Малая солнечная энергетика — факторы роста

Глобальном внедрению возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в немалой степени способствует развитие PV-генерации всех уровней мощности. Однако эксперты отмечают, что процесс изменения энергетической модели из углеводородного на возобновляемую был бы замедленный, если бы к нему массово не присоединились частные домохозяйства и предприятия коммунального сектора, составляющих основу так называемой малой солнечной энергетики. Куда и как будет развиваться этот сектор?

Фото: Частные здания с PV-панелями в сообществе Mueller, Остин, Техас, США, соединенные с накопителями электричества и доеднани коммунальной распределенной энергетической сети по федеральной программе SHINES - «Sustainable and Holistic Integration of Energy Storage and Solar PV» ( «Стала и всеобъемлющая интеграция хранилищ энергии и солнечной PV-генерации »). Начало программы - 2016, тестовый запуск - 2018, полный запуск в эксплуатацию - апрель 2019
Фото: Частные здания с PV-панелями в сообществе Mueller, Остин, Техас, США, соединенные с накопителями электричества и доеднани коммунальной распределенной энергетической сети по федеральной программе SHINES - «Sustainable and Holistic Integration of Energy Storage and Solar PV» ( «Стала и всеобъемлющая интеграция хранилищ энергии и солнечной PV-генерации »). Начало программы - 2016, тестовый запуск - 2018, полный запуск в эксплуатацию - апрель 2019

Уменьшение себестоимости солнечной энергии

Во всем мире PV-энергетика пока ускоренно развивается и имеет лучшие показатели уменьшения себестоимости по сравнению с другими способами генерации из ВИЭ и достигла показателей, сопоставимых со стоимостью генерации из традиционных углеводородных источников.

Рис 1. Мировая стоимость электроэнергии из ВИЭ - ценовой диапазон и средневзвешенная стоимость. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.
Рис 1. Мировая стоимость электроэнергии из ВИЭ - ценовой диапазон и средневзвешенная стоимость. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.

Развитие солнечной энергетики происходит во всех секторах — от сверхмощных солнечных электростанций (СЭС) национального и регионального масштаба в малых систем в местном коммунальном секторе и индивидуальных крышных установок в частных домохозяйствах. И если мощные станции находятся в сфере интересов крупного бизнеса, имеющего доступ к механизмам привлечения инвестиционных средств, сейчас также ускоренно развивается имела и индивидуальная PV-энергетика, главным образом опирается на индивидуальные частные вложения и средства местных общин. По 2000 — 2016 гг. Среднегодовой добыча энергии на малых СЭС увеличился в целом на 44%, с 0,8 ГВт до 291 ГВт, цены на PV-модули в 2009-2016 гг. Уменьшились на 80-85%. Скорость развертывания малой PV-энергетики пока оценивается показателями от 18% до 22% в год.

Рис 2. Стоимость в 2010 г.. И на середину 2016 домашних PV-систем ($ / Вт)) в зависимости от мощности в Калифорнии (США) и в Германии. Источник: IRENA - Cost and competitiveness indicators: Rooftop solar PV.
Рис 2. Стоимость в 2010 г.. И на середину 2016 домашних PV-систем ($ / Вт)) в зависимости от мощности в Калифорнии (США) и в Германии. Источник: IRENA - Cost and competitiveness indicators: Rooftop solar PV.

Статистика и расчеты показателей стоимости оборудования и средневзвешенной цены электроэнергии, полученной от PV-установок, которые были проведены Международным агентством возобновляемой энергетики (IRENA), показывают, что имела генерация с PV-станций увеличивает свою конкурентную способность среди других секторов энергетики и имеет большой потенциал дальнейшего ускоренного развития.

Себестоимость построения солнечных PV-установок и средневзвешенная цена энергии (LCOE) для коммунального сектора и для частных домохозяйств уменьшилась за последние пять лет в среднем на 65% и 67% соответственно, а иногда — еще больше. На рис. 2 показаны сравнения динамики расходов средств на домашние PV-системы малой мощности (до 5 кВт и 5-10 кВт) в Калифорнии (США) и в Германии.

Снижение себестоимости PV-систем коммунального назначения проиллюстрировано на рис. 3 в разрезе уровней мощности для малых СЭС. Отрасль в целом стала более эффективной — светло-синяя зона охватывает 90% расходов на строительство систем и устойчивое снижение стоимости установленной мощности различного уровня за последние годы. По прогнозам IRENA, расходы в отрасли и в дальнейшем уменьшаться, и средняя мировая совокупная стоимость построения PV-систем может снизиться с показателя ~ 1,8 $ / Вт в 2015 до 0,8 $ / Вт в 2025, сократившись в среднем на 57% за 10 лет (то есть, с учетом факторов неопределенности, стоимость проектов составит от 43% до 65% от уровня 2015).

