Magyar fotovillamos (napenergia technológiai) kutatás-fejlesztési stratégiai terv (2009-2020) Ajánlás Készítette a Nemzeti Kutatási és Fejlesztési Hivatal megbízásából az Integrált Mikro/Nanorendszerek Nemzeti Technológiai Platform 2009. október (felülvizsgálva 2010. március)
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... 12 4. A fotovillamos szektor magyarországi helyzete... 16 4.1 A magyarországi fejlesztések kezdetei... 16 4.2 A fellendülés időszaka... 17 4.3 A fontosabb hazai nem ipari szereplők... 18 4.4 A jelenlegi piaci potenciál... 20 5. Stratégiai kutatási prioritások... 22 5.1 Fotovillamos technológiai (process) kutatás-fejlesztés... 23 5.1.1 Fotovillamos eszközök, napelemek és modulok... 23 5.1.2 Kiegészítő rendszer elemek (Balance-of-System, BoS)... 27 5.2 A fotovillamos rendszerek elterjesztésének eszközrendszere... 30 5.2.1 Alkalmazhatóság... 30 5.2.2 Társadalmi hatások kutatása... 31 2
1. Előszó A napenergia valósidejű hasznosítása a globális energiatermelésben napjainkra kulcskérdéssé vált. A fotovillamosság a napsugárzást közvetlenül alakítja át elektromos energiává. Mivel alkalmazása során semmilyen káros anyag kibocsátásra, vagy az energiaegyensúlyt veszélyeztető konzerv-energia pótlólagos felszabadítására nem kerül sor, ez a leginkább zöld energiának tekinthető energiaforrás. A fotovillamos piac látványos bővülése komoly technológiai és gazdasági lehetőségeket biztosít Európa számára, de a Távol-keleti országokban és legújabban az USA-ban is komoly léptékű fejlesztéseket végeztek a területen. Kijelenthetjük, hogy a következő néhány év sorsdöntő lesz az európai és még inkább a magyar fotovillamos technológia ipar esélyeit és jövőjét 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 a tagállamok referenciaként használják azt nemzeti sajátosságaikat (K+F prioritások, erősségek, ipari háttér) figyelembe véve a hazai/közösségi K+F források megfelelő allokálásához. Épp emiatt célszerűnek látszott a magyar tanulmány elkészítéséhez az ENIAC és a PV által több éves munkával kidolgozott európai kutatásfejlesztési stratégiát (SRA) alapul venni és a magyarországi viszonyokra átformálni. Az ajánlások megfogalmazásakor az elsődleges szempont az volt, hogy összességében a magyar napenergia technológia szektor hasznát szolgáljuk. A fotovillamos K+F stratégia készítésekor általános célként az alábbiakat fogalmaztuk meg: a versenyképesség növelése; a hatékonyság növelése; a munkahelyek megtartása, ill. új munkahelyek teremtése; az unikális fejlesztések, specializálódás, prioritások kiemelése. A szektor működésében meghatározó, alapvető tényezőkről, melyek nem technológiai jellegűek, mint a globális felmelegedés, az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése, vagy az energiaválság, ebben a tanulmányban nem, vagy csak érintőlegesen esik szó A stratégiai terv elkészítéséhez hozzájárultak: Bársony István, Dücső Csaba, Kövér László, Lábadi Zoltán, Farkas István, Mizsei János, Nádudvary György, Nemcsics Ákos, Pálfy Miklós, Szörényi Tamás, Tallián Miklós, Timárné Horváth Veronika 3
