Magyar fotovillamos (napenergia technológiai) kutatás-fejlesztési stratégiai terv (2009-2020) Ajánlás 1.3 verzió Készítette a Nemzeti Kutatási és Fejlesztési Hivatal megbízásából az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform 2009. október
Tartalomjegyzék 1. Előszó...3 2. Vezetői összefoglaló...4 3. Összefoglaló a fotovillamos rendszerekről...7 3.1 A jelenlegi fotovillamos technológiák...7 3.2 Az Európai PV stratégia...9 3.3 A versenyképesség elérése...11 4. A fotovillamos szektor magyarországi helyzete...14 4.1 A magyarországi fejlesztések kezdetei...14 4.2 A fellendülés időszaka...15 4.3 A fontosabb hazai nem ipari szereplők...16 4.4 A jelenlegi piaci potenciál...18 5. Stratégiai kutatási irányok...21 5.1 Fotovillamos elemek, napelemek és modulok...22 Az összes technológiát érintő kérdések...22 Vékonyréteg technológiák...22 Vékonyréteg technológiai berendezések...23 Gyártásközi mérő és vizsgáló berendezések...23 Fejlődő és újszerű technológiák...24 Nano- és polimer technológiák...25 Koncentrátor technológiák...25 5.2 Kiegészítő rendszer elemek Balance-of-System ( BoS )...26 Intelligens áramátalakítók és szabályozók...26 Épületintegrálási rendszerek...26 Távmonitorozó rendszerek...28 Minősítő berendezések...28 5.3 Alkalmazhatóság...29 Újabb alkalmazások...29 Szabványosítás...29 Szórt sugárzás térkép...29 5.4 Társadalmi hatás...30 Energiatudatosság, kommunikáció...30 Oktatási és demonstrációs rendszerek...30 2
1. Előszó A fotovillamosság egy olyan technológiai alkalmazást tesz lehetővé, mely a nap sugárzását elektromos energiává alakítja át. Ezt a módszer igen sokféle termékben használhatjuk, a napelemes számológéptől a nagyméretű erőművekig mindenütt. A napenergia rendszerek a jövőben igen nagyban hozzájárulnak a globális energiatermeléshez és kulcskérdés lesz a jövő zöld energia ellátó rendszerek szempontjából is. A fotovillamos szektor gyors növekedése gazdasági lehetőségeket biztosít Európa számára, melyeket most kell megragadni, vagy egyébként a világ másik régiói számára engedjük át. Az elkövetkező évek meghatározóak lesznek az európai így a magyar fotovillamos napenergia technológia ipar jövőbeli szerepét illetően. Az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform azzal a céllal alakult meg 2008 márciusában, hogy kutatás-fejlesztési stratégiai és megvalósíthatósági tanulmányt készítsen mikro- és nanoelektronika, valamint fotovillamos szakterületekre. A Platform a tevékenységét európai mintára, a megfelelő európai platformokhoz (European Nanoelectronics Initiative Advisory Council (ENIAC) és Photovoltaic Technology Platform (PV)) kapcsolódóan végzi. Az Uniós SRA megalkotásakor az volt a cél, hogy azt referenciaként használva a tagállamok a saját nemzeti környezetükre alkalmazva (nemzeti K+F prioritások, erősségek, az ipar jelenléte) a hazai/közösségi K+F forrásokat megfelelően allokálják Épp emiatt célszerűnek látszott a magyar tanulmány elkészítéséhez az ENIAC és a PV által kidolgozott több éves európai kutatás-fejlesztési stratégiát (SRA) alapul venni, azt a magyarországi viszonyokra átformálni. Az ajánlások megfogalmazásakor az elsődleges szempont az, hogy összességében az magyar napenergia technológia szektor hasznára váljon. Ebben a tanulmányban nem, vagy csak érintőlegesen esik szó olyan alapvető dolgokról amik ugyan a szektort meghatározzák, de nem technológiai jellegűek: a globális felmelegedés, az üvegházhatású gázok csökkentése, vagy az energiaválság. A fottovillamos K+F stratégia készítésekor néhány alapfeltételnek igyekeztünk eleget tenni, általános célként az alábbiakat fogalmaztuk meg: versenyképesség növelése a hatékonyság növelése a munkahelyek megtartása, számának növelése unikális fejlesztések, specializálódás, prioritások kiemelése A stratégiai terv elkészítéséhez hozzájárultak: Bársony István, Dücső Csaba, Iván Kristóf, Lábadi Zoltán, Mizsei János, Pálfy Miklós, Szörényi Tamás, Tallián Miklós,Timárné Horváth Veronika 3
2. Vezetői összefoglaló Globális felmelegedés, energiaválság, megújuló energiák, CO 2 kvóta. Naponta többször elhangzó kifejezések a médiában, így természetesnek vesszük, hogy ezekkel foglalkozni kell. Kevésbé nyilvánvaló azonban, hogy milyen konkrét megoldásokról lehet szó és a fejlesztés hogy segíti a hazai versenyképesség, munkahelyteremtés fokozását. A fotovillamos (photovoltaic PV) technológiáknak ma már széleskörű alkalmazásai ismertek. Ezek a felhasználási területek a későbbiekben, az új technológiai megoldásoknak, a növekvő hatásfoknak és/vagy a csökkenő költségeknek a hatására egyre bővülnek. Felmérések bizonyítják (Energiaklub, 2008), hogy a PV technológiák elterjedését leginkább gátló tényező mai napig a beruházás költsége és viszonylag hosszú megtérülése. Nem szabad figyelmen kívül hagyni azonban azt, hogy a megtermelt PV kapacitások időnkénti megduplázódása a múltban mindig ~22%- os árcsökkenéssel járt együtt. Az elmúlt évtizedek tendenciája alapján elmondható, hogy a PV rendszerek által termelt villamos energia ára 2015-ig az Európai Unió déli államaiban, 2020-ig pedig tőlük északabbra is versenyképes lesz a hagyományos fosszilis alapú (szén, földgáz, olaj) termelésre alapozott áram árával. A PV ipar szándéka, hogy napelemes rendszerekkel KWh-kénti előállítási költséget 2020-ra 10 eurocent alá szorítsa. 1. ábra Az installált PV kapacitások növekedése az EU27 tagállamaiban és világszerte (Forrás: Adel El Gammal, EU PV Platform, 4th General Assembly, Vienna) 4
