Petr Klimek 13.11.08, Rusava
1
OBSAH 1. 2. 3. 4.
Energie Slunce, solární článek Historie FV a trendy Rozdělení FVS Sluneční podmínky v ČR, PVGIS
2
Cíle na poli OZE v EU a ČR • EU – 2010 až 21 % elektřiny z OZE • ČR – 2010 až 8 % elektřiny z OZE (podíl elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v ČR) • ČR – 2030 až 16-17% elektřiny z OZE • 2007 podíl OZE na hrubé spotřebě elektřiny 4,7 % (2006 – 4,9 %, 2005 – 4,48 %, 2004 - 4,04 %) • podíl fotovoltaiky….???....zatím 0,00 %!!! 3
Energie Slunce H2 → He + energie 3,8⋅1026 W 500 mil. tun/s
1/3 záření se odráží od atmosféry
tok
slu n
8 m ečn inu í en e t2 0 s rgie
180.000 TW dopadá na Zemi (1.350 W/m2) •2/3 záření dopadá na POVRCH Země a přímo či nepřímo se přeměňuje na teplo – tento podíl je využitelný jako obnovitelný zdroj •pouze malá část se akumuluje (biologické zbytky Æ fosilní paliva)
4
Energie Slunce • „světlo“ a „teplo“ (elektromagnetické záření – fotony)
Spektrum sl. záření: - ultrafialové záření - viditelné světlo - infračervené záření
5
Fotovoltaika = přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu
Foton Solární článek
Elektron Elektrický proud
120 000 TW (1,2 x 1017 W) energie Slunce dopadající na Zemi
6
c-Si - článek • Rozměr článku 100 x 100 až 156 x 156 mm • Tloušťka Si desky cca 0.2 mm • Celoplošný PN přechod – P typ křemík (křemík s příměsí boru) a N typ (povrchová) difůze („řízené“ znečisťování křemíku atomy fosforu) • Ochranná vrstva nitridu křemíku (antireflexní vrstva) • Kontakty pro propojení článků v panelu 7
Historie fotovoltaiky Fotovoltaika - přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu • fotovoltaika – řecky světlo (phos) a jméno italského fyzika A. Volty • objev fotovoltaického jevu připsán A.E.Becquerelovi (1839) • fyzikálně popsán A. Einsteinem (Nobelova cena 1921) • 1883 první selenový fotočlánek s tenkou vrstvou zlata (Ch.Fritts, účinnost pod 1%) • první počiny s křemíkovými články, první patent Russell Ohl 1946 8
• skutečný Si-článek 1954 (Bell Telephone Laboratories, G.L. Pearson, Daryl Chapin, Calvin Fuller, účinnost 6 %) • cena sol. článku o účinnosti 2% o výkonu 14 mWp byla v roce 1955 - 1 785 USD/Wp • dnes cena okolo 2 USD/Wp, účinnost vyráběných článků až 23% Další milníky: • 60- léta, rozvoj díky kosmickému výzkumu, energie pro družice (první Sputnik 3, 1957) • celosvětová ropná krize v 70. letech • současnost – náhrada klasických energetických zdrojů (feed-in tariff)
9
10
FV 1.generace • • • •
základem křemíkové desky nejrozšířenější na trhu (90 %) komerční prodej v 70.letech účinnost v sériové výrobě 16 – 19%, resp. 24 %
11
Řetězec křemíkové technologie
Mono-Ingoty Poly Silicon Multi-Ingoty
řezání Si desek
Výroba solárních článků
Výroba panelů
12
FV 2. generace • • • •
„tenké vrstvy“ – úspora materiálu rostoucí podíl na trhu komerční prodej v pol. 80.let účinnost v sériové výrobě 6 – 13% Střecha Katzenbach,Juwi, CdTe
•Amorfní křemík •Mikrokrystalický křemík •Amorfní Ge, SiGe •GaAs, InP •CdTe/CdS •CuInSe - CIS Zdroj: Unisolar
13
FV 3. generace • snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a max. využití jejich energie • víceméně laboratorní záležitost • komerčně využitelné tandemové struktury (z tenkých vrstev) • vícevrstvé solárních články • využití „horkých nosičů“ • nanomateriály • organické články atd. 14
Technologie na trhu 2006 Podíl (%)
amorfní Si; 4,7% ribbon (pásky Si); 2,6% poly Si; 46,5%
CIS ; 0,2% CdTe; 2,7%
mono Si; 43,4%
Zdroj: Photon International
15
Účinnosti FV technologií Účinnost panelů a článků Technologie Účinnost za STC* Účinnost panelů Potřebná plocha na kWp
Tenkovrstvé Krystalické Amorfní Si CdTe CIS am/mikro Si Monokrystal Multikrystal 6-7 %
15 m²
8-10 % 10-11%
11 m²
10 m²
8%
12 m²
16-17%
14-15%
13-15%
12-14%
cca 7 m²
cca 8 m²
*STC - Standard Testing Conditions (25°C, záření 1000 W/m², spektrum záření AM 1,5)
Zdroj: Solar generation – IV 2007, EPIA 16
Fotovoltaické systémy
17
Solární články
koncentrátorové články standardní
barevné SČ
loga
18
Solární panely
Mono - Si
Poly - Si
Tenkovrstvý A19- Si
Struktura panelu Kalené sklo Hliníkový rám
Eva Články Eva Tedlar Polymer Tedlar
Připojovací box
Odolnost: vlhkost, vítr, déšť, krupobití (Ø 25mm), teplotní změny, písek a mechanické namáhání.
