Rozhodl jsem se o fotovoltaice něco napsat, protože jednak se elektrotechnikou celý život zabývám, soláry už mám taky na střeše a pak taky všude možně čtu o problémech, které s tím lidi mají, protože kdosi jim to nainstaloval a nic jim o tom neřek. Ono je to s fotovoltaikou podobně, jako když si pořídíte auto, nebo počítač. Může to fungovat samo a bez toho, aby se s tím člověk zabýval, ale je lepší něco o tom vědět. V době, kdy to píšu, mám s FVE jen půl roku zkušeností. Ale myslím, že se učím rychle :-)
Soláry si dnes dává na barák kde kdo. Za současné rozšíření solárů mohou dvě věci. Podstatné zlevnění výroby křemíku a zdražování energie. Sice energie jde už zase hodně dolů, ale nevěřím, že to tak zůstane. Věřím, že soláry mají a budou mít smysl.
V 70. letech minulého století, když jsem studoval slaboproudou elektrotechnologii, byla výroba křemíku technologicky náročná. Křemíkový monokrystal se táhne z taveniny a krystalizuje na zárodečném krystalu, který udává orientaci krystalu celého taženého ingotu. Tehdy ten ingot měl průměr 5 cm a po vytažení v něm byly krystalické vady (dislokace), které se následně odstraňovaly zónovou rafinací. Přetavoval se úzký proužek ingotu a roztavené místo se posouvalo tak, aby nežádoucí příměsi zůstaly v tavenině a přesunuly se na konec krystalu. Bylo to energeticky i časově náročné a panel sestavený z takových destiček byl neskutečně drahý. Křemík se používal především pro výrobu polovodičových součástek, kde čipy měly rozměry třeba jen 1x1 mm. V té době se FV panely používaly hlavně v kosmickém výzkumu, kde ta cena tolik nevadila.
Kdo se chce podívat, jak takový monokrystal křemíku z Tesly Rožnov vypadal a jak se z něj v Tesle Piešťany řezaly destičky, tady si stáhněte film Výroba PV súčiastok. Dnes mají křemíkové ingoty průměr 20 cm a mohou mít i víc. Táhnou se už bez dislokací, takže zónová rafinace není potřeba. Kdo má zájem si o tom něco přečíst, doporučuji tento text. Zmiňuje se tam i výroba solárního křemíku, kde nejsou tak přísné nároky na kvalitu monokrystalu. Táhne se rychleji, pro výrobu se využijí i piliny z řezání waferů a tím se výroba zlevní.
Monokrystaly křemíku se stále dělají v Rožnově, jen už to není Tesla, ale Onsemi. Na stránce Onsemi dole je video, kde je ve 3. minutě krátký pohled do tažičky, ustřihnutí zárodečného krystalu a manipulace s ingotem. Ten už si neodnesete v ruce, jako monokrystal ze 70. let :-)
Vývoj techniky došel po roce 2000 tak daleko, že monokrystalický křemík přece jen trochu zlevnil a postupně se rozbíhala komerční výroba FV panelů. Např. v místech, kam by bylo nákladné budovat přípojku a je tam potřeba napájet nějaké menší zařízení, se vyplatilo dát solární panel, i když byl ještě drahý. Postupně se budovaly první solární elektrárny, i když spíš jen jako experimenty. Jenže u nás se to nějak vymklo kontrole. V letech 2005 až 2009, kdy se solární elektrárny nevyplatily, je začal náš stát mohutně dotovat a začali se k nám stahovat podnikatelé z celé Evropy. Žádný jiný stát jim nedal takové podmínky, jako měli u nás. K tomu snad dva odkazy.