Befektetési szempontból elmondható, hogy a fotovillamos rendszerek piaca a gazdasági válság ellenére is folyamatosan növekszik, az elmúlt öt évben átlagosan 39%-kal nőtt az installált PV kapacitás világszerte. Az EPIA (European Photovoltaic Industry Association) tanulmánya szerint az elmúlt 3 évben épült ki működő kapacitások közel 50%-a és ez a jövőben is közel exponenciálisan növekszik. Kedvező szabályozási környezetben 2009 végére 7GW, 2013-ra 22GW kapacitás létesülhet. 2020-ra a PV várhatóan az energiapiac 75%-val versenyképes lehet. A mai technológiákkal akár teljes energiaigény a 12%-ának a kielégítése is elérhető. Ez a keretszám azonban csak paradigmaváltással teljesülhet (változások az energiaellátó rendszerben szoros együttműködésben az energiaszektor többi tagjával, piaci és szabályozási szinten). A jelenlegi trendeket változatlanul hagyva csak 4%-os növekedés garantálható. Közismert, hogy világviszonylatban az Európai termelés jelenti a piac 81%-át, Európában a napelem cellák termelését tekintve piaci részesedésben Németország az első, Spanyolország a második és e két ország együttesen a piac több mint 86%-át birtokolja. Környezetünkben Csehország megháromszorozta gyártókapacitását 2008- ban. Tanulmányok arra mutatnak rá, hogy amennyiben a jelenlegi tendencia folytatódik 2030-ig (EPIA), főleg Kína belépésével Európa részesedése a globális PV piacból 20%- ra csökken annak ellenére, hogy még ez is termelési kapacitás növekedést jelent Európában. 2020-ra 1 milliárd embernek lehet részben vagy teljesen napenergia alapú áramot szolgáltatni és 2 millió embernek adhat új állást. A PV technológiák és alkalmazások promotálása, elterjesztése nem költség hanem befektetés, hosszútávon mindenképpen a környezet, az ipar és a társadalom számára is pozitív megtérüléssel jár. Tehát a fotovillamos technológia elterjesztése (fejlesztés, gyártás, értékesítés, oktatás) jelentős nemzetgazdasági haszonnal kecsegtet: munkahelyteremtő és jelentős állami bevételt generál. A magyarországi viszonyokról elmondható, hogy jellemzően kis kapacitású fotovillamos termelés és napelem cella összeszerelés zajlik az országban; ilyen tevékenységű a cégek a Sanyo, a Korax, Energosolar stb. vagy olyan cégek ahol a gyártósor üzembe helyezése folyamatban van: Genesis, Budasolar, utóbbi K+F tevékenységet is végez. A magyar kis- és középvállalkozói szféra, valamint a tudományos háttérintézmények egyaránt jelentős tapasztalattal rendelkeznek a napelem-ipari eljárások és berendezések fejlesztésében, ezek között is kiemelkedő helyet foglal el az alapanyag- és folyamatminősítésre szolgáló know-how, illetve az ennek felhasználásával fejlesztett méréstechnológia. A Központi Statisztikai Hivatal besorolásai szerinti cégek jellemzően kereskedelemmel foglalkoznak. A Hoppenstadt & Bonnier felmérése szerint szorosan a fotovillamos 5
rendszerek K+F tevékenységéhez ma mindösszesen 2.000 ember munkahelye köthető. A hazai fotovillamos értékesítést és ezáltal a kutatás-fejlesztést is jelentősen hátráltatja az európai szinttől lényegesen elmaradó állami támogatási rendszer. A hazai piacra vonatkozóan az alábbi SWOT elemzést készítettük Erősségek (S) Lehetőségek (O) - elfogadott a megújuló energiaforrások szélesebb körű használata - fotovillamos fejlesztési és méréstechnikai hagyományok - geológiai adottságok a napenergia jó hatásfokú hazai felhasználásához - nagy hozzáadott értékű hazai fejlesztések Gyengeségek (W) - európai szintű állami támogatási rendszer hiánya - alap, közép és felsőfokú oktatás hiányosságai - nincs nagy kapacitású hazai napelem gyártás Fenyegetések (T) - megfelelő szakember utánpótlás hiánya - nem tudunk megfelelni a szigorodó EU-s szabályozásoknak emiatt büntetések várhatók - szomszédos országok gyors piaci előnyt szereznek IMNTP 2020-as fotovillamos szektor vízió - összefoglalás A hosszútávú gazdasági és társadalmi érdekeket szem előtt tartva, valamint az energiapolitikai hatásokat is figyelembe véve ahhoz, hogy Magyarország fotovillamos területen 2020-ra versenyképes legyen, az alábbi prioritásokat jelöljük ki: Az oktatási és demonstrációs rendszerek színvonalának azonnali növelése, ideértve a műszaki és természettudományos képzést a megfelelő szintű munkaerő kibocsátásához, és a tájékoztatási projekteket (awareness) is. Nagy hozzáadott értékű fotovillamos K+F kiemelt támogatása; különös tekintettel a vékonyréteg napelemek fejlesztésére Erősíteni a műszeripari hagyományokra épülő, fotovillamos mérőműszer fejlesztést és gyártást, eljárások fejlesztését A hazai ártámogatási rendszerek (beruházási támogatás és visszavásárlási ár) európai szintre történő emelése, megfelelő törvényi és szabályozási rendszerek életbeléptetésével. Lehetőség szerint hazai nagykapacitású fotovillamos K+F hálózat és rá épülő hazai nagykapacitású termelés létrehozása 6
3. Összefoglaló a fotovillamos rendszerekről 3.1 A jelenlegi fotovillamos technológiák A környezetbarát, megújuló energiatermelés kézenfekvő módja a napsugárzás közvetlenül villamos energiává történő átalakítása, amelyet fotovillamos elemekkel, napelemekkel végezhetünk. A fotovillamosság tudománya (angolul photovoltaics, rövidítve PV) foglalkozik ezzel az energiaátalakítási móddal. A fotovillamos (PV) technológiát a moduláris felépítés, a mozgó alkatrész nélküli csendes, megbízható működés jellemzi. Alkalmazási lehetősége rendkívül széleskörű, és így nagymértékben hozzájárulhat jövőbeli energiaigényeink kielégítéséhez. A fotovillamos elemek, napelemek és modulok jelenlegi technológiáit a következők szerint csoportosíthatjuk: Szelet formájú kristályos szilícium rendszerek 2. ábra Si rendszerek Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek jellemzően közel fél évszázados technológiát képviselnek, viszonylag nagy teljesítményűek, a hatásfokuk moduláris rendszerben ma 12-20% közöttiek, a jövőben várhatóan 18-22% körül mozognak majd. Vékonyréteg szilícium technológiák Ezek jellemzően alacsony költségűek, több várhatóan új alkalmazási területtel. Új szilícium alapú anyagok felhasználásával készülnek. Hatásfokuk moduláris rendszerben most 6-9% közöttiek, a jövőben várhatóan 10-15% körül mozognak majd 7
Vékonyréteg Cadmium Telluride (CdTe) rendszerek 3. ábra CdTe rendszerek. Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek alacsony költségű rendszerek, az újrafelhasználásuk jobban megoldott mint a szilícium alapúaké. Hatásfokuk moduláris rendszerben most 9-11% közöttiek, a jövőben várhatóan 12-15% körül mozognak majd Copper-indium/gallium-selenide/sulphide (CIGSS) technológiák Nagy teljesítménypotenciállal rendelkeznek, az anyagukat tekintve flexibilisek. Hatásfokuk moduláris rendszerben most 11-13% közöttiek, a jövőben várhatóan 14-18% körül mozognak majd A feljövőben lévő és újdonságnak számító technológiák 4. ábra Novel technologies. Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek elsősorban a polimer alapú PV eszközök, a festék alapú vagy nyomtatott PV rendszerek. A jelenlegi technológiák újabb megoldásait pedig szerves alapanyagú napelemek, átmeneti sávú félvezetők, hő szállító eszközök, spektrum konverterek, stb. jelentik. A feljövőben levő technológiák jellemzői, hogy nagyon alacsony a költségük, új alkalmazási lehetőségeket jelentenek, és főleg kis hatásfokúak. Egyes területeken ezek a megoldások jelenthetik a piaci áttörést. Új technológiák esetén több irányban történnek fejlesztések, ezek a konverziós technológiák fejlődése, új eszköz koncepciók, a hatásfok növelés lehetőleg a teljes spektrum sugárzás felhasználásával. Koncentrátoros rendszerek Ezek a rendszerek m 2 -re vetítve nagy költségű, de nagy hatásfokú cellákat tartalmaz, jelenlegi legjobb kísérleti hatásfok az Európai Unióban 41%, ugyanakkor a rendszerbe állított eszközök között a hatásfok mindössze bizonyítottan 23%-os, de a 30%-nál nagyobb érték elérése lenne kívánatos. 8
