Солнечная фотовольтаика. Стоимость фотовольтаической энергии
Каталог первых двух разделов
Раздел 3. Солнечная фотовольтаика
1. Введение
2. Понятие «фотовольтаика»
3. Кремниевые солнечные ячейки: основные принципы
4. Конструкции солнечных ячеек. Монокристаллические ячейки кремния
5. Поликристаллический кремний
6. Арсенид галлия
7. Тонкие модули солнечных батарей
7.1. Аморфный кремний
7.2. Полупроводниковые ячейки с CuInSe2, CIGS и CdTe
8. Мультипереходные солнечные батареи
9. Концентрационные ФВ системы
10. Кремниевые сферы
11. Фотоэлектрохимические ячейки
12. «Третье поколение» ФВ ячеек
13. Электрические характеристики кремниевых ФВ ячеек и модулей
14. Конструкции солнечных ячеек. Системы ФВ для отдаленного питания (изолированные)
15. Соединенные с сетями ФВ системы
15.1. Бытовые ФВ системы
15.2. Системы ФВ для нежилых зданий
15.3. Крупные, интегрированные с сетями солнечные поля
15.4. Спутниковая Система Солнечной Энергетики
16. Стоимость фотовольтаической энергии (анализ на 2003 год)
Как с любым источником энергии, стоимость за киловатт-час энергии от ячеек солнечных батарей состоит по существу из комбинации основной стоимости и стоимости эксплуатации. Основная стоимость солнечной электроэнергии включает не только стоимость модулей солнечных батарей непосредственно, но и так называемый «системный баланс затрат» (СБЗ), т.е. затраты по сборке модулей и солнечных полей, крепежных и поддерживающих систем, стоимость земли или ее аренды (если солнечное поле будет установлено не на крыше здания), затраты по прокладке кабельных сетей, установке регуляторы зарядки, выключателей, инверторов и измерителей, плюс стоимость аккумуляторных батарей или системы соединения с электросетью.
Хотя начальные капитальные затраты по строительству фотовольтаических систем в настоящее время высоки, эксплуатационные расходы должны быть очень низкими по сравнению с таковыми при использовании других систем возобновляемой или невозобновляемой энергии. Это связано не только с тем, что фотовольтаика не требуют никакого топлива, но и с тем, в отличие от большинства других возобновляемых систем энергии эта система не имеет никаких подвижных частей (кроме случаев транспортировки системы), отчего им требуется меньшее обслуживание, чем, скажем, ветротурбинам.
В сообщение технических консультантов Hаlcrow Gilbert Associаtes (Халкроу Гильберт Асошиэйтс) (HGA, 1996) под-робно рассмотрены затраты на фотоэлектрические системы для жилых домов Великобритании. Они посчитаны для использования 2 кВт в пиковом режиме, которые поставляют приблизительно 1500 кВт/час за год и покрывают около 40% потребностей в электричестве четырехспального дома. В Великобритании, где потребители платят £6,60 за Вт, при использовании индивидуальных 2 кВт систем можно платить от £5 до £5,50 за пиковый ватт. При массовой закупке фотовольтаических систем для целого ряда домов затраты можно сократить примерно до £4,40 за ватт.
Сообщение HGA рассматривало три сценария:
1. В «худшем случае» требуются монтажные работы и ввод в эксплуатацию силами привлеченных специалистов, система монтируется на крыше без экономии на кровельных материа-лах, 45% из производимого электричества используется в пределах дома, а 55% продается в электросеть.
2. В «лучшем случае» отдельный персонал для монтажа не привлекается; система заменяет часть кровли, на чем эконо-мится около £450; и что также снижает затраты на последую-щее обслуживание (как свидетельствует немецкий опыт ис-пользования фотоэлектрических систем), 60% из производимого электричества используется в пределах дома, а 40% продается в электросеть.
3. Этот сценарий такой же, как сценарий 2, за исключением того, что пользовательское соглашение позволяет продавать выработанную энергию в электросеть по той же цене, что потребитель платит за нее.
Для отдельно стоящей системы стоимость за кВт/час электроэнергии по расчетам HGA может быть от 76 пенсов в «худшем случае» (при высоких капитальных затратах) до 34 пенсов в «лучшем случае». Для массовых систем от 58 до 30 пенсов соответственно. Из-за высоких капитальных затрат и низкого уровня производства электричества даже при лучших сценариях время окупаемости инвестиций в солнечные системы были очень длительными - более 100 лет.