Příčiny solárního boomu
Něco o solárních baronech
Je až s podivem, že za tento tunel, který nám přes POZE ještě dnes zdražuje energii, nebyl nikdo potrestán. Mnoho lidí kvůli tomu ještě i dnes fotovoltaiku odmítá, i když ceny se zásadně změnily a solární systémy se někomu vyplatí dělat i bez dotace. Tyto, zpravidla ostrovní solárníky lze najít na stránce mypower.cz
Ač to hodně lidí nerozlišuje a jen vidí, jak platí na POZE, dnešní solárníci z těchto poplatků nedostávají nic. Moderní energetika se potřebuje zbavit uhlí, které je sice neekologické, ale také nejlevnější. V tržním systému se podniká především v tom, co přináší největší zisk. Jenže s tímto přístupem bychom se uhlí nezbavili nikdy. Zakázat ho k nějakému datu také nejde, k tomu dni by se zhroutila energetika. Náhradu za uhlí je potřeba budovat postupně. Uhlí zdražit a ostatní energie zlevnit dokážou emisní povolenky, které umožní plynulý přechod k jiným zdrojům. Z emisních povolenek se nedotují pouze FVE, ale všechny bezemisní zdroje energie, jako třeba malé vodní elektrárny.
V ČR je dle informací z Českého statistického úřadu více, než dva miliony rodinných domů. Pokud by na polovině z nich byla FVE s výkonem průměrným výkonem 10 KWp, byl by jen na těchto střechách nainstalovaný výkon 10 GWp. Zatím je u nás nainstalováno 3,6 GWp, ale v tom jsou i staré velké FVE na polích a nově budované FVE ve firmách. Takže pro další rozvoj solární energetiky jsou ještě velké možnosti.
Roční průměrný výkon FVE je jen asi 12% instalovaného špičkového výkonu, což je dáno průměrnou dobou slunečního svitu za rok. Takže při zmíněných 3,6 GWp je průměrný výkon všech FVE v Česku asi 410 MW. Pro srovnání, blok Temelína má výkon asi 1000 MW a z energie spotřebované v ČR za rok, asi 63 TWh, se lze dopočítat k průměrnému spotřebovanému výkonu asi 7200 MW. Výroba je o něco vyšší, část energie vyvážíme.
Podíl fotovoltaiky na celkové spotřebě je zatím tedy necelých 6% a ještě před pár lety to bylo 3%. Pokud bychom měli panely pokrytou alespoň polovinu střech rodinných domů, získávali bychom jen z nich větší průměrný výkon, než dá jeden blok Temelína a při pokrytí většiny střech bychom mohli solární energií pokrýt i více, než 20% spotřeby energie v ČR.
Největší současný problém, který brání dalšímu rozvoji FVE, je chybějící akumulace a údajně i zastaralost sítě. Akumulace se dá dělat různými způsoby a zrovna lithiové baterie v domácích FVE patří k těm nejdražším, i když zároveň k nejúčinnějším. Jejich využití pro stabilizaci sítě by mohlo být pro síť přínosné. Levnější je provoz přečerpávacích elektráren, nebo třeba vanadové (redoxové) baterie a hodně se mluví o využití vodíku. Mimo chemických principů ukládání energie lze využít i fyzikální, perspektivní je ukládat energii do supravodivých cívek (do jejich magnetického pole).Jenže to jsou všechno technologie, které se ani jinak než ve velkém dělat nedají. Proto mimo akumulace doma, kde baterie má poměrně malou kapacitu, by měla vznikat i ta velká a dlouhodobá akumulace v energetice, případně v komunitních centrech.
Zrovna o vodíku se říká, jak je ta technologie drahá, má nízkou účinnost a nevyplatí se. Jenže záleží na způsobu použití. Vysokoteplotní elektrolyzéry dosahují účinnost 82%. Přeměna vodíku na elektřinu v palivových článkách má účinnost pod 50%, zbytek se mění na ztrátové teplo. Pokud pro toto teplo máme smysluplné využití, už ho nelze považovat za ztrátové. Třeba Japonci, kteří se na využití vodíku zaměřili více a dříve, vodíkem v zimě topí. Polovina energie se mění na teplo a polovina na elektřinu. Stejně jako u FVE, přebytky jdou do sítě. Tedy energie jde do sítě v době, kdy je zatížení sítě nejvyšší a kdy soláry téměř nic nedávají.