BoS rendszerek Jelenleg a BoS rendszerekkel kapcsolatban a teljes rendszermutatók (teljesítmény, megbízhatóság, működőképesség/élettartam) együttes továbbfejlesztése az érdekes, továbbá az hogy az elemek multifunkcionálisak legyenek. A jövőben valószínűleg a nagynépsűrűségű területekre kell speciális technológiákat kidolgozni, olyan megoldásokat, mint az épületbe integrálható napelemes rendszerek (BIPV) Meg kell jegyezni, hogy a fotovillamos energia-átalakítók árán kívül az általuk termelt villamos energia értéke is fontos. Az utóbbi értékét lehet növelni, például tárolással a napelemes villamos energiatermelés és energia igény összehangolásával. 3.2 Az Európai PV stratégia Bár a piacon már jelenleg is elérhetők és széles körben alkalmazásra kerülnek a megbízható napelemes rendszerek, ahhoz, hogy meghatározó energiaforrássá válhassanak elengedhetetlen a technológia továbbfejlesztése. Csúcsidőben már jelenlegi árukon is versenyképesek ezek a rendszerek a hagyományos hálózati forrásokkal, vagy pl. a független dízel-generátorokkal, de még nem versenyképesek a fogyasztói vagy nagybani árampiaci árakkal. A végfelhasználói árak jelentős csökkentésére van szükség, és erre megvan a lehetőség is. Erre mutatott rá a Photovoltaic Technology Research Advisory Council (PV TRAC) 2005-ben kiadott A Vision for Photovoltaic Technology tanulmánya. További fejlesztések azért is szükségesek, hogy az európai fotovillamos ipar képes legyen megtartani és erősíteni globális piaci pozícióit, hiszen azt igen erős verseny és a gyors innováció jellemzi. A fejlődés szempontjából a kutatás-fejlesztés (K+F) döntő fontosságú. A megfelelően kiválasztott témákban végzett közös kutatások jelentős szerepet játszhatnak a szükséges kritikus tömeg és hatékonyság elérésében, amelyek a technológiai fejlődést és a versenyképességet segítik. Ez az elgondolás vezette az Európai PV Technológiai Platformot arra, hogy hosszútávra elkészítse a Stratégiai Kutatási Tervet (Strategic Research Agenda - SRA). Az SRA az EU FP7 program alapját képezheti, de használható a tagállamokban illetve tagállamok közötti kutatási programok koordinációjának elősegítésére is. 9
Ahhoz hogy ezek a célok elérhetővé váljanak az EU Stratégiai Kutatási Terve, SRA az alábbi területeken fogalmaz meg K+F célokat: A. Fotovillamos elemek, napelemek és modulok: anyagok átalakítási módszerek és eszközök gyártás és összeszerelés (beleértve a berendezéseket is) B. Kiegészítő rendszer elemek (Balance of System, BoS): rendszer elemek és telepítés anyagok beépítése C. Koncentrátoros rendszerek D. Környezetvédelmi minőség E. Alkalmazhatóság F. A fotovillamos rendszerek társadalmi-gazdasági összefüggései A fotovillamos technológiának széles spektruma megtalálható a gyártásban és labor körülmények között. Nem állítható hogy ezek közül a technológiai megoldások közül bármelyik vesztes vagy győztes lenne. Ezt mi sem bizonyítja jobban, mint hogy a beruházások és a termelés világszerte számos különböző technológiai megoldáson alapul, és a laboratóriumi fejlesztéseknek is jelentős kereskedelmi potenciálja van. Éppen ezért fontos hogy ne csak kiválasztott megoldás típusok további fejlesztését segítsük elő, hanem egy széles spektrumot. A fotovillamos fejlesztés során a különböző lehetőségeket meg kell vizsgálni és az alábbi kritériumok szerint kell választani közülük: a javasolt kutatás milyen mértékben járul hozzá a kitűzött végső teljes cél eléréséhez. a kutatási javaslat minősége és a kutatásba bevont konzorcium vagy kutatócsoportok erőssége Meg kell jegyezni, hogy az Európai Unió és hazánk is követi azt a finanszírozási struktúrát, ahol a kutatás jellegétől függően jelentős, az ipari partnerek részérő akár 55%-os hozzájárulásra is számít a K+F+I projektek kapcsán. Ezért hosszútávon csak olyan fejlesztési irányokat lehet közösségi forrásokból támogatni ahol jelentős az ipari érdekeltség, befolyás és piaci hajlandóság. 10
3.3 A versenyképesség elérése Az EU rövid távú, 2015-ig terjedő időszakra vonatkozó K+F célja a fotovillamos úton termelt villamos energia árának oly mértékű csökkentése, hogy elérje a kisfogyasztók fogyasztói villamos energia árát Dél-Európában. A 2015 utáni folyamatos árcsökkentés 2020-ra valószínűleg Európa legtöbb országában hasonló eredményre fog vezetni. Ezek az árviszonyok hálózati rendszerbe kapcsolt kisebb fotovillamos berendezésekre vonatkoznak. Nagyobb rendszerek, földre telepített naperőművek, - amelyek nem közvetlenül csatlakoznak a fogyasztókhoz - alacsonyabb áron kell, hogy termeljék a villamos energiát, hogy versenyképesek legyenek a rendszerhez csatlakozó hagyományos villamos energiatermeléssel. A PV-t népszerűsíteni szükséges, ismeretterjesztés nélkül az elterjedése korlátokba ütközik. Ennek a jövőre nézve fontos társadalmi hatásai vannak elég csak a globális klímaváltozásra az energia versenyképességre, a biztonságos energiaellátásra gondolni. Az alábbi táblázat a fotovillamos rendszerek költségeit jellemzik, az értékek csak iránymutatóak. A telepítés teljes költsége (2006. évi értéken, /Wp) Villamos energia előállítási Költsége (2006. évi értéken, /kwh) A kereskedelemben elérhető sík napelem modulok maximális hatásfoka (%) A kereskedelemben elérhető koncentrátoros modulok hatásfoka (%) A rendszer energia megtérülése Dél Európában (év) * versenyképes kiskereskedelmi ár ** versenyképes nagykereskedelmi ár 1980 Ma 2015 2030 Hosszútávon várható >30 5 2.5 1 0.5 >2 0.30 0.15 * 0.06 ** 0.03 Max 8% Max 15% Max 20% Max 25% Max 40% (~10%) Max 25% Max 30% Max 40% Max 60% >10 2 1 0.5 0.25 Jelenleg a közvetlenül villamos hálózatra dolgozó fotovillamos rendszerek árai 4-8 /Wp között mozognak a telepítés módjától függően (háztetőre illeszthető, épületbe integrált, földre telepített stb.). Az árak függenek természetesen a fotovillamos rendszer méretétől, a telepítés helyszínétől, földrajzi környezetétől és egyéb tényezőktől is. Nagy rendszerekre (100 kwp-nél nagyobb teljesítményű) az 5 /Wp ár jellemzőnek tekinthető. Ehhez hasonlóan 2015-ben az árak várhatóan ~2 és ~4 /Wp körül várhatóak. Minden árat a 2007-es árakhoz viszonyítva adtunk meg. Magyarországon napjainkig kb. 350 kwp fotovillamos, napelemes rendszert telepítettek jobbára legfeljebb néhányszor 10 kwp teljesítménnyel. Többségük azonban 10 kwp alatt van. A legnagyobb közvetlenül 11