2. Vezetői összefoglaló A fotovillamos (photovoltaic PV) technológiáknak ma már széleskörű alkalmazásai ismertek. Ez a napenergia valós idejű (real time) villamos célú hasznosítását jelenti, amivel olyan környezetvédelmi kérdésekre is optimális megoldás adható, mint a globális felmelegedés elleni harc, az energiaválság kezelése és a CO 2 kibocsátás egyidejű csökkentése. A felhasználási területek az új technológiai megoldásoknak, a növekvő hatásfoknak és/vagy a csökkenő költségeknek a hatására egyre bővülnek. Felmérések bizonyítják, hogy a PV technológiák elterjedését leginkább gátló tényező mai napig a beruházás költsége és viszonylag hosszúidejű megtérülése. Bár 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. Befektetési szempontból elmondható, hogy a fotovillamos rendszerek piaca a gazdasági válság ellenére is folyamatosan növekszik, az iparág fellendülőben van. Az elmúlt öt évben világszerte az installált PV kapacitás átlagosan 39%-kal nőtt. Az elmúlt 3 évben épült ki a ma működő összes kapacitás közel 50%-a. Kedvező szabályozási környezetben 2009 végére 7GW, 2013-ra 22GW PV gyártási kapacitás állhat rendelkezésre. 2020-ra a PV várhatóan az energiapiac 75%-val versenyképes lehet. A mai technológiákkal akár teljes energiaigény a 12%-ának a kielégítése is elérhető fotovillamos rendszerekkel. Az európai termelés jelenti ma a piac 81%-át. 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. A jelenlegi tendencia folytatódása mellett 2030-ig Kína megerősödése és az európai részesedés 20-ra történő csökkenése várható, termelési kapacitás növekedés mellett. 2020-ra 1 milliárd embernek lehet részben vagy teljesen napenergia alapú áramot szolgáltatni és 2 millió embernek adhat új állást. A PV technológiák elterjesztéséhez szakértők a német példát tekintik leginkább működőképesnek, ennek nyomán jött létre az az ipar ami K+F, gyártási és felhasználás szempontjából is világelsővé tette Németországot. Ennek kulcsa a támogatási rendszer, vagyis a feed-in tarifa (államilag rögzített visszavásárlási ár) pontos beállítása, valamint az alsóbb korosztályokra fókuszáló oktatásra épített szemléletváltás. Környezetünkben Csehország fejlődött a legdinamikusabban, a 0,46 /kwh támogatás igencsak ösztönzőleg hatott, az ország PV gyártókapacitását 2008-ban megháromszorozta és telepített kapacitása meghaladta az 54 MWp-t. Mindeközben a magyarországi fotovillamos értékesítést, így a kutatás-fejlesztést is jelentősen hátráltatja az európai szinttől lényegesen elmaradó állami támogatás (minimális feed-in tarifa: 0,1 /kwh) miatt elenyésző hazai fotovillamos energiatermelési kapacitás, ami alig haladja meg az 500kWp-t. 4
Ugyanakkor 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 PV méréstechnológia. A magyarországi napelem gyártást tekintve elmondható, hogy elsősorban napelemtáblák összeszerelése folyik az országban, ami jellemzően ún. back-end gyártástechnológiát jelent (kristályos napelemekből modulok összeszerelését). Ilyen tevékenységű cégek a Sanyo, Korax. Ezen cégek esetén az elektronikai összeszerelő ipar sajátosságai érvényesülnek: alacsony hozzáadott érték, rendkívül korlátozott mértékű fejlesztési lehetőségek és igény, alacsonyabb képzettségű munkaerő foglalkoztatása. Állami támogatást kapott vékonyréteg napelem gyártósor üzembehelyezésére a GenesisEnergy, amelyik beruházását -3 év óta- mai napig nem kezdte meg. 2009-ben a Heliogrid, 2010-ben a hírek szerint pedig az Energosolar szűnt meg a hazai piacon, tehát jelenleg hazai napelemgyártás nincs. A BudaSolar vékonyréteg napelem gyártósorokat készít, a Kraft-tal szoros kooperációban kiterjedt K+F tevékenységet is végez. Hazánkban kiemelten fontos szerepet kapnak a fotovillamos gyártásközi méréstechnológiai eljárásokat és a vákuumtechnikai berendezéseket fejlesztő cégek. Olyannyira, hogy a PV metrológia tekintetében a 100% magyar tulajdonú Semilab ezen a területen világviszonylatban is piacvezető. A 3 legnagyobb magyar fotovillamos érdekeltségű cég (Semilab, BudaSolar, Kraft) éves árbevétele 