Полупрозрачные фотоэлектрические элементы рентабельны только при прозрачности до 50 %

Аккумулятор FIAMM FG 20721

Исследователи из Испании обнаружили, что полупрозрачные фотоэлектрические системы рентабельны только при прозрачности до 50 %, так как более высокая прозрачность резко снижает эффективность и увеличивает стоимость системы. Их анализ показывает, что снижение удельной мощности, а не баланс системы или финансовые факторы, является основной причиной повышения стоимости электроэнергии, даже в регионах с высокой интенсивностью излучения.

Группа учёных из Университета Хаэна в Испании провела технико-экономический анализ, чтобы оценить конкурентоспособность по стоимости полупрозрачных фотоэлектрических (STPV) технологий, и пришла к выводу, что их коммерческое применение возможно, если уровень прозрачности не превышает 50%.

«В отличие от большинства предыдущих исследований, в этом анализе экономика STPV намеренно отделена от доходов сельского хозяйства или строительства, — рассказал главный автор исследования Жоао Габриэль Бесса. — Это позволяет выделить внутренние показатели эффективности самой фотоэлектрической системы, что делает результаты применимыми к агрофотовольтаике, BIPV и новым гибридным приложениям».

«В статье представлена система оценки затрат, которая напрямую связывает прозрачность с затратами на модули, структурными затратами и капитальными затратами на систему. При этом используются справочные значения, полученные в ходе реализации реальных проектов по фотоэлектрическим системам в Испании, а не идеализированные предположения, — продолжил он. — Результаты объясняют, почему многие концепции STPV выглядят привлекательно на бумаге, но не оправдывают себя с коммерческой точки зрения, а также показывают, какие целевые инструменты политики могут реально помочь, не создавая ложных ожиданий».

В исследовании «Оценка экономической конкурентоспособности полупрозрачных фотоэлектрических систем», опубликованном в Renewable Energy, исследователи объяснили, что стоимость модулей STPV тесно связана с уровнем прозрачности, поскольку выходная мощность на единицу площади снижается с увеличением прозрачности. Это происходит потому, что уменьшение площади элемента снижает выработку энергии без соответствующего снижения затрат на материалы, не относящиеся к элементам.

Они также подчеркнули, что по мере повышения прозрачности в системах STPV увеличиваются затраты на балансировку системы (BOS), поскольку стоимость монтажных конструкций и кабелей постоянного тока зависит от физической площади фотоэлектрического генератора. В то же время стоимость инверторов, кабелей переменного тока, трансформаторов и других электрических компонентов практически не зависит от уровня прозрачности.

Технико-экономический анализ был проведён на основе бизнес-кейса, представляющего собой наземную систему STPV мощностью 1 МВт, работающую в Испании. Чтобы оценить влияние ключевых финансовых и технических параметров на удельную стоимость электроэнергии (LCOE), исследователи провели анализ чувствительности.

Обе оценки подтвердили, что стоимость системы резко возрастает с повышением прозрачности. Например, стоимость установки непрозрачной системы с нулевым уровнем прозрачности составит 0,628 евро (735 долларов США) за Вт. Однако при более высоком уровне прозрачности эффективность модулей начинает снижаться, и для выработки 1 МВт требуется большая площадь фотоэлектрических элементов.

При прозрачности 50 % эффективность снижается до 10 %, что приводит к удвоению необходимой площади и увеличению общей стоимости системы до 0,904 евро/Вт. При прозрачности 90 % эффективность снижается до 2 %, что требует пятикратного увеличения площади и повышает стоимость системы до 3,110 евро/Вт — почти в пять раз выше, чем у непрозрачной системы.

«Исследование показывает, что полупрозрачные фотоэлектрические системы остаются конкурентоспособными по цене только при умеренном уровне прозрачности. При прозрачности выше 45–50 % стоимость электроэнергии резко возрастает и превышает типичные рыночные цены на электроэнергию даже в регионах с высокой интенсивностью солнечного излучения, таких как юг Испании, — подчеркнула Бесса. — По мере увеличения прозрачности удельная мощность снижается быстрее, чем стоимость модулей, поскольку в структуре затрат преобладают компоненты, не относящиеся к фотоэлементам, такие как стекло, герметизация, каркас и логистика. Это приводит к значительному увеличению стоимости модулей в евро за ватт, даже при меньшем использовании кремния».

«Анализ чувствительности подтверждает, что годовая удельная выработка, выраженная в кВт·ч/кВт, является наиболее значимым параметром, влияющим на себестоимость электроэнергии, и превосходит по значимости капитальные затраты и влияние финансирования», — заключила Бесса. «С практической точки зрения оптимизация компоновки, ориентации и улавливания солнечного излучения важнее, чем снижение предельных затрат. Места с высокой интенсивностью солнечного излучения отсрочивают момент, когда солнечная тепловая энергия становится неконкурентоспособной, но не устраняют эту проблему. Прозрачность остается основным фактором во всех сценариях. Политика может помочь, но она не отменяет фундаментальных физических законов».