villamos hálózatra dolgozó fotovillamos rendszer 50 kwp teljesítményű, így a berendezések ára is az említett tartomány felsőbb részére esik. A kulcsrakész rendszerek árából következő villamos energiaár az alábbi feltételezések figyelembevételével származtatható: A teljesítmény hatékonysági tényező 75%-os, vagyis egy vízszintes felületre beérkező 1000 kwh/m2/év sugárzási energiájú területre tervezett rendszer teljesítmény hatékonysága várhatóan 750 kwh/kwp/év. Dél-Európában ahol az éves napsugárzás tipikusan 1700 kwh/m2/év, ez a teljesítmény hatékonyság 1275 kwh/kwp/év. Magyarországon az átlagos 1250 kwh/m2/év éves napsugárzási energia 940 kwh/kwp/év teljesítmény hatékonyságot eredményez. Az országon belül az átlagtól való eltérés kb. +/- 8%. Az éves működtetési és karbantartási költség a rendszer árának 1%-a. A rendszert 25 év alatt írjuk le 0 értékre. Az árcsökkenési arány 4%-os. Az EPIA (European PhotoVoltaic Industry Association) tanulmánya szerint 2012-2015 körül várható hogy a PV modulok ára az 1$/Wp mértékre sűllyed. 5. ábra Fotovillamos scenariok 2030-ig (Forrás: EPIA) A legújabb tanulmányok szerint 2020-ra 3 lehetséges scenario lehetséges: Baseline scenario: a PV szektor mai növekedési ütemét tekintve minden beavatkozás nélkül az energiaigény 4%-át lehet megtermelni PV rendszerekkel. Accelerated growth szerint a PV elterjedését kell marketing és állami eszközökkel növelni, ekkor biztosítható az hogy a felhasznált energia 6%-a származik majd napenergiából 12
Paradigma shift: egyrészt a megnövekedett számú installált PV másrészt pedig egyfajta koncepcióváltás miatt az energiarendszerek korszerűsítésével és intelligens összekötésével - a felhasznált energia akár 12%-a származhat napenergiából Mindeközben a globális termelési kapacitás ugrásszerűen megnőhet, egyes becslések szerint (EPIA) 2030-ig a mai üzembe helyezett kapacitás 80-szorosával is számolhatunk világszerte és legalább 10-szeresével Európában. A jelenlegi fejlődési ütemet tekintve 2030-ra a világ népességének legalább 15%-át, optimista becslésekkel Európa lakosságának 50%-át fotovillamos energiával lehet ellátni. 6. ábra A 2030-ra várható globális PV kapacitás, Forrás: EPIA 13
4. A fotovillamos szektor magyarországi helyzete Néhány alapgondolatot szükségesnek tartunk rögzíteni a hazai fotovillamos fejlesztési stratégia megfogalmazása előtt, és pedig Magyarország fotovillamos fejlesztési elképzeléseinek, a hazai adottságokat és lehetőségeket figyelembe véve illeszkedni kell az EU Stratégiai Kutatási Tervéhez, az SRA-ban megfogalmazott célkitűzésekhez. A hazai fejlesztési elképzeléseket szolidabb mértékben 2013 ig, hosszútávon pedig az Uniós stratégiához illeszkedve 2020-ig látjuk reálisan megfogalmazhatóknak. 4.1 A magyarországi fejlesztések kezdetei A napelemek és napelemes berendezések fejlesztése, valamint az ehhez kapcsolódó alap- és alkalmazott kutatások kezdete Magyarországon több évtizedes múltra vezethető vissza. Az 1973-as olajválság hatására mint a világon mindenütt máshol - egy kutatási ágból fontos, kormányzatok által (többé, vagy mint Magyarországon inkább kevéssé) támogatott iparággá nőtte ki magát. A napelem technológiák és berendezések fejlesztése az 1970-es évek közepén indult a Villamosipari Kutató Intézetben. Az első hazai napelemes berendezés 1975-ben készült. A fejlesztés és kísérleti gyártás annak bezárásáig a Pannonglas Solarlab-ban folytatódott 1992-ig. 15% hatásfokú kristályos szilícium napelemeket fejlesztettek ki és saját szabadalmaik alapján gyártottak. Az itt gyűjtött fejlesztési és gyártási tapasztalatok jelenleg az 1990-ben alapított Solart- System-ben hasznosulnak, ahol elsősorban napelemes berendezések és érzékelők ezen belül pl. napenergiás oktatási és demonstrációs eszközök - fejlesztésével és gyártásával foglalkoznak. Az EU PV Platform munkájában évek óta aktívan részt vesznek és több hazai és EU konzorciumi pályázatot nyertek el. (www.solart-system.hu) Az 1980-as években a Központi Fizikai Kutató Intézetben a fotovillamos energiaátalakítás területén megkezdett kutatások a foto-elektrokémiai energiaátalakítókra irányult. Jelenleg az egyik jogutódjában a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézetben folynak a vékonyréteg napelemek fejlesztési munkái és az ehhez kapcsolódó anyagtudományi alapkutatások (www.mfa.kfki.hu) Szintén az 1980-as években a Budapesti Műszaki Egyetemen oktatási és fejlesztési tevékenység indult a fotovillamos energiaátalakítás területén. Hálózati energia-átalakítók fejlesztésén kívül számos napelemes bemutató egység, egyedi kristályos szilícium napelemek készültek. Jelenleg is részt vesznek a vékonyréteg napelem technológiák fejlesztési konzorciumában (www.eet.bme.hu) 14
Viszonylag korán, 1982-ben a Magyar Elektrotechnikai Egyesületben megalakult a Fotovillamos energia-átalakítók, napelemek munkabizottság és 1983-ban pedig a Magyar Napenergia Társaság, amelynek keretében a Fotovillamos energia-átalakítók szakosztály aktív tevékenységet folytat. (http://fft.gau.hu/mnt) A MNT és a magyarországi fejlesztések elismeréseként a Nemzetközi Napenergia Társaság (ISES) 1993-ban Budapesten rendezett nagysikerű világkonferenciát és világkiállítást. 