20 Mrd Ft, ami meghaladja a teljes biotechnológiai szektor árbevételét és összehasonlítható az informatikai szektor eredményével, annak ellenére, hogy célzott K+F támogatásokat a másik kettővel ellentétben igencsak méltatlanul - ez a szektor eddig nem kapott. A Központi Statisztikai Hivatal és a Hoppenstedt Bonnier és Tsa. cég felmérése szerint szorosan a fotovillamos rendszerek K+F tevékenységéhez ma mindösszesen 2000 ember munkahelye köthető. A hazai fotovillamos piacra vonatkozóan az alábbi SWOT elemzés adható: Erősségek (S) Lehetőségek (O) - a megújuló energiaforrás- használat szükségessége széles körben elfogadott; - nagy fotovillamos fejlesztési és méréstechnikai hagyományok - jó földrajzi adottságok a napenergia hatékony hazai felhasználásához - nagy hozzáadott értékű hazai fejlesztések a PV technológia számára 5
Gyengeségek (W) - európai szintű, hatékony állami támogatási rendszer hiánya - az alap-, közép- és felsőfokú oktatás, a szakemberképzés hiányosságai - nincs nagy kapacitású, hazai napelem gyártás és piac Fenyegetések (T) - megfelelő szakember utánpótlás hiánya - nem tudunk megfelelni a szigorodó EU-s szabályozásoknak, büntetések várhatók - a szomszédos országok gyors technológiai és piaci előnyt szereznek A fotovillamos technológiák fejlesztése és az alkalmazások népszerűsítése, elterjesztése nem költség, hanem befektetés, ami a nemzetgazdaság, a környezet és a társadalom számára hosszútávon mindenképpen megtérül. A javasolt fő fejlesztési irányok Magyarország számára: technológiai tekintetben - a hatásfok, a stabilitás és az élettartam során termelt energia növelése mellett - : o a fotovillamos eszközök, napelemek és modulok, kiemelten a vékonyréteg technológiák és a gyártásközi mérő- és ellenőrző eljárások fejlesztése; o a kiegészítő rendszer-elemek fejlesztése, kiemelten az épületintegrálást valamint a rendszerelemeket minősítő berendezések fejlesztését. társadalmi hatások vonatkozásában - a fotovillamos technológiák szélesebb körű elterjedése és az energiatudatosság növelése céljával - ; o a fotovillamos technológiák alkalmazhatóságának vizsgálata, beleértve a teljes napelemes terméklánc jogi és árszabályozásának, valamint szabványosításának, a piacbővítésnek a kérdéseit; o kommunikációs stratégiák kidolgozása, kiemelten egyes célcsoportok tájékoztatására, oktatására. A fenti prioritásokat és az IMNTP piacfelmérésének eredményét figyelembe véve ahhoz, hogy Magyarország fotovillamos területen 2020-ra versenyképessé váljék, az alábbi feltételeknek kell teljesülniük: 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. A nagy hozzáadott értékű fotovillamos K+F kiemelt támogatása; különös tekintettel a vékonyréteg napelemek fejlesztésére A műszeripari hagyományokra épülő, fotovillamos mérőműszer fejlesztést és gyártás megerősítése A hazai ártámogatási rendszerek (beruházási támogatás és visszavásárlási ár) európai szintre történő emelése, megfelelő törvényi és szabályozási rendszerek életbeléptetésével. Lehetőség szerint kiterjedt hazai fotovillamos K+F hálózat és rá épülő nagykapacitású hazai termelés létrehozása. 6