20
Fotovoltaické systémy • Sériovým (paralelním) propojením článků vzniká solární panel • Propojením solárních panelů vzniká fotovoltaické pole. Spolu s ostatními komponenty (regulátor dobíjení, akumulátor, střídač, kabeláž, elektroměr aj.) tvoří FVS. • Dělíme dle různých kritérií: - grid – off (do sítě nepřipojené systémy) - grid –on (připojené do sítě) - BIPV (integrované do budovy) - drobné aplikace - rovinné, koncentrátorové, natáčecí systémy 21
Ostrovní systém s přímým napájením
Grid - off Spotřebič
Solární panely
Ostrovní systém s akumulací elektrické energie (hybridní systémy) 12 Vss (24;48Vss)
Svítidlo Regulátor nabíjení/ vybíjení
Solární panely
TV 12 Vss (24;48Vss)
Vítr........ Voda...... Plyn....... Benzin...
Chladnička
st
G
Střídač xxVss/230Vst
ss
Pro hybridní systém
Akumulátoro vá baterie
230Vst/ 50Hz
Běžné síťové spotřebiče
22
Grid -off -dopravní značení - výstražné systémy - plynové stanice - vodohospodářství - zemědělství - letectví - meteorologie - jachty - karavany - rozvojové země
Zdroj: Solartec, s.r.o.
David Křížek 50 Wp
23
První „skutečně ostrovní“ fotovoltaický systém v deltě Mekongu – 1,1 kWp 24
Grid - on Solární panely
Síťový střídač pro solární systémy
elektroměr Veřejná rozvodná síť
Vnitřní elektrické rozvody
elektroměr
Tarif 13,46 Kč/kWh (2008)
• Fotovoltaické elektrárny 0.1 kW – ??? MW • Rodinné domy, veřejné budovy, el. na volné zemi • Fasádní aplikace – integrace do budov… 25
Rodinné domy
Zdroj: Solartec, s.r.o.
26
Solární elektrárny na zemi
Hrádek 1,1 MWp, tenkovrstvé panely Kaneka Zdroj: Energy 21, s.r.o.
Vysoké Veselí 327 kWp monokrystalické panely Solartec Zdroj: Solartec, s.r.o.
27
Střešní aplikace –budoucnost FV
MŽP ČR, 25 kWp Brněnec - 120 kWp, největší střešní systém v ČR Zdroj: Solartec, s.r.o.
28
Střechy – FV fólie
Zdroj: FDT, s.r.o.
29
Střechy
30
Slunolamy, transparentní systémy
31
Trackery – natáčecí FVS
Největší natáčecí systém v ČR – 120 kWp Rožmitál pod Třemšínem Zdroj: Solartec, s.r.o.
32
Fasádní aplikace
33
Koncentrátorové systémy
34
Drobné aplikace
35
Fotovoltaika - tržní trendy • každoroční růst trhu od roku 1998 o více než 35 % (41% v roce 2007) • Ø cena FVS na klíč 5 €/Wp – předpoklad poklesu na 2,5 €/Wp v roce 2015, 1 €/Wp v 2030 • cena elektřiny v EU z FV – 20-40 €ct/kWh • 93 % trhu – křemíkové technologie (na trhu dostupné také amorfní Si, CIS, CIGS, Cd-Te) • dočasný nedostatek křemíku – předpoklad investic do nových výroben 4 mld Euro v 2007 – 2010 • ČR – silná koruna vs vzestup poptávky, fluktuace cen 36
Systémy podpory Feed – in tariff (výkupní ceny) • výrobce zelené elektřiny obdrží po 20 let od místního distributora za každou vyrobenou kWh výkupní cenu stanovenou Eenergetickým regulačním úřadem • pro rok 2008 je to 13,46 Kč/kWh • každoročně navyšována po o „inflaci“ – PPI (2 - 4 %) • výkupní cena by dle zákona neměla být pro systémy instalované v roce 2009 více než o 5 % nižší (12,79 Kč/kWh) 37
Jak se může měnit výkupní cena? již postavené systémy (např. systémy roku 2007) – každoroční navýšení ceny o index PPI – viz Vyhláška 150/2007 Sb. 2007 -> 2008 – cena navýšena o 2,5% (ze 13,46 Kč na 13,80 Kč/kWh)
„systémy příštího roku“ (2009…) – možnost ERÚ výkupní cenu snížit až o 5 % oproti předchozímu roku, nicméně platí opět pravidlo navyšování o index PPI Vývoj „bazických“ výkupních cen Kč/kWh
2005 6,04
2006 13,20
2007 13,46
2008 13,46
2009 12,79 ?