Рис 3. Диапазон стоимости установленной мощности и средневзвешенные затраты на коммунальные PV-системы, 2010-2015 $ / кВт. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.
Рис 3. Диапазон стоимости установленной мощности и средневзвешенные затраты на коммунальные PV-системы, 2010-2015 $ / кВт. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.

Ожидается, что наибольшее снижение расходов (~ 70%) произойдет за счет уменьшения расходов на BoS (PV-система, за исключением собственно солнечной батареи). На протяжении всей своей истории снижение затрат на PV-установки более всего было обусловлено снижением стоимости самих PV-модулей см. рис. 4, но в дальнейшем этот фактор потеряет свой удельный вес.

Рис 4. Тенденции изменения цен на PV-модули по типам и происхождению. Источник: IRENA - Cost and competitiveness indicators: Rooftop solar PV, 2018.
Рис 4. Тенденции изменения цен на PV-модули по типам и происхождению. Источник: IRENA - Cost and competitiveness indicators: Rooftop solar PV, 2018.

Учитывая, что мировая цена PV-панелей сейчас составляет от 0,5 $ / Вт до 0,7 $ / Вт, даже в условиях очень быстрого роста масштабов использования PV-энергии, вклад от снижения цены на панели в общую стоимость системы будет в дальнейшем незначительным.

Возможности дальнейшего снижения мировой цены PV-систем в следующем десятилетии связываются с постепенным сокращением расходов на BoS на фоне уменьшения

стоимости цене фотопреобразователей, но главным фактором влияния на стоимость в следующем может стать средневзвешенная стоимость капитала и другие финансовые факторы, например, страхование, поскольку финансирование есть и будет важным элементом в реализации PV-проектов.

По прогнозам IRENA средневзвешенное значение LCOE для PV-отрасли может снизиться с 0,13 $ / кВт · ч в 2015 г.. До 0,055 $ / кВт · ч в 2025 (на 59%), см. рис. 5. В 2025 диапазоны расходов LCOE для индивидуальных проектов солнечных домашних и коммунальных PV-установок могут упасть в соответствии с уровнем между 0,12 — 0,03 $ / кВт · ч, что на 68% и 60% соответственно ниже, чем в 2015 Улучшение качества всех составляющих PV-установок и внедрение стандартов остаются актуальными. Например, сейчас нет стандартного метода расчета LCOE для малых СЭС.

Рис 5. Падение мировой средневзвешенной стоимости PV-системы для коммунального сектора. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.
Рис 5. Падение мировой средневзвешенной стоимости PV-системы для коммунального сектора. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.

Риски реализации проектов малых СЭС

Вопросы управления качеством влияет на технические риски и на устойчивость добычи PV-энергии. Несмотря на значительный прогресс, глобальный рынок солнечных PV-проектов все еще сдерживается неопределенностью показателей жизненного цикла PV-технологии см. рис. 6. На этапах планирования и разработки проекта качество всех составляющих, например, точные данные о солнечной инсоляции в данной местности, имеет значительное влияние на устанавливаемую мощность, ожидаемый финансовый результат, выбор компонентов системы (скажем — применение трекеров) и др. На ранних стадиях реализации проекта риски отказа обычно ложатся на подрядчика (EPC) за счет предоставленных им гарантий, то есть он настроен на краткосрочную качество компонентов системы. В дальнейшем риски отказа от некачественной работы системы ложатся на собственника (сообщество). В конце жизненного цикла гарантии поддержания системы в работоспособном состоянии требуют дополнительных затрат и выплат, в том числе страховых, что отражается на окончательных финансовых показателях. Итак, вопрос качества всех составляющих PV-проекта, включая качеством примененных компонентов и оптимизированной локализации для уменьшения рисков для малых кровельных и коммунальных станций имеет большое значение и требует пристального внимания, так как эти проекте основном реализуются на условиях коммерческого кредитования или за собственные средства.