3. Összefoglaló a fotovillamos rendszerekről 3.1 A jelenlegi fotovillamos technológiák A környezetbarát, megújuló energiatermelés kézenfekvő módja a Földre sugárzott napenergia közvetlenül villamos energiává történő átalakítása, amelyet fotovillamos eszközökkel, a napelemekkel végezhetünk. Ezzel az energiaátalakítási móddal foglalkozik a fotovillamosság tudománya (angolul photovoltaics, rövidítve PV). A fotovillamos technológiát a a mozgó alkatrész nélküli moduláris felépítés, csendes, kibocsátás-mentes, megbízható működés jellemzi. Alkalmazási lehetősége rendkívül széleskörű, így nagymértékben hozzájárulhat jövőbeli energiaigényeink kielégítéséhez. A fotovillamos eszközök, napelemek és modulok jelenlegi technológiáit a következők szerint csoportosíthatjuk: Szelet alapú kristályos szilícium rendszerek 1. ábra Si rendszerek Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek jellemzően közel fél évszázados technológiát képviselnek, hiszen a mikroelektronika eszközrendszerével, részben annak selejt-anyagait feldolgozva és újrahasznosítva készülnek. Viszonylag nagy teljesítményű cellákat eredményeznek, a hatásfokuk többnyire 14-23% közé esik, a jövőben várhatóan 18-24% is lehet majd. Hátrányuk a nagy nyersanyag-igény, a Si-tartalom és a modul szerelési költségek csökkentésére kiterjedt kutatások folynak. Alkalmazásuk napelempanelekbe szerelve történik, a modulok hatásfoka néhány százalékkal marad el az egyedi cellákétól. Vékonyréteg szilícium technológiák Drasztikusan redukált anyaghányaduk miatt jellemzően alacsony költségűek, több várhatóan új alkalmazási területtel. Üvegpanelra alacsony hőháztartással növesztett, korszerű amorf ill. mikromorf (mikrokristályos) szilícium vékonyréteg anyagok felhasználásával, nagy termelékenységgel készülnek. Hatásfokuk modul szinten most 6-9% közötti, a jövőben várhatóan 10-15% fölé is kerülhet. A modul-szerelés 7
feleslegessé válása a drasztikus költségcsökkentés mellett növeli a megbízhatóságot, robosztusságot. Vékonyréteg Cadmium Telluride (CdTe) rendszerek 2. ábra CdTe rendszerek. Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek alacsony költségű vékonyréteg-rendszerek, az újrafelhasználásuk jobban megoldott mint a szilícium alapúaké. Modul-hatásfokuk jelenleg 9-11% közötti, a jövőben várhatóan 12-15% közé esik majd. Réz-Indium/Gallium-Selenide/Sulphide (CIGSS) technológiák Teljesítmény vonatkozásában nagy potenciállal rendelkeznek ezek a polikristályos vékonyréteg vegyületfélvezető szerkezetek. Bár technológiailag bonyolult rendszerekről van szó, a panelek hatásfoka most 11-13% közötti, a közel jövőben várhatóan a 14-18% -t is elérik. Feltörekvő és újdonságnak számító technológiák 3. ábra Novel technologies. Kép forrása: Wim Sinke, 4th General assembly EU PV, Vienna, 2009 Ezek elsősorban a polimer-kompozit alapú PV eszközök, festék alapú vagy nyomtatott technológiával készülő PV rendszerek. A már ismert technológiák újabb előretörését a szerves alapanyagú napelemek, szélessávú félvezető nanoszerkezetek alkalmazása, a hőelvezetés megoldása, a spektrum konverterek, stb. jelentik. Az új technológiák nagyon alacsony a költséggel, de csak kis hatásfokkal, igaz, óriási termelékenységgel (roll-to-roll nyomdatechnikával pl.) gyárthatók. Új alkalmazási lehetőségeket nyitnak meg, egyes területeken ezek jelenthetik majd a piaci áttörést. Új technológiák esetén több irányban történnek fejlesztések, ezek a konverziós technológiák fejlődése, új eszköz koncepciók, a hatásfok növelés lehetőleg a teljes sugárzási spektrum felhasználásával. 8
