Dynamika zmian cen instalacji fotowoltaicznych – przesłanki rozwoju branży w Polsce

 

Wprowadzenie

Jeszcze kilka lat temu mało kto, jeśli ktokolwiek, rysował  scenariusze, w których cena zakupu instalacji fotowoltaicznych spadnie do poziomu, w którym zbędne będą wszelkiego rodzaju subwencje dla zapewnienia rentowności inwestycji. Dziś możemy śmiało mówić, że w licznych krajach nie tylko położonych blisko równika, ale także krajach Europy Południowej opłaca się instalować urządzenia do wytwarzania energii elektrycznej ze Słońca bez pomocy publicznej. W Polsce jeszcze jesteśmy na początku drogi w rozwoju tego sektora i mamy takie  warunki klimatyczne, w których wskaźnik wykorzystania mocy (tzw. capacity factor) wynosi ok. 10-12%, co jest wskaźnikiem porównywalnym do Niemiec, gdzie łączna moc zainstalowana w PV jest największa w Europie i jedna z największych na świecie (ok. 40.000 MW). Nie jest to jednak powód, dla którego należałoby tą metodę wytwarzania energii na większą skalę skreślać ze stosowania w Polsce (obecnie moc zainstalowana wynosi ok. 100 MW nie licząc ponad 17 tys. mikroinstalacji przyłączonych do sieci, których moc szacowana jest na poziomie 94 MW). Trzeba pamiętać, że energetyka fotowoltaiczna czerpie energię ze Słońca, które będzie działać jeszcze miliony lat po tym, jak zniknie z Ziemi ostatni człowiek. Ponieważ koszty eksploatacyjne, nie licząc kosztów amortyzacji instalacji fotowoltaicznych są najniższe ze wszystkich dostępnych i znanych nam źródeł wytwarzania energii konwencjonalnych i niekonwencjonalnych, warto znaleźć sposoby wykorzystania tej „darmowej” energii, aby nam wszystkim się to opłacało. Postępujący rozwój technologii wytwarzania ogniw słonecznych na świecie sprawia, że w zakresie redukcji kosztów wytwarzania, fabryki PV „nie powiedziały jeszcze ostatniego słowa”.

 

Nazewnictwo stosowane na rynku fotowoltaicznym

Niżej przybliżamy poprawne nazewnictwo, jakie towarzyszy fotowoltaice (PV) – nauce zajmującej się przetwarzaniem promieniowania słonecznego na energię elektryczną:

  • Ogniwo słoneczne – to struktura warstwowa materiałów półprzewodnikowych, odpowiednio domieszkowanych, którą stanowi złączne p-n o przeciwnych znakach nośników prądu wytworzona na podłożu z wbudowanymi kontaktami (przednim i tylnym) do odbioru nośników prądu. Energia generowana jest w ogniwie słonecznym w wyniku absorpcji promieniowania słonecznego w absorberze półprzewodnikowym o odpowiednio dobranej przerwie energetycznej. Energia elektryczna wytwarzana jest na stałym napięciu DC. Najpowszechniej stosowanym materiałem do wytwarzania ogniw słonecznych jest krzem zarówno polikrystaliczny jak i monokrystaliczny (rzadziej amorficzny). Krzemowe ogniwa dostępne na rynku produkowane są głównie na Tajwanie i w Chinach. Mają zwykle wymiary 156 mm x 156 mm i formowane są w moduły.
  • Moduł fotowoltaiczny – pojedyncze urządzenie, na które składa się zwykle ok. 60 sztuk ogniw słonecznych ułożonych i połączonych równolegle lub szeregowo, z warstwami antyrefleksyjnymi i wyprowadzeniem przewodów od kontaktów z ogniw, odpowiednio obudowane i usztywnione. Dostępne dziś komercyjnie moduły mają zwykle wymiary ok. 1,6 m x 0,9 m x 0,35 m. Mają moc od ok. 240 W do ok. 300 W (w zależności od sprawności konwersji procesu fotowoltaicznego). Mogą być na rynku dostępne jeszcze moduły o mniejszej niż podano mocy i już zaczynają się pojawiać na rynku moduły większej mocy (szczególnie z krzemu monokrystalicznego) przy zachowaniu tych samych powierzchni czynnych ogniw słonecznych jednego modułu. Dziś większość instalacji budowana jest w oparciu o moduły o mocach 260-280 W (najlepsza cena do efektów). W Polsce typowe instalacje komercyjne jakie przygotowują do budowy deweloperzy lub inwestorzy mają moc ok. 1 MWp (moc w tzw. piku z ang. „peak power” na napięciu stałym DC). Oznacza to, że aby taką moc nominalną osiągnąć należy zainstalować ok. 3.700 sztuk modułów o mocy 270 W każdy.
  • Panel fotowoltaiczny – moduły układane są obok siebie w pionie lub w poziomie, w jednym, w dwóch, trzech lub więcej rzędach formułując panel fotowoltaiczny. W zależności od dostępnej konstrukcji na rynku, może ich być dowolna ilość np. 12 lub 24 sztuk modułów w jednym panelu.
  • Instalacja fotowoltaiczna – kompletna instalacja do wytwarzania energii elektrycznej (o napięciu zmiennym AC) możliwa do zintegrowania z siecią elektroenergetyczną, wraz okablowaniem i falownikami (inwerterami zamieniającymi prąc stały DC na zmienny AC).