1989-ben az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézetének munkatársai (ekkor még MFKI- volt) a félvezető technológiák és mérési rendszerek fejlesztésére és gyártására spin-off céget hoztak létre, megalapították a Semilab-ot (kezdetben ők sem a PV ipar számára dolgoztak ezzel később bővült a tevékenységi körük), ezzel bekapcsolódtak a fotovillamos technológiák gyártásközi méréstechnikai berendezéseinek fejlesztésébe (www.semilab.hu) Az 1990-ben alakult Accusealed Kft. a fotovillamos technológiákon belül első sorban akkumulátorok fejlesztésével, gyártásával valamint napelemek forgalmazásával foglakozik (www.accusealed.hu) Az 1991-ben alakult Villamos Hajtások és Járműelektronika Kft. a Budapesti Műszaki Egyetemmel közösen napelemes hálózati inverter családot fejlesztett ki és gyárt a mai napig (www.vhj.hu) Az 1990-es évek közepén a Gödöllői Agrártudományi Egyetem (ma Szent István Egyetem) fotovillamos oktatási berendezéseket állított az oktatás szolgálatába. EU kutatási együttműködés keretében ezeket a berendezéseket bővítette és jelenleg az országban a legnagyobb oktatási célokat is szolgáló hálózatra tápláló napelemes berendezéssel (10 kwp) rendelkeznek. (www.szie.hu) 4.2 A fellendülés időszaka Az 1990-es évek végétől a kísérleti rendszerek készítése helyett a tevékenység elsősorban az új költséghatékony napelem technológiák (új anyagok, konverterek) kutatására, valamint a gyártástechnológia és gyártási kapacitás fejlesztésére irányult. Az 1990-es évek második felétől a Kandó Kálmán Műszaki Főiskolán megkezdődött a fotovillamos energiaátalakítás technológiájának oktatásán kívül kísérleti munka folyik épületek különböző felületeire szerelhető vékonyréteg szilícium napelemek energiahozamának monitorálására. (http://kvk.bmf.hu/) 1997-ben amorf szilícium alapú napelemek - elsősorban külföldi piacra történő - gyártására megalakult a Dunasolar Rt. 2002-re évi 3 MWp gyártási kapacitásra felfejlesztették a Dunasolar Rt.-ot és Európa legnagyobb amorf szilícium napelem gyártója lett. 2003-ban a gyártósorokat leszerelték, és Thaiföldre szállították. Megalakult a Kraft Electronic Kft., mely vékonyréteg napelemek gyártóberendezéseinek fejlesztésével és gyártásával foglalkozik (www.kraft.hu) 15
A Genfben bejegyzett Energosolar magyarországi működési keretein belül amorf szilícium vékonyréteg napelemek gyártóberendezéseinek fejlesztésével és értékesítésével foglalkozik (www.energosolar.com) 2004-ben a SANYO Dorogon nagyhatásfokú (19-20%) kombinált kristályos és amorf szilícium napelem (HIT) modulok gyártását kezdte meg és napjainkban évi 100 MWp kapacitással gyárt és a gyártás kibővítését tervezik. A napelem modulok első sorban nyugat-európai piacokra kerülnek. www.sanyo.hu Ugyancsak 2004-ben megtörtént a Sol@Mio napelemgyár megalapításának kormányzati bejelentése, ami azonban a mai nem valósult meg 2006-ban a Korax napelem modul gyár Ráckevén kristályos szilícium napelem modulok gyártását kezdte meg. Napjainkban évi 10 MWp kapacitású gyártással rendelkezik. A napelem modulok többsége külföldön kerül értékesítésre. (www.korax.hu) 2007-ben megalakult a Heliogrid vékonyréteg szilícium napelem gyár Rétságon. Jelenleg egy évi 6 MWp kapacitású gyártósor üzemel. További két gyártósor beállítását tervezik. (www.heliogrid.hu). 2009-ben a cég csődbe ment. Ugyancsak 2007-ben a Genesis Energy Investment bejelentette, hogy Környén nagyfelületű vékonyréteg szilícium alapú napelem modulokat fog gyártani. Az előkészületi munkák folyamatban vannak. (www.genesisenergy.eu) A közelmúltban alakult Budasolar vékonyréteg napelem technológiák és gyártóberendezéseinek fejlesztésével valamint gyártásával foglalkozik (www.budasolar.hu) Magyar találmányra és szabadalomra épülve előkészületben van egy PVtetőcserepeket gyártó cég beindítása, évi 1 millió darabbal, az ötlet és gyártás hazai de minden alkatrészt importálnak az összeszereléshez (www.ideassolar.hu) 4.3 A fontosabb hazai nem ipari szereplők A Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium A KVM nem kommunikál a napenergiáról, megújuló energiák esetén a hőszivattyús rendszerekről készített elérhető lakossági tájékoztató anyagot A legújabb brüsszeli irányelvek a honlapjukon nem jelennek meg, még a 2004/280/EC határozat alapján terveznek. A korábbi dokumentumokban meghatározott - a megújuló energia források megnövelt használatára - a hatékony energiagazdálkodásra - a fenntartható termelésre és fogyasztásra vonatkozó tájékoztatásra vonatkozó cselekvési terv illetve maga a cselekvés hiányzik. Az Új Magyarország programon belül elsősorban a KEOP-ra támaszkodva próbálják meg ezeket megoldani. 16
Az általuk kiadott Nemzeti éghajlat-változási stratégia (magyar) megfogalmazza, hogy 2012-ig megvalósítható hogy passzív és aktív napenergia-tervezés legyen hűtésre és fűtésre, 2025-ig pedig a középületek energiafelhasználását ellenőrizni és építési engedélyt csak 0 CO 2 kibocsátású köz és lakóépületekre kellene adni Ezzel szemben a jelenlegi érvényes EU-s határozat: DIRECTIVE 2009/28/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Ez Kimondja, hogy 2020-ra az EU tagországaiban 20% kell megújuló energiából származzon, melynek 10%-a a közlekedésben kell megjelenjen. Az Európai Bizottság az országoktól 2010. június 30-ig várja a megújuló energiaforrásokra vonatkozó akcióterv kidolgozását (nem tudni ki dolgozik rajta..) A direktívában megfogalmazták, hogy a nepelemek installálását szakirányú végzettséghez kötik majd az Unióban! A Nemzetközi Fotovillamos Szövetség ennél erősebb kritériumokat állított fel: EPIA: set2020: Az EPIA a 20/20/20-as irányelvet tűzte ki célul, azaz az akkor felhasználandó energia 20%-a megújuló energiaforrásból kell származzon, csökkenteni kell a megújuló energiaköltségeit 20%- kal és 20%-kal kell csökkenteni az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását is. Ebből 4-12% lehet reálisan fotovillamos forrásból! www.setfor2020.eu, www.eupvplatform.org Magyar Energia Hivatal A hivatal törvény által szabályozott hatásköre miatt ide tartozik a villamos energia-ár szabályozás is, a megújuló energiákra vonatkozóan is. Magyarországon a visszatáplálási átvételi ár államilag fixált (vagyis rögzített hogy a termelt feleslegeget a helyi áramszolgáltató milyen áron köteles megvenni) jelenleg 28Ft/kWh (~0.1 /kwh), mikor a lakossági áram ára 44Ft/kWh. Azokban az országokban, ahol a megújuló energiákból (így a napenergiából) származó visszatáplálási ár magas (~0.4 ) ugrásszerűen megnövekedett a napelemek lakossági alkalmazása is. (ld. cseh példa) A Magyar Napenergia Társaság A MNT fő célkitűzése a megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos technológiák kidolgozásának és alkalmazásának elősegítése. Az MNT a Nemzetközi Napenergia Társaság (International Solar Energy Society) magyar tagozataként (ISES-Hungary) működik. AZ MNT az IMNTP támogatója és szakmai partnere. Az Energiaklub Az Energia Klub egy környezetvédelmi egyesület. A non-profit zöld szervezet az energiatermelés, -szállítás-, és felhasználás problémájával így a napenergia alkalmazásokkal is foglalkozik. 2008-ban felmérést készített és adott ki Elemzés a magyarországi napenergia-piacról címmel, mely elsősorban a kereskedelmi lehetőségeket taglalta. Az Energiaklub által támogatott elképzelések (csak a fotovillamos vonatkozásúak) 17
