Солнечная энергетика: современные технологии и экономика

Союз немецкого машиностроения (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau — VDMA) выпустил актуализированную версию «Международной дорожной карты технологий фотовольтаики» (International Technology Roadmap for Photovoltaic — ITRPV). Над исследованием работали более 40 организаций.

В докладе содержатся подробные сведения о технологиях, применяемых в современной фотоэлектрической солнечной энергетике, а также о тенденциях технологического развития отрасли до 2027. Кроме того, часть работы посвящена вопросам экономики солнечной генерации и прогнозам её развития. Очень полезный документ для экспертов и интересующихся.

На что хотелось бы обратить внимание в первую очередь?

Для стороннего наблюдателя солнечные панели – это похожие друг на друга устройства, которые могут отличаться размерами и техническими характеристиками (например, мощностью).

В то же время солнечная панель представляет собой сложную комбинацию различных материалов и технологических решений, компоновка которых 1) может отличаться у разных производителей и 2) изменяется со временем по мере научно-технологического развития.

Например, обратите внимание, насколько разнообразны варианты подложек солнечных модулей. Как показано на рисунке, со временем полимерные подложки постепенно будут уступать место стеклянным.

На кремниевые пластины приходится сегодня примерно 40% цены солнечных ячеек, и технологи напряженно работают над снижением толщины пластин для более эффективного использования кремния.

Не все знают, что фотоэлектрическая солнечная энергетика является крупным потребителем серебра – примерно 8% мирового рынка. Перед отраслью стоит задача снижения удельного потребления этого металла, и специалисты VDMA считают, что к 2027 потребление серебра (в миллиграммах) на одну солнечную ячейку будет существенно снижено, как это показано на рисунке.

Кроме того, давно ведутся работы по внедрению в производство солнечных панелей заменителей серебра, основным их которых является медь. В то же время в связи с нерешенностью ряда технических вопросов процесс замены серебра на медь происходит медленнее, чем ранее прогнозировалось. Авторы доклада считают, что в 2019 году доля меди, замещающей серебро в производстве солнечных ячеек, достигнет 5%, а к 2027 году – 20%.

Технологические усовершенствования в структуре солнечных модулей приведут к тому, что соотношение мощность ячейки / мощность модуля (cell-to-module power ratio) превысит 100%. Другими словами, мощность модуля в сборе будет выше, чем суммарная мощность ячеек, из которых он состоит.

Этот эффект достигается благодаря улучшенному управлению световыми потоками в корпусе модуля – перенаправлению света с неактивных площадей модуля на активные.

Благодаря повышению эффективности солнечных ячеек и технологическому совершенствованию компоновки панелей, мощность единичного модуля постоянно повышается при постоянном количестве ячеек, из которых он собран.

Это имеет важные экономические последствия – снижение полезных площадей, отводящихся под солнечные электростанции на ту же мощность.

Авторы исследования рассчитывают, что после 2024 года стандартный срок гарантии на производительность (performance) солнечного модуля составит 30 лет с ежегодной деградацией 0,6%.

Таким образом, технологические изменения в компоновке и производстве солнечных модулей – непрерывный процесс. Исследовательские лаборатории ежедневно находятся в поиске технологически и экономически оптимальных решений.

Это постоянное движение отражается на экономике солнечной энергетики.

Очень важный график – кривая обучения солнечных модулей, на которой отмечается корреляция между стоимостью модулей и объемами их производства/поставок. Обратите внимание: в 2006-2016 годах снижение стоимости солнечных модулей происходило значительно быстрее, чем за весь период 1979-2016. То есть можно говорить о том, что темп падения капитальных затрат в солнечной энергетике в последние годы существенно ускорился.

В течение последних двух лет цена на модули изменялась следующим образом (в разбивке по компонентам):

На следующем графике дается прогноз снижения приведенной стоимости производства электричества в солнечной энергетике (LCOE) для трёх разных климатических зон при указанных допущениях по поводу динамики удельных капитальных затрат (оранжевые x):

(Прочие допущения: доля заемных средств — 80%, срок кредита — 20 лет, процентная ставка — 5% годовых, жизненный цикл — 25 лет, инфляция – 2% в год)

При соблюдении указанных условий, в 2027 г в европейской части России (КИУМ 10% — 1000 кВт*ч/кВт в год) LCOE солнечной энергетики составит $0,054 за киловатт-час.

На основании текущих данных и предположениях по поводу дальнейшего технологического развития авторы доклада формируют три сценария глобального развития солнечной энергетики (стр. 48 доклада).

Пессимистичный (Low) сценарий: к 2050 в мире будут действовать 4500 ГВт солнечных электростанций, которые будут вырабатывать 7,05 петаватт-часов электроэнергии.

Средний сценарий: 6850 ГВт установлено к 2050 г, выработка — 10,6 петаватт-часов.

Оптимистичный (High) сценарий: 9170 ГВт установленная мощность солнечной энергетики к 2050 году, выработка 14,3 петаватт-часов.

Итак, солнечная энергетика превратилась в ключевой сектор мировой электроэнергетики, который будет быстро расти в грядущие годы.

Совершенствование технологий и повышение эффективности во всех звеньях производственной цепочки происходят непрерывно и являются необходимыми предпосылками дальнейшего повышения конкурентоспособности солнечной энергетики в мировой электроэнергетике.