достигли показателей «рядовых» кремниевых изделий 10 – 15 летней давности. И у них есть потенциал развития.
Прежде всего, они обещают технологический прорыв по производительности изготовления, а значит по снижению себестоимости производства. Для тонкопленочных фотопреобразователей применяют методы рулонной печати, подобно ролевым полиграфическим машинам для газет с большим тиражом.
Типичные тонкопленочные солнечные элементы принадлежат к одному из четырех типов, в зависимости от используемого материала: аморфного кремния (а-Si) и тонкопленочного кремния (TF-Si); теллурида кадмия (CdTe); селенида меди-индия-галлия (CIGS); селенида меди-индия (CIS); сенсибилизированные красителем солнечные батареи (ячейка Гретцеля, dye-sensitized solar cell, DSC, DSSC) плюс другие органические материалы.
В начале 2000-х годов в очень многих странах были проинвестированы значительные суммы в технологии с использованием теллура и индия (CdTe и CIGS-технологии). Но под влиянием потребности в промышленности, производящей ЖК-мониторы разного назначения (особенно – для «плоских» телевизоров), спрос на индий, в частности, вырос на порядок. Например, цены на индий резко возросли с 85 $/кг в начале 2003 г. до 830 $/кг к концу 2004, затем откорректировались, а потом снова поднялась выше 750 $/кг в 2011 г. Цена на теллур в 2005 г. неожиданно подскочила в 6,5 раз, почти до 230 $/кг с примерно 35 $/кг в 2004 г., из-за увеличения спроса со стороны Китая. Цена теллура в конце 2011 г. достигла средней цены около 300 $/кг.
Чтобы уменьшить зависимость от этих дефицитных редкоземельных элементов, начались активные разработки тонкопленочных изделий с более распространенными металлами. Например, были найдены решения, где индий и галлий заменены легкодоступными цинком и оловом.
Потенциал органических фотоэлектрических технологий еще не оценен в полной мере, и ждет своей реализации.
Тонкопленочные решения, несмотря на меньший КПД, компенсируют разницу в эффективности с кремниевыми панелями меньшей ценой и экономией на других составляющих полной себестоимости. Например, на стоимости и удобстве монтажа, простоте транспортировки и прочее (рис. 7). И сейчас они демонстрируют цены за ватт даже меньше, чем у кремниевых модулей.
Рис. 7. Тонкопленочные «рулонные» PV-ячейки из комбинации меди, индия, галлия и селена на гибкой фольге. Монтаж на крыше в Сан-Хосе, Калифорния, США
По одной из технологий «тонкие пленки» просто разворачиваются на крышах из самоклеящихся рулонов. Их можно резать в нужный размер прямо на крыше, а затем крепить к ним электропровода обжимными клипсами, рис. 7. «Битва» за первенство между гибкими дешевыми пленками и жесткими, но хрупкими и дорогими кристаллическими пластинами, продолжается.
Что в Украине?
Наша страна за последние 3 года активно включилась в процесс перехода на возобновляемую энергию. По данным экспертного совета 8-го Международного форума устойчивой энергетики SEF 2016 KYIV (который состоялся 11-12 октября 2016 г. в Киеве), в первом полугодии 2016 года в Украине построено 14 объектов возобновляемой энергетики мощностью 39 МВт. Это потребовало почти €42 млн. инвестиций. В основном это солнечные электростанции из PV-панелей. В январе – июне этого года было построено 12 новых фотовольтаических электростанций общей мощностью 37 МВт.
По состоянию на 1 июля 2016 г. общая установленная мощность украинских солнечных электростанций (без утраченных мощностей в Крыму) составила 453 МВт. К концу года, по данным отчета экспертного совета SEF 2016 KYIV, в восьми областях Украины планируется построить 34 новых солнечных электростанции общей мощностью более 120 МВт.
Справка: SEF 2016 KYIV 11-12 октября 2016 г. в Киеве состоялся 8-й Международный форум и выставка устойчивой энергетики SEF 2016 KYIV (8th International Forum and Exhibition on Sustainable Energy in Ukraine), цель которого – содействие развитию устойчивой энергетики и энергонезависимости Украины за счет получения энергии из возобновляемых источников. Генеральным медиа-партнером форума выступил Bloomberg New Energy Finance (BNEF). Партнерами форума SEF KYIV стали: AEG Power Solutions (генеральный спонсор), RECOM (официальный спонсор), Jinko Solar, Helios Strategia, US Solar (спонсоры), Photomate, Подольский Энергоконсалтинг, Fronius International, DТEК, ЕкоОптіма, Unisolar, IBC Solar и Рентехно (спонсоры сессий).
На 8-м Международном форуме и выставке устойчивой энергетики (SEF 2016 KYIV, 8th International Forum and Exhibition on Sustainable Energy in Ukraine) впервые был представлен инвестиционный проект «Chornobyl Solar» строительства парка солнечной энергетики в зоне отчуждения ЧАЭС, который получил одобрение и активную поддержку.
Председатель Государственного агентства Украины по управлению зоной отчуждения Виталий Петрук назвал преимущества строительства парка солнечной энергетики в зоне отчуждения, в частности: удобство подключения к сети, специальный режим охраны, наличие больших земельных участков, которые могут быть использованы для строительства первой очереди солнечных станций, упрощенные разрешительные процедуры, доступ к технической поддержке. По решению Президента Украины в зоне отчуждения (2600 км2) будет создан радиационно-экологический биосферный заповедник, где можно эффективно использовать землю для установки систем производства возобновляемой энергии разных видов.
На форуме SEF 2016 KYIV представители ЕБРР и НЭК «Укрэнерго» заявили о технической и финансовой состоятельности проекта «Chornobyl Solar» и о поддержке его реализации.
По данным ЕС, Украина обладает намного бóльшим потенциалом для производства электроэнергии из солнечного света (рис. 8), чем, например, Германия. Изолинии обозначают районы с экономически оправданным уровнем применения солнечных панелей для получения электроэнергии. Это почти вся территория страны. Но пока распространенность PV-панелей в Украине, особенно в жилищном секторе, несравнимо ниже, чем в той же Германии, да и в целом по Европе. Цены за 1 кВт установленной мощности тоже существенно выше. Недостаточно пока и компаний, профессионально занимающихся комплексной установкой, монтажом и сервисом PV-систем – от собственно панелей до установки инверторов, автоматики и ее согласования с прочим инженерным оборудованием для дома.
Рис. 8. Карта потенциала солнечной энергетики Украины, составленная совместным исследовательским центром при Еврокомиссии ЕС «Фотовольтаическая геоинформационная система» (Photovoltaic Geographical Information System, PVGIS)
Украину еще ожидает свой «солнечный бум».
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 8 139
Классная статья!