38
Systémy podpory Zelený bonus • prémiový příplatek k tržní ceně elektřiny vyplácený místním distributorem • vhodný zejména pro malé systémy a provozovatele s vlastní spotřebou elektřiny • nižší instalační náklady (mnohdy není nutné zřizovat nové odběrné místo, stačí měřidlo dle vyhlášky) • distributor platí za každou vyrobenou a naměřenou kWh 12,65 Kč (2008), dále elektřinu může provozovatel sám spotřebovat (nemusí nakupovat elektřinu od distributora) anebo ji prodat na trhu anebo prodat jen přebytky, které sám nespotřebuje 39
Vyhláška ERÚ č. 150/2007 Sb. • Úřad stanovuje výkupní ceny a zelené bonusy elektřiny z obnovitelných energetických zdrojů podle zvláštních právních předpisů1). Výkupní ceny a zelené bonusy jsou uplatňovány po dobu životnosti výroben elektřiny. • Po dobu životnosti výrobny elektřiny, zařazené do příslušné kategorie podle druhu využívaného obnovitelného zdroje a data uvedení do provozu, se výkupní ceny meziročně zvyšují s ohledem na index cen průmyslových výrobců minimálně o 2 % a maximálně o 4 %, s výjimkou výroben spalujících biomasu a bioplyn. 40
Vyhláška ERÚ č. 364/2007 Sb. 15 - letá doba návratnosti investic zajištěna splněním hodnot technických a ekonomických parametrů životnost FV uvedena v příloze č.3 – předpokládaná doba životnosti 20 let (dříve 15 let, vyhláška č. 475/05 Sb.) 2008 – zvýšení doby životnosti na 20 let => vyplácení výkupních cen 20 let viz: FAQ ERÚ http://www2.eru.cz/dias-read_article.php?articleId=451 41
Zák. č. 586/92 Sb., o daních z příjmů § 19 Osvobození od daně, odst. (1), písmeno d) (daň z příjmů právnických osob) • „příjmy z provozu malých vodních elektráren do výkonu 1 MW, větrných elektráren, tepelných čerpadel, solárních zařízení, zařízení na výrobu a energetické využití bioplynu a dřevoplynu,, ….. a to v kalendářním roce, v němž byly poprvé uvedeny do provozu, a v bezprostředně následujících pěti letech.“
§ 4 Osvobození od daně, odst. (1), písmeno e) (daň z příjmů fyzických osob) – totéž 2008 – výjimky zůstávají, termín pro předložení návrhu na změnu zákona je do konce roku 2008 42
Cenové rozhodnutí ERÚ č. 7/2007 FOTOVOLTAIKA
po 1. lednu 2008 včetně
Výkupní ceny elektřiny dodané do sítě v Kč/MWh 13460
Zelené bonusy v Kč/MWh 12650
od 1. ledna 2006 do 31.12.2007
13800
12990
před 1. lednem 2006
6570
5760
Datum uvedení do provozu
Cenové rozhodnutí je zveřejněno obvykle na konci listopadu na stránkách ERÚ http://www.eru.cz/ (sekce Cenová rozhodnutí) 43
Dotační tituly investic do OZE 1. NÁRODNÍ PROGRAMY • •
Státní program na podporu úspor energie a využití OZE pro rok 2008 Fotovoltaika nepodporována!
