Saulės elementai (fotovoltiniai elementai), šviesą tiesiogiai verčiantys elektros energija, - tai perspektyviausi ekologiškai švarios energijos šaltiniai. Jie randa vis platesnį praktinį pritaikymą, tačiau labiau konkuruoti su tradiciniais šaltiniais dar negali dėl gana didelės kainos. Ryškus pokytis saulės elementų rinkoje pasijus tuomet, kai bus pastatytos ir savo produkciją pradės realizuoti gamyklos, kurių pajėgumai turėtų siekti iki 100 MW galios saulės elementų modulių per metus. Šito galima tikėtis jau 2005-2008 metais, ir iki 2010 metų iš saulės energijos gaunamo 1 W kaina turėtų nukristi iki 2 USD.
Saulės elementų efektyvumas ir gamybos technologija. Prognozės ateičiai
Nuo 1975 metų didžiausias dėmesys, atliekant saulės elementų (SE) tyrimus bei technologijų tobulinimą, skiriamas elementų efektyvumo bei įvairiausių technologijų patikimumo didinimui, o taip pat kainų mažinimui. Praktiškai yra tyrinėjamos visos galimos konstrukcijos ir koncepcijos. Šiuo metu daug gaminama labai įvairių tipų saulės elementų ir jų modulių (standžios konstrukcijos, kuriose sumontuotas ir elektriškai sujungtas didesnis ar mažesnis atskirų SE kiekis): vienkristalio silicio, polikristalinio silicio, silicio juostų, amorfinio silicio sluoksnių ant pigaus padėklo, monokristalinio silicio su šviesos koncentratoriais. Bandomosiose gamyklose gaminami ar ruošiamasi artimiausiu laiku pradėti gaminti vario-indžio selenido, kadmio telūrido, silicio juostų iš tuščiavidurių auginamų briaunainių (EFG), galio arsenido bei silicio elementai su koncentratoriais.
| 1 lentelė. Parduodamų įvairių tipų saulės elementų modulių efektyvumai (procentais) bei jų augimo prognozės. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Pagrindinis parametras, charakterizuojantis saulės elementą, - tai jo efektyvumas (dydis, parodantis kokia dalis šviesos energijos yra paverčiama elektra). 1 lentelėje yra pateikta gaminamų bei parduodamų įvairiausių medžiagų saulės elementų modulių šiuo metu pasiekiami efektyvumai bei numatomos jų vertės ateityje. Nors įvairiose laboratorijose jau yra sukuriami pakankamai efektyvūs saulės elementai, tačiau masinėje gamyboje, kur labai svarbiu veiksniu tampa ir gamybos kaina, efektyvumas yra gerokai mažesnis (žr. 2 lentelę). Teoriškai silicio saulės elementų efektyvumas siekia 32 proc. Kaip matome iš lentelės, naudojant koncentratorius jau yra pasiekiamas 29 proc. efektyvumas. Iš abiejų lentelių matosi, kad 2010 metams planuojami įvairių modulių efektyvumai yra labai artimi daugeliui šiandieninių laboratorinių bandinių. Pavyzdžiui, vienkristalio silicio moduliai dabar pasiekia 13-16 proc. efektyvumą (vieni iš efektyviausių yra BP Solar moduliai). Prognozės, 2010 metais pasiekti 22 proc., reiškia, kad tokiuose moduliuose turės būti naudojami daugiau kaip 24 proc. efektyvumo elementai. Kita medžiaga - silicio juostos. AstroPower pradedamų gaminti tokio tipo modulių efektyvumas jau siekia 8-9 proc., taigi, 12-13 proc. vertė taip pat, atrodo, yra pasiekiama.
| 2 lentelė. Pramoninių bei analogiškų kokybiškiausių laboratorinių silicio saulės elementų efektyvumai. | ||||||||||||||||||
|
Saulės modulių gamybos kainos
Šiuo metu gaminamų įvairių tipų modulių kainos pateiktos 3 lentelėje. Parodyta kaina, kurią mokėtume už vieno vato galios modulį. Į šią kainą įeina gamybos savikaina (pagaminimo kaina) bei apie 40 proc. papildomas antkainis, apimantis tyrimų, konstravimo bei rinkodaros išlaidas bei nedidelį pelną. Dabartinės vienkristalio bei polikristalinio silicio saulės elementų modulių kainos yra gana panašios ir siekia apie 4 USD už 1 W (įskaitant visas papildomas gamybos bei realizavimo išlaidas). Tokia kaina laikosi jau apie 10 metų, nors pati gamybos savikaina sumažėjo beveik 50 proc.
 |
| Saulės elementų moduliai ant naujų namų stogų Matsudo mieste (Japonija). |
Remiantis savikainos mažėjimu bei kitomis prielaidomis, galima prognozuoti, kad kai bus pasiekta apie 100 MW apimtis didinant gamybos pajėgumus, vienkristalio silicio modulių gamybos kaina turėtų nukristi iki 1,4 USD / 1 W. Tai leistų modulių realią kainą sumažinti iki 2,33 USD / 1 W. Galima manyti, kad maždaug tokios kainos jau būtų gana prieinamos, norint žymiai išplėsti į bendrą elektros tinklą įjungiamų bei ant stogų montuojamų modulių rinką.