 

Rynek ogniw słonecznych i modułów fotowoltaicznych

Większość ogniw słonecznych produkowana jest w oparciu o absorbery krzemowe ok. 90% rynku na świecie (Rys. 1. w oparciu o en.wikipedia). Grubość materiału krzemowego wykorzystanego do produkcji ogniw krzemowych wynosi od ok. 200 do ok. 300 mikrometrów. Pozostałe to cienkowarstwowe ogniwa z absorberami CdTe lub Cu(In,Ga)Se2 (tzw. CIS lub CIGS) z grubością (absorberów) ok. 2 mikrometry. Cienkowarstwowe miały wyprzeć ogniwa krzemowe z rynku PV. Tak jednak się nie stało. Ceny cienkowarstwowych ogniw są porównywalne do krzemowych, a ich komercjalizacja produkcji na większą przemysłową skalę zbiegła się ze spadkiem cen ogniw krzemowych.

Rys. 1. Rynek ogniw słonecznych w podziale na technologie wykorzystanych materiałów do ich produkcji: krzem monokrystaliczny (mono-Si), krzem polikrystaliczny (multi-Si), krzem amorficzny (ribbon-Si), cienkowarstwowe ogniwa (Thin-film).

 

Ceny ogniw słonecznych w okresie 1977 – 2015 podano na Rys. 2.

Rys. 2. Zmiana cen ogniw słonecznych krzemowych w dolarach na Wat. W okresie 38 lat cena spadła ok. 250-krotnie a w ostatniej dekadzie ok. 15-krotnie.

Niżej podano podział kosztów od pozyskania samego krzemu polikrystalicznego do gotowej instalacji (na podstawie prezentacji dr Stanisława Pietruszko, Prezesa Zarządu Polskiego Towarzystwa Fotowoltaiki) – Rys. 3.

Rys.3. Udział kosztów wytwarzania/montowania instalacji fotowoltaicznej. Koszt samych ogniw słonecznych w całej gotowej instalacji fotowoltaicznej stanowi ok 10%, zaś konstrukcja modułu stanowi ok. 5%, proces wytworzenia modułu ok. 30% i koszt instalacji wraz falownikami, okablowaniem, konstrukcją panelu PV, kosztem instalatorów i kosztami rozwoju deweloperskiego projektu ok. 55%.

Całkowity koszt (100%) instalacji fotowoltaicznej o mocy 1 MW (na rynku europejskim z kosztami deweloperskimi) to ok. 1 mln EURO. Wychodzi więc, że koszt modułów w takiej instalacji (10%+5%+30%) wynosi ok. 450.000 EURO, co na 1 szt. modułu w cenie hurtowej netto daje ok. 535 zł.

Rys. 4 pokazuje jak się zmieniały ceny instalacji na rynku na przestrzeni ostatnich lat (dla pełnych instalacji krzemowych polikrystalicznych montowanych na dachu).

Rys. 4. Zmiana cen instalacji fotowoltaicznych montowanych na dachu w Niemczech. W okresie 6 lat koszt kWp instalacji spadł ok. 2,5-krotnie.

 