Koncentrátoros rendszerek Ezek a rendszerek m 2 -re vetítve nagy fajlagos költségű, de nagy hatásfokú cellákat tartalmaznak. Az ilyen rendszerekkel elért legjobb kísérleti hatásfok az Európai Unióban 41%, jól lehet a rendszerbe állított eszközök hatásfoka bizonyítottan mindössze 23%-os, bár legalább a 30%-nál nagyobb érték elérése lenne kívánatos. Nagy kihívás a költségekben és megbízhatóságban a koncentrátor optikai rendszer készítése és alkalmazása. A fotovillamos rendszerek telepítéshez szükséges BoS (kiegészítő rendszerelemek, Balance of System) berendezések 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 nagy népsűrűségű területekre kell speciális technológiákat kidolgozni, olyan megoldásokat, mint az épületbe integrálható napelemes rendszerek (BIPV). 3.2 Az Európai PV stratégia A PV fejlesztések irányát részben környezetvédelmi és (energia)politikai szempontok szabják meg. A megújuló energiák, így a fotovillamos energiák esetében is az Európai Parlament és Tanács irányelveit kell figyelembe venni (A DIRECTIVE 2009/28/EC A megújuló energiák népszerűsítéséről, http://eurlex.europa.eu/johtml.do?uri=oj:l:2009:140:som:en:html a 2008/16/EC A megújuló forrásokból előállított energia támogatásáról stb), melyek többek között kimondják, hogy A megújuló forrásokból előállított energia felhasználásának növelése fontos részét képezi az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentéséhez, illetve az Egyesült Nemzetek éghajlatváltozásról szóló keretegyezményéhez csatolt Kiotói Jegyzőkönyvben foglaltaknak, és a további, az üvegházhatású gázok 2012 utáni kibocsátását csökkentő európai és nemzetközi kötelezettségvállalások teljesítéséhez szükséges intézkedéscsomagnak. Fontos szerepet játszik az energiaellátás biztonságának előmozdításában, a műszaki fejlődés támogatásában, foglalkoztatási lehetőségek biztosításában és a regionális fejlesztésben, különösen a távoli vidéki területeken. Az energiafogyasztásban a megújuló energiaforrások részarányára vonatkozóan a tagállamoknak 20%-os kötelező általános célkitűzést kell teljesíteni 2020-ig. A közlekedésben a bioüzemanyagok részarányára ez 10%-os kötelező minimumcélkitűzést jelent. Megújuló energiákhoz kapcsolódóan, az installálást szakirányú végzettséghez kötik a jövőben az Unióban, a tagállamoktól a megfelelő szakképzési rendszerek 9
kialakítását várják. A biomassza, a hőszivattyú, a fotovillamos napenergia és a termikus napenergia rendszerek üzembe helyezői akkreditált képzési programok keretében vagy akkreditált oktatótól szerezhetnek képesítést. A fotovillamos napenergia vagy a termikus napenergia rendszerek üzembe helyezői esetében előfeltétel a vízvezeték-szerelő vagy villanyszerelő szakképesítés és a vízvezeték-szerelési, elektronikai és tetőfedési ismeretek! Az Európai Bizottság az országoktól 2010. június 30-ig várja a megújuló energiaforrásokra vonatkozó akcióterv kidolgozását (amiben információink szerint a Közlekedési Hírközlési és Energiaügyi Minisztérium az illetékes) A Nemzetközi Fotovillamos Szövetség (EPIA) ennél erősebb kritériumokat állított fel. Az EPIA a 20/20/20-as irányelvet tűzte ki célul, azaz a 2020-ban felhasználandó energia 20%-a megújuló energiaforrásból kell származzon, csökkenteni kell a megújuló energia költségeit 20%-kal és egyidejűleg az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását is 20%- kal kell csökkenteni. Ebből 4-12% származhat reálisan a fotovillamos alkalmazások révén! www.setfor2020.eu, www.eupvplatform.org Az Európai Parlament és az EPIA szerint is : A megújuló energiaforrások piacának és technológiáinak fejlődése egyértelműen kedvező hatást gyakorol az energiaellátás biztonságára, a regionális és helyi fejlesztési lehetőségekre, a vidékfejlesztésre, az exportlehetőségekre, a társadalmi kohézióra és a foglalkoztatási lehetőségekre, különös tekintettel a kis- és középvállalkozásokra, valamint a független energiatermelőkre. 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. 10