Polikristalinio silicio saulės elementų kainos po truputį mažėja, lyginant su vienkristaliu siliciu, taigi šio tipo modulių normalios kainos turėtų būti apie 2 USD / 1 W. Plonasluoksnių elementų ir koncentratorių įrangos savikaina taip pat ryškiai mažėja, taigi šių tipų modulių realizavimo kainos turėtų nukristi iki 1,25 USD / 1 W (žr. 3 lentelę).
| 3 lentelė. Saulės elementų modulių savikainos bei realizavimo kainos (įvertinant būtiną vystymui bei tyrimams pelną) ir jų kitimo prognozės. (Kaina pateikiama JAV doleriais už 1 W.) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Pasaulinė saulės elementų rinka
4 lentelėje pateikti duomenys apie saulės elementų modulių pardavimą įvairiose pasaulio srityse per paskutiniuosius septynerius metus. 1998 metais jau buvo parduota modulių, kurių bendra galia viršijo pusantro šimto megavatų. Labiausiai visa tai nulėmė Tolimieji Rytai: apie 80 proc. pasaulinio metinio prieaugio teko būtent Japonijos rinkos augimui, sąlygotam valstybės finansuojamos saulės elementų įjungimo į bendrą elektros tinklą programos. 1998 metais Japonijoje buvo įrengta apie 9000 trijų kW galios sistemų. Iki 1997 metų saulės elementų pardavimas kasmet padidėdavo apie 12-15 proc., ir tai buvo beveik vien tik autonominės sistemos, pakankamai ekonomiškai pateisinamos atskirais atvejais (pavyzdžiui, radijo ar telefoniniai retransliatoriai kalnuose ar kitose sunkiai prieinamose vietovėse). Per keletą paskutiniųjų metų sparčiausiai auga būtent į bendrą energetinį tinklą įjungiamų sistemų saulės modulių pardavimas (apie 33 proc. per metus). Prie to prisideda tiek Japonijoje, tiek ir Vokietijoje bei Olandijoje vykdomos stambios valstybinės programos bei neseniai JAV paskelbta analogiška, tik dar didesnio užmojo programa ("milijonas stogų su saulės elementų moduliais!"). Kitos paskirties modulių (ryšių sistemose, kaimo vietovėse, individualių vartotojų) pardavimas auga daugmaž vienodai - apie 12-15 proc. per metus.
| 4 lentelė. Saulės elementų modulių pardavimas pasaulyje (MW). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Pasaulinės saulės elementų rinkos augimo prognozės
Atsižvelgiant į rinkos kitimą bei jo prognozavimą per praėjusius 20 metų, galima manyti, kad pasaulinė saulės elementų modulių rinka per ateinantį dešimtmetį turėtų toliau augti, kaip tai parodyta 5 lentelėje. Įvairių tipų modulių pardavimas ir toliau turėtų didėti apie 12-15 proc. per metus, o didžiausias prieaugis tektų į bendrą tinklą įjungiamoms sistemoms (o vėlesniame etape - ir didelės galios centrinėms stotims). Norint, kad šios prognozės būtų sėkmingai įgyvendintos, būtinos kelios svarbios sąlygos.
Visų pirma valstybės finansuojamos programos Japonijoje, Vokietijoje, Olandijoje bei JAV turi sąlygoti kokybiškų, efektyvių bei patikimų modulių sistemų įdiegimą dideliu mastu ir dideliais kiekiais, tuo būdu stimuliuodamos ir naujas investicijas į žymiai didesnių gamyklų statybas (gaminsiančių po 100 MW bendros galios modulių per metus).
Antra, modulių kainos turėtų ženkliai nukristi (žr. 5 lentelę): 2005 metais - iki 2 USD už 1 W, o 2010 metais nusileisti iki mažiau nei 1,5 USD už 1 W ribos.
| 5 lentelė. Saulės elementų įvairios paskirties modulių pardavimo prognozės (MW) bei kainos. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Trečia, žymi dalis vartotojų (tiek gyventojai, tiek ir įmonės) jau turėtų pradėti rinktis būtent saulės elementų modulius, nors jais gaminama elektros energija bus dar brangesnė, nei dabar gaunama iš įprastinių šaltinių - naftos, dujų ar atominių elektrinių.
El. p.: info@elektronika.lt