A zöld áramra vonatkozó átvételi ár legyen technológiánként differenciált, és kiemelt Támogatások odaítélése történjen valamilyen rendezőelv alapján, pl. CO 2 - megtakarítás, település légszennyezettsége, Decentralizált megújuló alapú erőművek kiemelt támogatása Hazai gép- és alkatrészgyártás támogatása (Nem csak a gyártás támogatása a fontos, hanem a szakemberképzés, infrastruktúra-fejlesztés támogatása is) Kutatás-fejlesztés hatékonyabb támogatása (Az állami támogatás mellett a magánszféra szerepét kellene erősíteni) Felfutó új technológiák alkalmazásának támogatása (Pl. LED közvilágítás) Beruházási és termelési támogatások párhuzamos alkalmazása Szükség van referencia projektekre, benchmarkra, konkrét adatokra A Közép Dunántúli Regionális Napenergia Klaszter A Klaszter elsősorban napenergia hasznosítási ipari partnereket fogad be, a Platformmal történő kapcsolatfelvételkor elfogadhatónak és a napenergia hasznosítás jövőjét tekintve előremutatóak ítélték meg a stratégiát. További célzott egyeztetések szükségesek 4.4 A jelenlegi piaci potenciál A világban megnyilvánuló energiaéhség, -kiszolgáltatottság és időszakos energiaszállítási problémák miatt a figyelem egyre inkább a megújuló energiaforrások felé fordul. A technológia fejlődésével és a gyártási kapacitások növekedésével a PV eszközökkel termelt energia ára várhatóan csökkenni fog, egyre inkább megfizethetővé válik ez újabb keresletet fog támasztani - vagyis a PV termékek jól eladható termékek már ma is, és várhatóan azok lesznek a közeljövőben is. A napelem technológia alkalmazása tehát nemcsak az energiagazdálkodás szempontjából fontos kérdés, hanem a kutatás-fejlesztési és gyártási területen Magyarország számára egy kitörési lehetőség. Szakmai becslések szerint a szolgáltatások által képviselt növekedési potenciált figyelmen kívül hagyva a világ energiafelhasználásának növekedésével párhuzamosan a napenergia- termelő berendezések piaca a 2006-os évre várt egymilliárd dollárról 2010-ra több mint hárommilliárd dollárra bővül. (www.businesswire.com). A szektor fejlődési üteme meghaladja az IT szektorét. 18
Számos érdeklődés van újabb napelem gyárak hazai beruházására is, ami várhatóan a közeljövőben újabb gyártási kapacitásbővülést tesz lehetővé. Az esetek többségében a kedvezőtlen gazdasági körülmények, valamint a hazai támogatási rendszer szinte majdnem teljes hiánya következtében alacsony szinten mozgó hazai piac miatt az újabb beruházások késlekednek. Ettől függetlenül és ennek ellenére jelenleg több napelem forgalmazó tevékenykedik Magyarországon, A kutatás-fejlesztési kapacitás jelentős része még mindig az előző fejezetben ismertetett cégeknél található. A kutatás-fejlesztési piaci potenciál vizsgálatakor két dolgot kell elkülöníteni. Az egyik szegmens a végfelhasználók számára készítendő, telepíthető napenergia modulokat jelenti, a másik pedig az ezeket a modulokat gyártó cégek kiszolgálását, beleértve az anyagtudományi alapkutatást, a gyártástechnológia fejlesztését és a termékek minősítő rendszerének fejlesztését is. A végfelhasználás lehetőségeit több tényező befolyásolja, de legfontosabbak a A rendelkezésre álló hasznosítható napenergia potenciál A napenergia rendszer telepítési és üzemben tartási költségei Jogszabályi környezet A Magyar Tudományos Akadémia Energetikai Bizottságán belül a Megújuló Energia Albizottság 2006-ben részletes felmérést készített többek között a hazai fotovillamos potenciálról. (http://www.solart-system.hu/pvpotencialmo0604.pdf) Hasonló jellegű tanulmány készült egy GVOP projekt keretében a szél és napenergia hasznosításának területi adottságiról. (http://www.met.hu/pages/palyazatok/winsolen/bella_napenergia_ea.pdf) Ezekből a tanulmányokból kiderül, hogy Magyarország kiváló adottságokkal rendelkezik, energiaszükségletének többszörösét lehetne napenergia technológia segítségével előállítani, ám ennek gazdasági, társadalmi és jogi korlátai vannak. Bár a hazai természeti adottságok rendkívül kedvezőek, a napenergia-hasznosítás még mindig nem éri el a megújuló alapú energiafelhasználás 0,01 (egyes tanulmányok szerint 0,03) százalékát sem Európában, számos országban az energetikai program részét képezik a fotovillamos fejlesztések, és törvény szabályozza az energetikai alkalmazást. Magyarországon csupán néhány éve kötelező egyáltalán a napenergiával termelt villamos energia átvétele, de hosszú távú garancia az átvételre és az átvételi árra nincsen. Az átvételi ár pedig rendkívül alacsony, így hiányzik a hajtóerő a fotovillamos berendezések telepítésére. Továbbá az EU régi tagállamaiban a köztudat formálására az 1990-es években befejeződött a hazánkban szinte teljesen hiányzó demonstrációs rendszerek telepítése. Ezek a hazai eladások alacsony számához vezetnek. 19
2004-es kimutatások szerint a hazai megújuló (zöld) áram termelése 873,6 GWh volt, ami a termelés 2,64 százaléka, a fogyasztás arányában pedig 2,12 százalékot tett ki a megújuló villamos energia felhasználás. Ennek a zöld áramnak csak egy nagyon kicsi része került a napenergia technológia felhasználásával előállításra. Az Európai Unió 2008-ban készült irányelvének elfogadott verziója szerint 2020-ra az Unió tagállamainak együttesen a végső energiafelhasználásuk 22,1 százalékát megújuló energiaforrásokból kell fedezniük. Ehhez a közös célhoz minden tagország a külön megállapított nemzeti célszámának megfelelően járul hozzá. Magyarország esetében ez a cél 13 százalék. Egyes országokban és a globális felmelegedés miatt várhatóan hazánkban is ez lesz a tendencia a nyári energiafogyasztás a klímatizálás miatt magasabb, mint télen. Pont akkor amikor a fotovillamos termelés a maximumát éri el így ezeket a költségeket csökkenteni lehetne. 20