Az EU Stratégiai Kutatási Terve (SRA, http://www.eupvplatform.org/fileadmin/documents/pvpt_sra_complete_070604.pdf ) a következő területeken fogalmaz meg K+F célokat: A. Fotovillamos elemek, napelemek és modulok: o anyagok; o átalakítási módszerek és eszközök; o gyártás és összeszerelés (beleértve a berendezéseket is). B. Kiegészítő rendszer elemek (Balance of System, BoS): o rendszer elemek és telepítés o 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 támogassunk. A fotovillamos K+F során meg kell vizsgálni a különböző lehetőségeket és az alábbi kritériumok szerint kell választani közülük: milyen mértékben járul hozzá a javasolt kutatás a kitűzött végső teljes cél eléréséhez. Milyen 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, hogy a támogatást a kutatás jellegétől függően jelentős, az ipari partnerek részérő folyósított akár 55%-os hozzájáruláshoz köti a K+F+I projektekben. Ezért hosszútávon csak olyan fejlesztési irányokat lehet közösségi forrásokból támogatni, ahol jelentős az ipari érdekeltség, befolyás és piaci hajlandóság. 11
3.3 A versenyképesség elérése Az EU rövidtávú, 2015-ig terjedő időszakra vonatkozó K+F célja a fotovillamos úton termelt villamos energia árának oly mértékű csökkentése, hogy Dél-Európában elérje a kisfogyasztókra érvényes villamos energia fogyasztói árszintet. A 2015 utáni folyamatos árcsökkentés 2020-ra valószínűleg Európa legtöbb országában hasonló eredményre fog vezetni. A PV ipar szándéka, hogy napelemes rendszerekkel KWh-kénti előállítási költséget 2020-ra 10 Eurocent alá szorítsa. Ezek az árviszonyok hálózati rendszerbe kapcsolt kisebb fotovillamos berendezésekre vonatkoznak. Nagyobb PV rendszereknek, földre telepített naperőműveknek, - amelyek nem közvetlenül csatlakoznak a fogyasztókhoz - alacsonyabb áron kell termelniük a villamos energiát, hogy versenyképesek lehessenek a rendszerhez csatlakozó hagyományos villamos energiatermelőkkel. 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 a 2007-es árakhoz viszonyítva, az értékek csak iránymutatóak (Wp: Wattpeek, csúcsteljesítmény). A telepítés teljes költsége (2006. évi értéken, /Wp) Villamos energia előállítási költsége (2006. évi értéken, /kwh) 1980 Ma 2015 2030 Hosszútávon várható >30 5 2.5 1 0.5 >2 0.30 0.15 * 0.06 ** 0.03 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 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 fajlagos költsége 4-8 /Wp között mozog a telepítés módjától függően (háztetőre illeszthető, épületbe integrált, földre telepített stb.). Az árak természetesen függenek 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. 12
Magyarországon valamivel több, mint 500 kwp fotovillamos napelemes rendszert telepítettek eddig. A legnagyobb rendszer teljesítménye 100kWp feletti, de jellemzőbbek a 10 kwp nagyságrendű rendszerek. 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 területi 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. Bár a fotovillamos rendszerek elterjedésének egyik legnagyobb gátja a befektetés költsége, nem szabad figyelmen kívül hagyni azt, hogy a megtermelt PV kapacitások időnkénti megduplázódása a múltban mindig ~22%-os árcsökkenéssel járt együtt. Az EPIA (European PhotoVoltaic Industry Association) tanulmánya szerint 2012-2015 körül várható hogy a PV modulok ára az 1$/Wp mértékre süllyed. 4. ábra Fotovillamos scenariok 2030-ig (Forrás: EPIA) 13