Начиная с 1996 года цены фотовольтаических систем немного сократились - составили примерно от $5 и $7 за пиковый ватт в странах, для которых проводился расчет. При пересчете по курсу 2003 года это около £3,50-5 за ватт - что значительно ниже, чем цены, рассчитанные HGA. Реальные цены солнечной электроэнергии в Великобритании и целого ряда других стран часто существенно выше, чем расчетные - по причине относительно маленького числа установленных батарей, отсутствия опыта установки и относительно неконкурентоспособной окружающей среды (высокая облачность и ветреность). Маленькие системы также делают дороже каждый пиковый ватт, чем большие системы. В Великобритании на крышах пока немного фотовольтаических систем, а инвестиции в них не привлекательны в краткосрочной перспективе.
В других странах, однако, финансовый климат привлекательнее. Наиболее благоприятные условия вероятно в Германии, где тарифы покупки вырабатываемой солнечной энергии электросетями (REFIT, Renewable Energy Feed-In Tariff) около 50 евроцентов (грубо соответствует US$0,60 или £0,35) на кВт/час. Кроме того, для установки солнечных батарей квартиросъемщикам предлагают низкопроцентные займы.
Эти привлекательные условия предназначены для поощрения развития экологичных фотоэлектрических систем на замену другим, более загрязняющим окружающую среду источникам энергии и для стимулирования производящей солнечные системы промышленности. Цена, которую в Германии платят за вырабатываемую фотоэлектрическую энергию, снижается примерно на 5% в год, что также поощряет промышленные предприятия устанавливать солнечные батареи. Эти меры предусмотрены в программе немецкого правительства «100 000 крыш», от установки солнечных батарей на которых до 2003 года должно быть получено 300 МВтА фотовольтаического электричества. Начиная с 2004 система должна была заработать, используя тарифы REFIT.
Правительство Великобритании в 2003 году ввело систему субсидирования в пределах от 40% до 60% затрат на установку солнечных батарей, что должно стимулировать развитие сектора до уровней, сопоставимых с таковыми в Германии и Японии. Но 50% инвестиция пока положительно оценена только в промышленности, но явно недостаточна для большинства британских домовладельцев.
Снижение стоимости энергии от ФВ
Как же тогда сделать цены на солнечную электроэнергию более конкурентоспособными?
Во-первых, нужно существенно снизить стоимость пикового Ватта. Ключ к этому - в массовом производстве. Исторически, затраты на производство солнечных батарей снижаются более чем 20% при каждом удвоении объемов производства. Большинство заводов все еще производят относительно маленькие солнечные батареи, с пиковым производством 10 MВт за год. Как сообщили в 1999 консультанты KPMG?, проанализировав доступные отчеты промышленности, если построить большие заводы с пиковым годовым производством 500 МВт, цены модуля могли бы быть уменьшены до четырех раз, и цена была бы около $1 за пиковый ватт. Цена солнечной электроэнергии тогда должна тогда стать конкурентоспособной по средним розничным ценам электричества в развитых странах OECD. Такие заводы еще не были построены, потому что для них пока не существует достаточно большого рынка. Это не и не позволяет снизить цены. Этот замкнутый круг может быть разорван инвестицией в такие заводы правительством, что в широких масштабах ускорила бы доминирование фотоэлектрических систем. Иначе, без такой помощи, рынок будет развиваться десятилетия, чтобы сократить цены и увеличить объемы до такого уровня (KPMG, 1999).
Во-вторых, нужно повысить ежегодную конверсионную эффективность солнечных модулей можно за счет производства более эффективных систем. Как говорилось выше, лидирующие кристаллические модули солнечных батарей в настоящее время имеют эффективность выше 17%. Японская корпорация Шарп, самый большой в мире производитель фотовольтаических систем, предвидит возможность производства модулей с эффективностью, приближающейся к 23-24% уже в следующем десятилетии (Appleyаrd, 2003).
В-третьих, нужно существенно уменьшить балансовые затраты. В существующих фотовольтаических системах они поглощают прибыли примерно за три квартала от использования модуля, так что хорошо было бы уменьшить их до уровня менее $1 за ватт. Это выполнимо при увеличении объемов производства и существенном уменьшении затрат та установку, когда промышленность приобретет в этом больший опыт.
Недавние исследования (PIU, 2002) свидетельствуют, что, с увеличением объема производства и непрерывными технологическими усовершенствованиями цена фотовольтаического электричества в Великобритании, вероятно, к 2020 году составит около 10-16 p (пенсов) за кВт/час. Такие цены все еще были бы относительно высоки, примерно в два раза дороже текущей розничной цены местной британской электроэнергии, но было бы прогрессом с точки зрения экологии (см. Hohmeyer, 1988).
Также рекомендую: Перспективы развития возобновляемой энергетики
.