Lista wybranych najważniejszych trendów w branży PV (2020)

01 Jun Lista wybranych najważniejszych trendów w branży PV (2020)

Bardziej opłacalna produkcja, szybsze innowacje, bardziej wymagający konsumenci i podnoszenie świadomości na temat globalnego ocieplenia, to tylko kilka aspektów dotyczących trendów energii fotowoltaicznej, które mogą przyspieszyć rozwój systemów PV w 2020 r.

Sektor fotowoltaiczny (PV) rozwija się w coraz szybszym tempie. Przy ciągłych zmianach w zakresie technologii, cen, wydajności i możliwości, ustalenie, co przyniesie następny rok (i dekada) może być trudne. Pojawia się wiele pytań, między innymi:

  • Popyt na energię elektryczną i jej cena stale rosną. Co to oznacza dla branży PV?
  • W 2019 r. nastąpił spadek cen o prawie 8%. Jaki będzie poziom cen w roku 2020?
  • Chiny, najważniejszy gracz w branży, zaczęły w tym roku obniżać taryfy gwarantowane. Czy ich śladami pójdą inne kraje? Jakie będą tego konsekwencje na przyszły rok?
  • Koszty produkcji maleją, a wydajność i efektywność rosną z roku na rok. Technologia PERC została niedawno wprowadzona na rynek fotowoltaiczny, co oznacza, że ​​ogniwa PERC szybko stają się nowym standardem. Jakich nowych technologii możemy spodziewać się w przyszłości?
 

Napisaliśmy ten obszerny artykuł, aby dać wyraźniejszy przegląd kluczowych czynników i wyzwań mających wpływ na przemysł PV. Omówimy w nim różne trendy; od najnowszych tendencji w branży PV po zachowania konsumentów.

Trendy w zużyciu i produkcji energii elektrycznej

Zapotrzebowanie na energię, szczególnie na energię elektryczną, stale wzrasta na całym świecie. W latach 1990–2017 końcowe zużycie energii elektrycznej wzrosło o 217%, a tendencja ta prawdopodobnie nie zahamuje w przyszłości. Dlatego systemy energii elektrycznej muszą być w stanie wytworzyć wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby pokryć wymagane zużycie roczne.

Zużycie końcowe energii elektrycznej według sektorów (IEA)

Produkcja energii elektrycznej według źródeł (IEA)

Elektrownie wykorzystujące węgiel lub gaz ziemny jako paliwo były dominującym sposobem niezawodnego i ekonomicznego dostarczania energii elektrycznej przez wiele lat. Paliwa kopalniane są tanie i łatwe do wydobycia, ale z drugiej strony wytwarzają duże ilości gazu CO2 i innych szkodliwych substancji podczas procesu zapłonu. Wydaje się, że nie musimy dalej dyskutować o konsekwencjach korzystania z konwencjonalnych źródeł energii, ponieważ rządy i opinia publiczna działają na rzecz pozytywnej zmiany tej sytuacji.

Zwiększenie świadomości na temat zmian klimatu i związanych z nim zagrożeń znacznie zmniejszyło liczbę budowanych elektrowni węglowych lub gazowych. Wzrost produkcji elektrowni węglowych wyniósł zaledwie 23% w 2017 r. w porównaniu do roku 2010.

Zmiana z roku na rok w światowej globalnej produkcji energii elektrycznej z węgla i gazu ziemnego. Rok 1990 służy jako odniesienie (IEA)

Wytwarzanie energii według źródła (IEA)

Prognoza BNEF dotycząca instalacji PV do 2021 r. (PV Tech)

Jednocześnie w celu rozwiązania problemu globalnego ocieplenia i zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną jako idealne rozwiązanie przyjęto instalację „czystszych” źródeł energii, takich jak instalacje PV lub energia wiatrowa. W 2018 r. (jak i również prawdopodobnie w 2019 r.) łączna światowa wydajność PV wyniesie ponad 100 GW rocznie. Dla porównania w roku 2009, zaledwie dziesięć lat temu, wydajność ta wynosiła zaledwie około 10 GW.