A legújabb tanulmányok szerint 2020-ra három lehetséges jövőkép képzelhető el (4. ábra): Feltétlenül elérhető (Baseline scenario): a PV szektor mai növekedési ütemét tekintve minden beavatkozás nélkül az energiaigény 4%-át fogja megtermelni PV rendszerekkel. Gyorsított fejlesztéssel (Accelerated growth) szerint marketing és állami eszközökkel növelni kell a PV elterjedését, ezzel biztosítható az hogy a felhasznált energia 6%-a származzék majd napenergiából. Szemléletváltással (Paradigma shift): egyrészt a megnövelt számú installált PV másrészt pedig egyfajta koncepcióváltás miatt az energiarendszerek korszerűsítésével és intelligens összekötésével - a felhasznált energia akár 12%-a is napenergiából származhat. Befektetési szempontból elmondható, hogy a fotovillamos rendszerek piaca a gazdasági válság ellenére is folyamatosan növekszik, az iparág fellendülőben van. Ennek első jelei már láthatók, a befektetők egyre nagyobb számban választják ezt a szektort. A 2009. szeptemberi hamburgi PV konferencia és kiállítás jól szemléltette a fotovillamos szektor dinamikus növekedését, hiszen elképesztő számban, több mint 4000-en vettek részt a 65.000 m 2 -en 943 kiállítóval megrendezett eseményen. A résztvevők és kiállítók legnagyobb része német, de 10%-os részvételi arány mellett már a kínai ipar dinamikus előretörése és megfigyelhető. Az elmúlt öt évben világszerte átlagosan 39%-kal nőtt az installált PV kapacitás (5. ábra). A működő kapacitások közel 50%-a az elmúlt 3 évben épült ki! 5. ábra Az az összes napelemes berendezés teljesítményének növekedése az EU27 tagállamaiban és világszerte (Forrás: Adel El Gammal, EU PV Platform, 4th General Assembly, Vienna) 14
Mindeközben a globális PV termelési kapacitás ugrásszerűen megnőhet, egyes becslések szerint (EPIA) 2030-ig közel exponenciálisan: 80-szoros növekedéssel számolhatunk világszerte és legalább 10-szeressel Európában. A jelenlegi fejlődési ütemet tekintve 2030-ra a világ népességének legalább 15%-át, optimista becslésekkel Európa lakosságának 50%-át fotovillamos energiával lehet ellátni. Mindehhez megfelelő összehangolt szabályozási rendszer szükséges. 2007 2010 2020 2030 Évente installált kapacitás 1.7GW 3.6GW 16GW 28GW Összes kapacitás (GW) 4.6GW 13.5GW 100GW 360GW Elektromos áram termelés (TWh) 4.7 14 120 430 Hálózatba kapcsolt PV rendszerek által termelt háztartási áramot használók száma (millió fő) 3 9 80 280 Európában azokban az országokban, ahol a beruházási támogatás, de főleg ahol a feed-in tarifa megfelelően magas, a PV technológiák elterjedése kimutathatóan felgyorsult. Ilyen példák Németország (feed-in tarifa a különböző alkalmazások esetén 0,35-0,58 /kwh), Spanyolország (0,35-0,44 /kwh), Franciaország (0,3-0,55 /kwh), a szomszédos országok közül Szlovénia (0,37 /kwh) és a 2008-ban kiemelkedő sikereket elért Csehország (0,46 /kwh). Még a nálunk kedvezőtlenebb földrajzi adottságokkal rendelkező Ausztriában is átlagosan 0,3-0,46 /kwh, de Bécs külvárosai esetén 1,0 /kwh visszavásárlási ártámogatás kapható! (Forrás: www.eh.gov.hu) 15
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 rövidebb távon 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, a kormányzatok által többé-, vagy mint Magyarországon, inkább kevésbé 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 is. 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 kutatásfejlesztési 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) 16
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 nagy sikerű világkonferenciát és világkiállítást. 1989-ben az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézetének munkatársai (ekkor még MTA 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) 17