Przesłanki rozwoju instalacji fotowoltaicznych w Polsce

Instalacje fotowoltaiczne (PV) stały się bardzo popularne w Polsce w ostatnich latach szczególnie za sprawą mechanizmów wspierania, jakie rząd miał wprowadzić ustawą o odnawialnych źródła energii. Stało się tak, że samo opublikowanie pierwszego projektu tej ustawy 22 grudnia 2011 r. z propozycją korekcji obowiązującego wówczas systemu wsparcia poprzez wprowadzenie wysokich dla PV współczynników podnoszących pozornie jednostkową wartość zielonego certyfikatu wywołało bardzo duże zainteresowanie dostawców urządzeń polskim rynkiem PV. Na tej kanwie namówiono wielu miłośników zielonej energii do zainstalowania mikroinstalacji fotowoltaicznych. Nie w każdym jednak przypadku możemy mówić o megatrendach, ale o nieświadomej inwestycji jaką podjęła spora część prosumentów (prosument to taki, który wytwarza i zużywa jednocześnie energię) namówiona przez dostawców i instalatorów PV do zakupu instalacji PV montowanych na dachu. Ustawę uchwalono ostatecznie 20 lutego 2015 r. po kilkunastu wersjach projektu ustawy, każda z odmienną koncepcją sposobu wspierania wytwórców OZE. Pełne wejście w życie ustawy nastąpiło dopiero 1 lipca 2016 r. po dwóch nowelizacjach ustawy. Ostatecznie żadnych dopłat do mikroinstalacji (instalacje do 40 kW) w ustawie nie wprowadzono, a przyjęto jedynie mechanizm rozliczania w rachunku za energię elektryczną przez spółki obrotu (przez sprzedawcę z urzędu – pot. zakład energetyczny) części energii wprowadzonej przez wytwórcę (prosumenta) do sieci. Mikroinstalacje o mocy elektrycznej zainstalowanej do 10 kW mogą za 1 MWh energii wprowadzonej pozyskać z sieci ekwiwalentnie 0,8 MWh i odpowiednio 0,7 MWh dla mikroinstalacji o większej mocy. Rozliczenia dokonuje się w danym okresie rozliczeniowym. Opłaty stałe nie wchodzą do bilansu rozliczenia. W efekcie ewentualne zyski z tytułu tak uszytego mechanizmu wspierania oparte są o koszty uniknięte w rachunku za energię elektryczną dla prosumentów. Niewątpliwie taki mechanizm rozliczania daje swego rodzaju także benefity dla sprzedawców zobowiązanych, którzy pozyskują energię lokalnie na niskim napięciu.

 

Grid Parity także w Polsce?

Przez wiele lat wysokie dopłaty do rozwoju instalacji fotowoltaicznych kierowane były dla wytwórców energii słonecznej w licznych krajach UE, szczególnie w Niemczech. W efekcie producenci urządzeń PV utrzymywali wysokie marże na oferowane instalacje. W ostatnich latach sytuacja zmieniła się. Większość krajów odstąpiła od wysokich dopłat do instalacji fotowoltaicznych. W niektórych krajach, gdzie poziom nasłonecznienia względnie jest wysoki, instalacje fotowoltaiczne osiągnęły tzw. grid parity nawet z przychodami przy sprzedaży energii elektrycznej po hurtowej rynkowej cenie. W Polsce, bez systemu wsparcia, instalacje fotowoltaiczne dalej są nieopłacalne zarówno przy realizacji komercyjnej (sprzedaż energii w cenie hurtowej, względnie niższe koszty inwestycyjne na kW mocy zainstalowanej), jak i prosumenckiej (unikniony koszt energii w cenie detalicznej, względnie wyższe koszty inwestycyjne na kW mocy zainstalowanej). Ale spadek cen instalacji fotowoltaicznych i wzrost ich sprawności przy jednoczesnym wzroście ceny energii generowanej globalnie na rynku w kraju, sprawią że grid parity dla PV osiągnięty będzie niebawem również w Polsce i systemy wsparcia będą zbędne dla nowych wejść do systemu energetycznego. Koszt amortyzacji przeliczony na jednostkę wytwarzanej energii dla instalacji PV dalej pozostaje na najwyższym poziomie spośród wszystkich elektrowni konwencjonalnych i niekonwencjonalnych, mimo znaczącego spadku cen ogniw słonecznych w ostatnich latach. Ale po zamortyzowaniu urządzeń (dziś do tego niezbędny jest system dopłat inwestycyjnych na etapie realizacji lub dopłat aukcyjnych na etapie eksploatacyjnym), koszt wytwarzania energii z komercyjnej instalacji PV przy dzisiejszej wartości pieniądza wynosi ok. 50 zł/MWh. Źródła paliwowe (odnawialne i konwencjonalne) są i zawsze będą droższe.

 

Niezbędne bilansowanie i magazynowanie

Pozostanie jeszcze kwestia zbilansowania energii w systemie energetycznym (produkcji energii z zapotrzebowaniem na energię elektryczną odbiorców), zapewnienie ciągłości dostaw. Dziś, przy drogich jeszcze metodach magazynowania byłoby niemożliwe ekonomicznie do spełnienia całkowitego zasilania obiektów w Polsce wykorzystując tylko instalacje PV. Ale wydaje się, że te gospodarki, które dziś stawiają na wspieranie naukowców i inżynierów w pracach badawczych nad opracowaniem efektywnych i niedrogich metod magazynowania niewątpliwie sprawią, że zapewnią swoim przedsiębiorcom, przemysłowi i indywidualnym odbiorcom końcowym najtańszą energię ze słońca pozyskaną bezpośrednio z instalacji PV lub pośrednio z magazynu zasilanego instalacją PV. Ważne będzie również to, że energia ta będzie wolna od ewentualnych konfliktów mocarstw w dostępie do zasobów kopalnych.

 

Niezależnie, rolę magazynów energii mogą pełnić biogazownie (bilansowanie), ale musi być wola polityczna do rozwoju instalacji hybrydowych albo auta elektryczne (ale tu bardziej  zasadna wydaje się współpraca baterii samochodowych z wiatrakami).