Рис 6. Кривая отказов для PV-установки. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017
Рис 6. Кривая отказов для PV-установки. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017

Рост инвестиций

По данным исследования UNEP-BNEF по глобальных инвестиций в возобновляемую энергетику «Global trends in renewable energy investment, 2018» в 2017 сумма вложений в малые солнечные проекты мощностью до 1 МВт увеличилась на $ 6300000000, то есть на 15% по сравнению с годом ранее. За $ 49400000000. Было построено 28 ГВт мощностей именно малых СЭС — домашнего и коммунального назначения.

Однако всякое сравнение должно учитывать, что каждый год уменьшается фактическая сумма затрат по отношению к получаемой мощности. Например, в 2010 г.. Средняя стоимость 1 Вт домашней PV-установки в Германии составляла $ 3,9, а к началу 2018 она снизилась до $ 1,68, то есть на 57%. В Австралии такое падение еще более показательно — стоимость PV-системы на 4 кВт в 2010 г.. Там составляла ~ 6,40 $ / Вт, а к началу 2018 — упала на 78% к показателю 1,40 $ / Вт.

В 2018 ожидается также очередное снижение мировой стоимости самих PV-модулей минимум на 15% в связи с запуском новых производственных мощностей.

Дополнительные преимущества

Однако, ценовые характеристики — это не единственное, что способствует развитию малой солнечной генерации. Небольшие установки, размещаемые на крышах зданий, позволяют получить доступ к преимуществам потребления электроэнергии там, где они не были доступны ранее, и позволяет не зависеть от ограничений по подключению к существующим электросетям. Эти возможности также способствуют развитию в данной местности малых предприятий. Кстати, в Украине пока также готовятся законодательные инициативы, снимут некоторые ограничения и побуждать к большему использованию кровельных PV-установок для использования в промышленности и коммунальном секторе.

«Зеленый тариф», действующей в Украине, также способствует проявлению частной инициативы. По данным Госэнергоэффективности с момента введения в 2015 «зеленого тарифа» для объектов с мощностью <30 кВт было установлено PV-панели общей мощностью 121 МВт в 6 тыс. Частных домохозяйств, что составляет около 10% от всей установленной мощности солнечных станций страны, для чего были привлечены € 120 млн. в основном индивидуальных средств. И хотя абсолютные цифры пока не впечатляют, динамика частных инвестиций имеет четкое экспоненциальный рост, см. рис. 7. По 2017 были построены 1901 кровельных PV-установки, а только за 9 месяцев этого года уже более 3000 семей уложились в малую солнечную генерацию (это в 2,5 раза больше, чем за весь прошлый год). За I-й квартал 2017 солнечную энергию начали использовать 200 домохозяйств, а за последние 1,5 года каждый квартал к употреблению «зеленой энергии» приобщались уже по меньшей мере 400 украинских семей.

Рис 7. Динамика увеличения количества солнечных электроустановок частных домохозяйств в Украине. Источник: Госэнергоэффективности Украины, 2018.
Рис 7. Динамика увеличения количества солнечных электроустановок частных домохозяйств в Украине. Источник: Госэнергоэффективности Украины, 2018.

Автономные и сетевые решения

Согласно данным IEA, сегмент автономных PV-решений коммунального сектора пока занимает примерно 1% от общей мощности малых СЭС и крышных установок (см. Рис. 8). Однако тенденция к автономности впоследствии станет мощной учитывая, что потребности в энергии для частных домов и в коммунальном секторе растут быстрее, чем расширяется и модернизируется централизованная электросеть и возможности подключения к ней. Ведь сообщения PV-установок с системами накопления электроэнергии позволяет иногда достичь конкурентного цены со стоимостью электричества от электросети. Например, ожидаемая LCOE течение всего жизненного цикла коммунальной распределенной энергосистемы, внедрена в Остине, Техас, США, которая выйдет на режим полноценной эксплуатации в апреле 2019 см. фото, оценивается в $ 0,14 за кВт · ч. В то же время, средняя стоимость киловатта электричества для коммунальных и индивидуальных потребителей составляет в США в среднем $ 0,13, колеблясь от показателей $ 0,09 до $ 0,30 за кВт · ч.

Рис 8. Установленные PV-установки по типам и их судьба в мире. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.
Рис 8. Установленные PV-установки по типам и их судьба в мире. Источник: IRENA - Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure, 2017.

Устойчивость развития малых СЭС для домашнего и коммунального применения независимо, они автономны, или сетевые, в дальнейшем неразрывно связывается с внедрением систем накопления и хранения электроэнергии (ESS) и его использованием аккумуляторов электромобилей (V2G) и «умным» управлением перераспределением энергии.