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 nagy hatásfokú (19-20%) kombinált kristályos és amorf szilícium napelem (HIT) modulok gyártását, pontosabban a modulok összeszerelést kezdte meg és napjainkban évi 100 MWp kapacitással gyárt. A gyártás kibővítését tervezik. A napelem modulok első sorban nyugat-európai piacokra kerülnek. (www.sanyo.hu) Ugyancsak 2004-ben történt meg a Sol@Mio napelemgyár megalapításának kormányzati bejelentése, ebből azonban máig semmi sem valósult meg 2006-ban a Korax napelem modul gyár Ráckevén kristályos szilícium napelem modulok gyártását kezdte meg. Napjainkban évi 10 MWp kapacitású gyártással rendelkezik. Hasonlóan a SANYO-hoz ún. back end gyártástechnológiát üzemeltet (kristályos napelemekből szerel modulokat). A napelem modulok többsége külföldön kerül értékesítésre. (www.korax.hu) 2007-ben megalakult a Heliogrid vékonyréteg szilícium napelem gyár Rétságon. Kezdetben egy évi 6 MWp kapacitású gyártósora üzemelt, bár további gyártósorok telepítését tervezték, a cég 2009-ben csődbe ment. (www.heliogrid.hu). Ugyancsak 2007-ben a Genesis Energy Investment bejelentette, hogy Környén nagy felületű vékonyréteg szilícium alapú napelem modulokat fog gyártani. A többmilliárdos állami támogatást kapott beruházás előkészületi munkái kezdődtek el, de a beharangozott termelés a mai napig nem kezdődött az időközben tulajdonosváltáson átesett cégnél. (www.genesisenergy.eu) Állítólag csődbe mentek (állami támogatással együtt). A közelmúltban alakult Budasolar vékonyréteg napelem technológiáknak és gyártóberendezéseinek fejlesztésével valamint kulcsrakész napelemgyárak gyártásával foglalkozik (www.budasolar.hu) 2008-tól a BudaSolar és a Kraft szoros kooperációban dolgozott, majd. a két cég egyesült Budasolar néven. 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 a lakosság felé, bár tudható, hogy 2008-ban a fotovillamos rendszerek hasznosításáról közpénzen tanulmányt készíttettek a Power Konsult Kft-vel. 18
A legújabb brüsszeli irányelvek a honlapjukon nem jelennek meg, még a 2004/280/EC határozat alapján terveznek. A korábbi dokumentumokban - a megújuló energiaforrások megnövelt használatára, - a hatékony energiagazdálkodásra, - a fenntartható termelésre és fogyasztásra buzdító tájékoztatásra vonatkozó cselekvési terv, illetve főleg maga a cselekvés hiányzik. Az Új Magyarország programon belül elsősorban a KEOP-ra támaszkodva próbálják meg ezeket megoldani. Az általuk kiadott Nemzeti éghajlat-változási stratégia megfogalmazza, hogy 2012-ig megvalósítható hogy passzív és aktív napenergia-tervezés legyen hűtésre és fűtésre, 2025-igpedig a középületek energiafelhasználását ellenőrizni és építési engedélyt csak 0 CO 2 kibocsátású köz és lakóépületekre kellene adni. Magyar Energia Hivatal A hivatal törvény által szabályozott hatásköre miatt ide tartozik a villamos energia árszabályozás is, a megújuló energiákra vonatkozóan is. Magyarországon az államilag rögzített visszatáplálási átvételi ár (feed-in tarifa, melyen a termelt feleslegeget a helyi áramszolgáltató köteles megvenni) jelenleg 28Ft/kWh (~0.1 /kwh), mikor a lakossági áram ára 44Ft/kWh. Érthető, hogy ösztönző hatása nulla. 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 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) A zöld áramra vonatkozó átvételi ár legyen technológiánként differenciált, és kiemelt A 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) 19
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 ICT szektorét. 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. 20