Jednak moc zainstalowanych systemów PV nie jest równomiernie rozmieszczona na całym świecie. Najbardziej istotnym graczem w branży są Chiny. UE, USA i kilka krajów azjatyckich, takich jak Japonia i Indie, klasyfikuje się za Chinami. Według raportu Bloomberg NEF, w ciągu najbliższych kilku lat wydajność PV będzie nadal rosła, ale w wolniejszym tempie niż wcześniej. Chiny, mające aktualnie niższe taryfy gwarantowane, prawdopodobnie zmniejszą swoje tempo wzrostu, ale z drugiej strony UE będzie dążyć do osiągnięcia swoich celów na 2020 r.

Trendy w cenie modułów PV

Jednym z głównych trendów zachęcających do zakupu instalacji fotowoltaicznych jest znaczny spadek cen modułów solarnych. W 2019 r. zaobserwowaliśmy obniżkę cen wszystkich głównych rodzajów modułów PV, przy czym niektóre z nich zanotowały spadek o ponad 10% od stycznia 2019 r. Trudno jednak powiedzieć, czy ceny będą nadal spadać w 2020 r. Nawet jeśli koszty produkcji technologii o wyższej wydajności będą stale się obniżać, ceny pozostaną stabilne przez pewien czas, a producenci będą chcieli skorzystać z niższych kosztów produkcji.

Indeks cen modułów PV w listopadzie 2019 r (PV Xchange)

Trend cenowy w przypadku modułów z krzemu krystalicznego (ITRP)

Trendy w taryfie gwarantowanej i LCOE

Rozwój fotowoltaiki nadal wymaga wsparcia ze strony rządów, a jedną z najpopularniejszych metod jest taryfa gwarantowana (Feed-in-tariff, FiT). Tak zwany FiT oznacza, że ​​operatorzy sieci płacą za energię dostarczoną z powrotem do sieci. Polityka ta stoi za szybkim rozwojem branży PV w Chinach, Niemczech i innych krajach. Niemniej jednak od 2019 r. rządy zaczęły obniżać poziom FiT. Na przykład Chiny zmniejszyły FiT o 25% w porównaniu do 2018 r. oraz 45% w porównaniu z 2016 r. Niemcy obniżyły również FiT dla systemów dachowych o mocy od 40 do 750kW od 2019 r. Ta ostatnia zmiana polityki wydaje się być reakcją różnych rządów na spadek kosztów systemów PV.

Kolejnym działaniem podejmowanym przez rządy jest podwyższenie ceny energii elektrycznej. Cena prądu w gospodarstwach domowych wzrosła nieznacznie w Europie w ciągu ostatniej dekady, głównie z powodu wzrostu podatków.

Taryfa gwarantowana dla PV na skalę przemysłową w Chinach w 2019 r. (CNEP)

Zmiany cen energii elektrycznej dla odbiorców domowych w krajach UE w latach 2008-2019 (Eurostat)

Z powodu wyższych cen energii elektrycznej i niższego FiT projektanci systemów fotowoltaicznych są coraz bardziej zainteresowani LCOE. Jeśli koszt wytworzenia energii elektrycznej z energii słonecznej minus FiT jest niższy niż koszt energii elektrycznej z paliw kopalnych, wówczas powinniśmy inwestować w energię słoneczną. Energia słoneczna zapewnia dobry zwrot z inwestycji, a także chroni środowisko. Dane z 2018 r. były zachęcające, ponieważ pokazały, że indeks LCOE w przypadku fotowoltaiki na skalę przemysłową i komercyjną jest niższy niż indeks węgla. Oczekuje się, że do 2020 r. LCOE energii słonecznej spadnie jeszcze bardziej dzięki spadającym cenom modułów PV i pojawieniu się modułów o jeszcze wyższej wydajności.