5. Stratégiai kutatási irányok A hazai helyzetképből érzékelhető, hogy jelentős hazai kutató, fejlesztő, gyártó és intézményi háttere van a fotovillamos energiatermelésnek. Valamennyi kutató, fejlesztő és gyártó széleskörű nemzetközi kapcsolatokkal rendelkezik, közös kutatásokban, fejlesztésekben vesz részt és szervesen integrálódik az EU fotovillamos tevékenységéhez. Az is nyilvánvaló, hogy valamennyi kutatási fejlesztési területen nem tudunk hatékonyan eredményt elérni és így a hazai adottságok figyelembevételével kell meghatároznunk az előttünk álló feladatokat. Jelentős kutatási fejlesztési tapasztalatunk, potenciálunk és nemzetközi súlyunk, kapcsolatrendszerünk van a vékonyréteg napelemek technológiája, gyártástechnológiai berendezései, a gyártásközi minősítés, a kiegészítő rendszerelemek, az oktatás, az oktatási és demonstrációs berendezések területén, így ezekre a területekre látjuk célszerűnek koncentrálni a 2013-ig terjedő fejlesztési célkitűzések megfogalmazásakor Figyelembe véve a magyarországi sajátosságokat és az Európai Unió közös célkitűzéseit elfogadva a hazai K+F feladatokat az alábbi területeken javasoljuk kijelölni: 1. Fotovillamos elemek, napelemek és modulok: 1.1. vékonyréteg technológiák 1.2. vékonyréteg technológiai berendezések 1.3. gyártásközi mérő és vizsgáló berendezések 1.4. fejlődő és újszerű technológiák 1.5. nano- és polimer technológiák 1.6. Koncentrátoros rendszerek 1.7. Thermopile technologiák, berendezések (kidolgozni, ha kell) 2. Kiegészítő rendszer elemek (Balance of System, BoS): 2.1. Intelligens áramátalakítók és szabályozók 2.2. Épületintegrálási rendszerek 2.3. Távmonitorozó rendszerek 2.4. Minősítő berendezések 3. Alkalmazhatóság 3.1. újabb alkalmazások 3.2. szabványosítás 3.3. szórt sugárzás térkép 4. Társadalmi hatás 4.1. energiatudatosság, kommunikáció 4.2. oktatási és demonstrációs rendszerek A következőkben összefoglaljuk, melyek azok a legfőbb irányelvek, kérdések melyekre az elkövetkező néhány év kutatás-fejlesztési kapacitását ki kellene hangsúlyozni. 21
5.1 Fotovillamos elemek, napelemek és modulok Az összes technológiát érintő kérdések Hatásfok, stabilitás és élettartam, élettartam alatt nyerhető energia: Mivel a kutatásokat elsősorban arra fókuszálják, hogy a fotovillamos úton termelt villamos energia árát csökkenteni lehessen fontos hogy ne elsősorban a beruházási költség ( /Wp) hanem inkább a gazdasági vagy technikai élettartam alatt kinyerhető energiára (kwh/wp) összpontosítsanak. Magas termelékenységű gyártás, beleértve a folyamatmonitorozást és ellenőrzést. A teljesítmény és a hozam fontos paraméterek a költséghatékony (olcsó) termelésben és fontos ahhoz, hogy a költségcélokat elérjék Környezeti fenntarthatóság A gyártás energia és anyag igénye éppen úgy mint az újrafelhasználhatóság fontos paramétere a termék összességében vett környezetbarát minőségének. Alkalmazhatóság A PV modulok fizikai valamint elektronikai jellemzőinek bizonyos fokú szabványosítása és harmonizációja fontos ahhoz, hogy a PV üzembe állításának a költségeit le lehessen szorítani. Az egyszerű üzembeállítás és a rendszerek/modulok esztétikai megjelenése is fontos, ha az ember alkotta környezetben nagy mennyiségben akarjuk a PV modulokat felhasználni Vékonyréteg technológiák Általános kérdések Megbízható költséghatékony gyártó-berendezések minden technológiához Olcsó csomagolási megoldások mind a merev mind a flexibilis modulok esetében Olcsó vezető oxidok (transparent conductive conductor - TCC) előállítása A termékek megbizgatósága: továbbfejlesztett és javított modultesztelés és teljesítmény bevizsgálás Hulladék-kezelés, beleértve az anyagok újrafelhasználását Olyan ritka anyagok esetében, mint pl. az indium helyettesítő anyagot találni Vékonyréteg szilícium (TFSi) napelem A mikro/nanokristályos szilícium cellák olcsó, nagyméretű, vákuumos előállítási módszereinek és gyártási eszközeinek kifejlesztése. A plazma és az eszközök valamint a felvitt réteg közötti kölcsönhatást is teljesen ki kell küszöbölni. Specifikus, magas minőségű, olcsó áttetsző vezető oxidok szükségesek, mely modulok ezáltal is nagy teljesítmény-leadásra alkalmasak (12%-nál nagyobb hatásfokúak) 22
Nagy hatásfokú TFSi eszközök fejlesztése (olyanokat értünk ez alatt, melyeknek a laboratóriumi körülmények között nagyobb a hatásfoka, mint 15%), az anyagok tulajdonságainak és az interfészeknek a jobb megértése szükséges, elsősorban a fényelnyelés és a vékonyréteg szilícium elméleti teljesítmény korlátainak feltérképezése révén. Réz-indium/gallium-diszelenid/diszulfid (CIGSS)vékonyréteg napelem A teljes gyártási folyamat során az elérhető teljesítmény hatékonyságának növelése, az eszközök szabványosítása. 15%-nál nagyobb hatásfokú modulok fejlesztése az eszköz fizikájának mélyebb megértésével, valamint laboratóriumi körülmények között 20%-os hatásfok elérése, demonstrációja Alternatív vagy módosított anyagösszetétel illetve olyan gyártási alternatívák, mint a tekercsre nyomtatható (roll-to-roll) és kombinált, nem vákuumos bevonat képzési módszerek alkalmazása Nagy megbízhatóságú és alacsony költségű csomagolás az anyagköltség csökkentésére Cadmium telluride (CdTe) Alternatív aktivációs/hőkezelési és hátoldali csatlakozási módszerek alkalmazása egyszerűbb, gyorsabb eszközök és jobb teljesítmény érdekében Új eljárások vékonyabb CdTe rétegek előállítására Az anyagok és interfészek jobb (alapkutatási) megismerése és ennek segítségével nagy hatásfok elérése (laboratóriumban 20% feletti) Vékonyréteg technológiai berendezések többcélú hordozható napelemes áramforrás, kvázi-autonóm napelemes áramforrás fejlesztése (alkalmazási lehetőségként) Nagy felületű vékonyréteg modulok előállítását lehetővé tevő ipari berendezések konstrukciója és gyártása napelemgyárak számára modularitást elősegítő technológiai újítások a berendezések árának csökkentése érdekében Gyártásközi mérő és vizsgáló berendezések Gyártásközi minősítéseket lehetővé tévő érintésmentes mérések és hozzájuk tartozó berendezések kifejlesztése, előállítása, pl.: Örvényáramú ellenállásmérés Junction Photo Voltage hőkezelt ion implant minősítés Fotomodulált reflexiómérés hőkezeletlen ion implantokon A felhasznált anyagok minősítésére szolgáló mérési módszerek gyártásba integrálása, pl: töltéshordozó élettartammérés Epi réteg vastagság és ellenállásprofil mérése (Epimet) Ellipszometria DLTS mélynívó spektroszkópia) 23