• •
MPO – část A – administruje ČEA MŽP – část B – administruje SFŽP (FV ?) + dotace magistrátů měst (zatím jen Praha a Plzeň) 44
Dotační tituly investic do OZE 2. OPERAČNÍ PROGRAMY •
státní a hlavně evropské prostředky
MPO - OP Podnikání a inovace • podnikatelské subjekty (FV nepodpořena!) MŽP – OP Životní prostředí • neziskové organizace, města, obce… 45
OPŽP Udržitelné využívání zdrojů energie Priorotní osa č.3 Podpora EU 2007 – 2013: 673 mil.€ (cca 88 mil.€ - 2008) Oblasti podpory: 3.1.2. Výstavba a rek. zdrojů el. OZE: • instalace fotovoltaických systémů pro výrobu elektřiny, • výstavby a rekonstrukce malých vodních elektráren, • výstavba elektráren spalujících biomasu (pevnou, plynnou nebo kapalnou), • výstavba větrných elektráren, • výstavba geotermálních elektráren. 46 Výzva se plánuje: na leden - únor 2009
OPŽP Udržitelné využívání zdrojů energie • max výše dotace 20 %, max 50 mil. Kč (min 0,5 mil Kč) • FV integrovaná do budovy (panely na střeše nebo fasáda) až 40 % ze způsobilých výdajů (max de minimis) • 50 mil. vztaženo na 1 projekt a 1 žadatele za celé 7 leté období • obce, města, kraje,svazky obcí, obč. sdružení, ops, příspěvkové org., veř. vysoké školy, církve… • adicionalita – 10 % vlastních zdrojů žadatele
47
SRA – budoucnost FV Charakteristiky Cena FVS na klíč 2007 (€/Wp, bez DPH) Cena elektřiny Jižní Evropa (2007 €/kWh) Typická účinnost komerčních solárních panelů Energetická návratnost (Jižní Evropa, roky)
1980
Dnes
2015/2020
2030
Dlouhodobě
>30
5 (4 – 8)
2,5/2.0
1
0,5
>2
0,30
do 8 % do 15 % >10
2
0.15/0,12 0,06 Konkur. Konkur. maloobchdní velkoobchdn ceně el. í ceně el.
0,03
do 20 %
Do 25 %
do 40 %
1
0,5
0,25
Strategic Research Agenda, EU PV Technology Platform
48
Instalovaný výkon FV - svět Instalovaný FV výkon
MWp 10000 8000 6000 4000 2000 0 EU Celkově svět
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
188
266
373
543
1089
1981
2971
4500
1428
1762
2201
2795
3847
5253
6851
9100
Zdroj: EPIA
49
FV v EU 2007 Nárůst výkonu FV v EU proti roku 2006 o 57 % ! Země Německo Španělsko Itálie Rakousko GB ČR EU
off -grid on - grid Instal. výkon "FV na hlavu" Nainstal. výkon v (MWp) (MWp) celkem(MWp) (W/hlava) roce 2007 (MWp) 35,0 26,4 13,3 3,3 1,7 0,2 128,8
* odhad CZREA
3 811,0 489,4 86,9 25,3 16,0 5,1 4 560,7
3 846,0 515,8 100,2 28,6 17,7 5,3 4 689,5
46,5 11,7 1,7 3,5 0,3 0,5 8,5
1 103,0 340,8 50,2 3,0 3,4 4,5 * 1 541,2 Zdroj: Eurobarometer 50
Feed-in tariff ve vybraných zemích EU 2008 Země Německo Španělsko Itálie Řecko
Feed-in tariff €ct/kWh
Výkupní cena Kč/kWh
Doba výkupu
35,49 - 51,75 23 - 44 36 - 49 40,3 - 50 (dotace 20 - 40%) 30 - 55
8,69 - 12,68 5,63 - 10,79 8,82 - 12,00
20 25 20
20 % OZE 2010 400 MWp 2010 3000 MWp
1007 1582 1408
9,87 - 12,25
20
700 MWp 2020
1522
Cíle
Záření kWh/m²/rok
7,35 - 13,48 20 1208 Francie 7,36 - 13,51 25 omezeno 1154 Švýcarsko ČR 0,54 13,46 20 8 % OZE 2010 1033 Použit kurz srpen 2008 cca 1EUR = 24,50 Kč, srpen 2007 (1EUR = 27,75 Kč) Zdroj: Eurobarometer 2008, JRC Ispra
51
Odhad kumul. inst. výkonu v ČR Vývoj instalovaného výkonu fotovotaiky v ČR 12
*odhad: červen 2008
10 8 MWp
6 4 2 0 2000
2001
2002
2003
off - grid systémy (mimo síť)
2004
2005
2006
on-grid systémy (v síti)
2007
2008*
Celkem
Zdroj: ERÚ, Czech RE Agency, o.p.s.
52
Sluneční záření v ČR – kWh/m²
(c) 2005 Czech Hydrometeorological Institute 53
Sluneční záření v ČR – kWh/m²
Horizontální plocha PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/index.htm © European Communities, 2001-2007
54
PVGIS
http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php?lang=sk&map=europe
55
56
Czech RE Agency, o.p.s. Sídlo: Televizní 2618 756 61 Rožnov pod Radhoštěm Pobočka: Americká 17, 120 00 Praha 2, Tel: 222 512 764, Fax: 222 512 774 E-mail:
[email protected]
57
58