Koszt wytwarzania energii słonecznej w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami energii w 2018 r. (GMOPV)

Europejskie segmenty łącznej mocy PV do 2018 r. (GMOPV)

Trendy w obniżaniu kosztów technologii

Zwiększenie mocy produkcyjnej

Wiodący producenci modułów PV co roku rozszerzają swoją produkcję, aby zaspokoić potrzeby rynku światowego i przyczynić się do redukcji kosztów. Ten trend ekspansji produkcji będzie się utrzymywał wraz ze wzrostem trendu zapotrzebowania na energię elektryczną. Natomiast produkcja w przypadku paliw nieodnawialnych będzie się zmniejszać.

Roczna światowa produkcja modułów PV w latach 2005-2018 (LCEO)

Zdolność produkcyjna Canadian Solar i planowany rozwój w roku 2019 (PV Tech)

Zdolność produkcyjna Longi i planowany rozwój do roku 2021 (PV Tech)

Płytki krzemowe

W ostatnich czasach monokrystaliczne płytki krzemowe zyskują na popularności i podbijają światowy rynek PV. Moduł  monokrystaliczny ma wyższą wydajność i mniej defektów niż polikrystaliczny. W kolejnych latach spodziewamy się dominacji mono-technologii.

Oprócz technologii monokrystalicznej producenci wprowadzają większe rozmiary płytek, aby zwiększyć moc wyjściową z jednego modułu. Firma Canadian Solar wprowadziła już moduł HiKu z płytkami 165×165 mm, co zwiększa moc wyjściową modułu z ogniw dzielonych na pół z 360Wp do 440Wp w przypadku modułu składającego się z 72 ogniw. Jednak wykorzystanie większej płytki wymaga pewnego stopnia zmian lub renowacji linii produkcyjnej, co nie jest łatwe dla producentów do osiągnięcia z dnia na dzień.

Prognozy według rodzajów płytek (ITRP)

Przegląd oznaczeń dużej płytki (PV Magazine)

Ogniwa

Ogniwa PERC (technologia pasywacji emitera tylnej części ogniwa) stały się standardem dla ogniw PV wkrótce po komercjalizacji produkcji. Technologia PERC podnosi sprawność ogniw nawet o 1% przy niewielkiej modyfikacji procesu produkcji. Przez następne kilka lat konwencjonalne ogniwa BSF (Back Surface Field) będą nadal istnieć, ale prawdopodobnie zostaną szybko zastąpione ogniwami PERC.

Kolejną ewolucją po PERC będzie prawdopodobnie technologia TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), która wykorzystuje wyrafinowany schemat pasywacji i obiecuje jeszcze większą poprawę wydajności. Technologia TOPCon najprawdopodobniej zostanie połączona z płytkami monofonicznymi typu n, aby osiągnąć maksymalny przyrost wydajności. Kolejną zaletą tej technologii jest mniejszy wysiłek po stronie producenta włożony w renowację linii produkcyjnej podczas przejścia z technologii PERC do TOPCon w porównaniu do HJT (Heterojunction Technology).

Wykorzystanie wielu szyn zbiorczych w ogniwach PV stanowi problem natury optymalizacyjnej. Więcej szyn oznacza, że ​​można zebrać więcej elektronów, a wytrzymałość mechaniczna ogniwa jest większa; jednak zajmuje również więcej nieaktywnego obszaru na powierzchni ogniwa, co zmniejsza wydajność. W przyszłości wykorzystanie szyn zbiorczych z pewnością wzrośnie do 12%, a następnie do optymalizacji gromadzenia elektronów zostanie zastosowana technologia SWCT (Smart Wire Connection Technology), co z kolei minimalizuje cień padający na powierzchnię ogniw. 

Technologia ogniw (ITRP)

Technologia szyn zbiorczych (ITRP)

Moduły

Zmiana technologiczna płytek i ogniw w module PV spowoduje wyższą moc wyjściową. Moduły o mocy wyjściowej powyżej 400 Wp będą mogły znacznie obniżyć koszty BOS.