Vodík se také používá v chemickém průmyslu, např. při zpracování ropy. Tam se zatím vyrábí jako "šedý vodík" ze zemního plynu. Zelený vodík z elektrolyzéru může tento šedý vodík nahradit vždy, když je elektřina levná (je jí nadbytek). Vodík je pak spotřebováván v reálném čase, odpadne jeho stlačování a dlouhodobé skladování. Tím se jeho využití zlevní. Technologie pro stlačování a skladování lze doplňovat postupně podle toho, jaký budou přinášet zisk. Zrovna tak se vodík dá v malém množství přimíchávat do zemního plynu. Celá infrastruktura jako plynovody a zásobníky, je už hotová.
Zatím však nelze pro stabilizaci sítě (vykrývání špiček spotřeby) využít ani baterie v domácích FVE, přesto že tyto baterie nejsou plně využité. Baterie s časovou životností 15 let a cyklickou 8000 cyklů by musela udělat víc než 1 cykl denně a využití baterií pro stabilizaci sítě by pomohlo snížit náklady na akumulovanou kilowatthodinu. Akumulací energie se nelze zabývat ani komerčně. V domácích FVE byly dle informace ze Solární asociace na podzim roku 2023 nainstalované baterie s kapacitou 1 GWh. Při využití poloviny kapacity těchto baterií by po dobu jedné hodiny daly do sítě výkon 500 MW, což už by pro vykrývání špiček bylo zajímavé. Při tom počet FVE s bateriemi neustále poroste. Využití těchto baterií brání cenová politika, kdy do sítě dodávám za cenu silové energie, ale kupuju jí včetně DPH, poplatku za distribuci a za POZE. Ze stejného důvodu nemá smysl se zabývat komerční akumulací třeba v komunitních centrech.
Jediná akumulace, která v současné době funguje a vydělává, je ta, kterou si dělá ČEZ ve své režii. Protože tam už se počítá pouze silová složka energie a akumulace vydělává právě na rozdílech cen ve špičce a mimo špičku. Tak dochází k paradoxu, kdy kapacita 1 GWh v bateriích domácích FVE zůstává nevyužitá a ČEZ z peněz, které zaplatíme na regulované složce el. energie, postavil ve Vítkovicích megalomanskou baterii s kapacitou 9,45 MWh (necelé 1% baterií nainstalovaných v domácích FVE) a s výkonem 10 MW.
Podle posledních informací o chystaných změnách cen energií to však vypadá, že není zájem ani o výrobu energie ve FVE, ani o úspory energie a už vůbec to nevypadá na nějaké umožnění podnikání v akumulaci. Zajímavý článek o tom vyšel na TZB info. Silová elektřina se zlevňuje a zdražují se jak stálé platby nezávislé na odebrané energii, tak i platby závislé na množství odebrané energie. Ty už jsou dnes větší, než silová složka. Navíc se má u nových FVE připojovaných do sítě omezit rezervovaný příkon na polovinu jejich maximálního výkonu. Je to pouze okamžité (jednoduché a špatné) řešení problému, kdy v síti chybí akumulace. Při tom decentralizovaná výroba energie a její akumulace snižuje zatížení přenosové soustavy.
Předpokládám, že tento vývoj cen elektřiny bude mít za následek pokles zájmu o úsporná opatření i o stavbu dalších FVE, což nutně povede k zásadní změně cenové politiky v energiích. Protože stejně jako má svojí cenu energie, má cenu i její akumulace a je potřeba zákony nastavit tak, aby v obojím bylo možné podnikat a tvořit zisk.
Domácí FVE mají životnost mnoho desítek let a i když se některé komponenty za tu dobu mohou průběžně obměňovat, základ zůstává. Je také možné, že za 15 let, až bude končit životnost nyní instalovaných baterií, už bude taková dostupnost levné akumulace přes síť, že baterie doma ztratí význam a budou sloužit jen jako záloha při výpadku sítě. Tam potom stačí i podstatně menší kapacita té staré opotřebované baterie a to její životnost dále prodlouží.