A kapott termékek érintésmentes vizsgálatát lehetővé tevő mérési eljárások gyártásba vitele, pl.: felületi fotofeszültség mérése Ligh Beam Induced Current mérés (napelemeken), Infravörös szóráskép vizsgálata Ezek a fejlesztések elég széles spektrumonfolyhatnak, ide tartozik a töltéshordozó élettartammérés, felületi fotofeszültség mérése, Örvényáramú ellenállásmérés, Ligh Beam Induced Current mérés (napelemeken), Epi réteg vastagság és ellenállásprofil mérése (Epimet), Junction Photo Voltage hőkezelt ion implant minősítés, Carrier Illumination Fotomodulált reflexiómérés hőkezeletlen ion implantokon, Ellipszometria, Infravörös szóráskép vizsgálata Szilíciumban DLTS mélynívó spektroszkópia Stratégiai célként lehet kitűzni a gyártásközi metrológiában világszinten is jelentős piaci szereplőnek számító hazai szereplők kutatás-fejlesztési igényeinek megfelelő témák, projektek felkarolását, a már meglévő szaktudás bővítését, hogy a jövőben várhatóan jelentős piaci szerephez jutó napelem-technológiák (kristályos Si, vékonyréteg Si, nem Si-alapú vékonyréteg) gyártási folyamatainak teljes ellenőrzése megvalósítható legyen hazai fejlesztésű mérőberendezés-sorokon. A napelem-iparban megjelenő komplikált vékonyréteg-technológiák elkerülhetetlenné teszik a szofisztikált méréstechnikai eljárások fejlesztését, ezek közül is kiemelkedik a spektroszkópiai ellipszometria, amely hazánkban akadémiai és egyetemi kutatóbázissal és műszergyártó bázissal is rendelkezik. A gyártás minden jelentős lépésében azt kontrolláló méréstechnika-portfólióra van szükség. Ezek egy részét tovább kell fejleszteni,meglévő hazai bázisra alapozva, más részét pedig a beszerezhető napelem-mérő technológiák továbbfejlesztésével kell megoldani. Ezen technológiák elméleti és kísérleti továbbfejlesztése is fontos szereppel bírhat. Fejlődő és újszerű technológiák Fejlődő technológiák A cellák és modulok hatékonyságának és stabilitásának növelése az első kereskedelmi célú alkalmazásokhoz szükséges szint eléréséhez Tokozási (Encapsulation) anyagok és eljárások fejlesztése, melyek speciálisan a cellák technológiájának ezen családjához kapcsolódnak Termelési koncepciók és első generációs gyártástechnológia kidolgozása Újszerű technológiák Új konverziós alapelvek és új eszközök működésének/működtetésének alapelvei Gyártási, karakterizációs és modellezési kérdések elsősorban a nanostruktúrák (anyagok és eszközök) tekintetében: a morfológiai és opto-elektronikai tulajdonságok mélyebb megértésével (elméleti és gyakorlati eszközök fejlesztését is beleértve) A hozzáadott hatásfok növelők (spektrum konverterek) lehetséges hatásának gyakorlati demonstrációja 24
Nano- és polimer technológiák Határfelületek és anyagok kutatása: Fém, oxid, polimer tartalmú nanokompozitok kialakítása és határfelületeik funkcionalizálása Polimer kompozitok: mind a hőre lágyuló, mind a hőre keményedő polimerek feldolgozás technológiájánál a reológiai jellemzők meghatározásában, a feldolgozási paraméterek optimalizálásában, a technológiai folyamatok szimulálásában és modellezésében, új anyagok kifejlesztésében és új polimer termékek tervezésébe, eljárások ezen felületek funkcionalizálásához (átírni) Nanokompozitok és nanostruktúrák: anyag és struktúra módosítások a fénykicsatolás javítására, elektron emisszió javítása nano-szerkezetű emissziós anyagokkal Koncentrátor technológiák Bár magyarországi viszonyok mellett a koncentrátoros technológiák alkalmazása valószínűleg nem előnyös, mert a magas diffúziós sugárzási hányadot nem tudja hasznosítani, a fejlesztési tapasztalatok, azonban várhatóan külföldi alkalmazásoknál hasznosíthatók. Anyagok és alkotóegységek Optikai rendszerek megbízható, hosszútávon használható, stabil és alacsony költségű megoldásokat találni sík és konkáv tükrökre, valamint Fresnel lencsékre és ezek kombinációira másodlagos koncentrátorokkal Modul összeszerelés a koncentrátor cellák és optikai elemek nagy precizitású összeszereléséhez szükséges anyagok és szerelési technológiák, melyek hosszútávon is stabilan, alacsony költségen és teljesen automatizáltan képesek működni Követés- Olyan megoldásokat, szerkezeteket előállítani, melyek mind méretét tekintve, teljesítmény-felvételét, stabilitását, merevségét és anyagfelhasználását tekintve optimalizáltak. Eszközök és hatásfok A koncentrátor napcellák esetében olyan anyagokat és gyártási technológiákat kifejleszteni, amelyeknek igen magas hatásfoka van pl. Si cellák esetében 26% feletti, többkomponensű (multi-junction III-V-compound cells) cellák esetén 35% feletti gyártási és 45% feletti laboratóriumi hatásfokkal rendelkeznek. Megtalálni az optimális koncentrátor faktort minden egyes technológiára. Gyártás és üzembe helyezés Optimalizált formát, gyártási és tesztelési eljárásokat találni az rendszer komponensek integrálására, új módszereket az integrálásra, kültéri (terepi) tesztelésre és a koncentrátor PV rendszerek költségbecslésre. 25
5.2 Kiegészítő rendszer elemek Balance-of-System ( BoS ) Fontos hogy jobban megértsük a BoS komponensek hatását a rendszerek bekerülési költségére és árára. A BoS rendszerek ára változó, egyrészt a rendszer típusától függ és legalábbis jelenleg- függ attól is, hogy melyik országban állítják üzembe, hiszen ez hatással van arra hogy a BoS ára eléri-e célértéket vagy nem. A kiegészítő rendszer elemek kutatás-fejlesztési tevékenységénél általánosan irányadóak az alább elképzelések: Az inverterek élettartamának és megbízhatóságának növelése A komponensek méretének és élettartamának harmonizálása A modularitás növelése annak érdekében, hogy csökkentsék az üzembe helyezés helyéhez kapcsolódó költségeket és a rendszer élettartama alatt a cseréket A különböző rendszer-konfigurációjú PV rendszerek hozzáadott értékének megállapítása és optimalizálása Az elektromos rendszerek stabilitásának fenntartásához működő koncepciók kidolgozása magas PV penetráció esetén Olyan rendszer komponensek kidolgozása, melyek növelik a multi funkcionalitást és/vagy minimalizálják a veszteséget Elszigetelt és hibrid PV rendszerek komponenseinek és rendszerkoncepciójának fejlesztése A BoS kutatások magukban kellene, hogy foglalják a kis és nagyméretű alkalmazásokhoz tartozó energiatárolási technológiákat és a hatásos és megbízható rendszer management és szabályozási technológiákat is Intelligens áramátalakítók és szabályozók félvezető alapú fényhasznosítási módszerek szilárdtest megvilágítás (tervezése/modellezése/szimulációja ill. minősítése) fotovillamos energia átalakítók (gyártása, kutatása, minősítése) Decentralizált napenergiás áramelosztó rendszerek autonóm szabályozásának fejlesztése Épületintegrálási rendszerek A napelemes technológiák széleskörűbb elterjesztésének kulcskérdése az épületelemek történő integrálás. Olyan rendszerek fejlesztése szükséges, amelyeket az építész tervezők szívesen alkalmaznak és beleillik tervezési struktúrájukba. Ebbe a körbe tartoznak a többcélú napelemes homlokzati és 26