Na poziomie modułu najbardziej zauważalną zmianą będzie moduł dwustronny. Ogniwa dwustronne mogą być stosowane w module dwustronnym z przezroczystą tylną powierzchnią. Można je również stosować w jednostronnym module o konstrukcji, która odbija światło od białej tylnej powierzchni w kierunku ogniwa.

Ogniwa dwustronne mogą być wykonane w różnych technologiach, od PERC po HJT. Moduły dwustronne mają ogromny potencjał, aby stać się kluczowymi elementami w elektrowniach PV na skalę przemysłową dzięki wysokim potencjalnym zyskom.

Moc modułu w przypadku modułu z 72 ogniw/144 ogniw ciętych na pół (ITRP)

Ogniwo dwustronne (ITRP)

Inwertery

Inwerter, kluczowy element systemu PV, przekształca prąd stały z modułów PV w prąd przemienny w celu zasilania sieci lub zastosowania w gospodarstwach domowych. Inwertery stają się również „coraz bardziej inteligentne”, co umożliwia nie tylko monitorowanie, ale także diagnostykę systemu PV i sugerowanie różnych rozwiązań w celu zmniejszenia kosztów eksploatacji i utrzymania. 

Z jednej strony wzrasta też moc wyjściowa inwerterów, na przykład inwerter szeregowy SUN 2000-185KTL-H1 firmy Huawei może zagwarantować moc wyjściową do 185kW. Zapewnia on nie tylko wyłącznik bezpieczeństwa prądu stałego, ale też SPD typu 2 DC i AC, który jest już zintegrowany w samym inwerterze. Funkcje te zmniejszają koszt BOS dla projektu i czas instalacji. Większe inwertery pozwalają również na zastosowanie wyższego napięcia prądu stałego systemu – do 1500Vdc, co z kolei umożliwia instalację dłuższych szeregów i jeszcze bardziej zmniejsza koszt BOS.

Niemniej jednak, koncepcja systemu PV zoptymalizowanego pod kątem modułu staje się coraz bardziej popularna w systemach wielkości komercyjnej i mieszkaniowej. Optymalizacja systemu za pomocą optymalizatorów SolarEdge jest atrakcyjnym rozwiązaniem, a czasem jedynym realnym rozwiązaniem w przypadku obszarów o dużym zacienieniu.

Maksymalne napięcie systemowe (ITRP)

Trendy dla bardziej wymagających i niezależnych konsumentów

Ponieważ cena przechowywania akumulatorów spada w połączeniu z niższym trendem FiT, konsumenci zmierzają aktualnie do zwiększenia wskaźnika zużycia własnego. Zasadniczo przy nadwyżce pochodzącej z Systemu Magazynowania Energii (ESS) energia fotowoltaiczna wytwarzana w ciągu dnia będzie przechowywana w akumulatorze i wykorzystywana wieczorem.

Inwertery hybrydowe, takie jak Solax Hybrid, stanowią niedrogie i proste rozwiązanie nie tylko do zużycia własnego, ale także jako opcja rezerwowa w przypadku awarii sieci.

Pojazdy elektryczne (EV) stają się coraz bardziej popularne. Przewiduje się, że w najbliższej przyszłości dziesiątki miast na całym świecie wprowadzą zakaz samochodów z silnikiem dieslowym i benzynowym. Pojazdy elektryczne staną się również bardziej atrakcyjne pod względem ceny i użyteczności. Funkcja szybkiego ładowania umożliwia „tankowanie” pojazdu elektrycznego w ciągu kilku minut, a nie godzin, tak jak w przypadku wcześniejszych modeli.

SolarEdge podąża za tym trendem i oferuje pierwszą na świecie ładowarkę EV i inwerter w jednym. Produkt ten umożliwia ładowanie EV bezpośrednio z instalacji PV.

Cena akumulatorów litowo-jonowych, przeszłość i prognozy (ITRP)

Hybrydowy rezydencyjny system PV z inwerterem Solax Hybrid

Pierwsza na świecie ładowarka EV i inwerter w jednym od SolarEdge

Źródła