Sólarorka – Snjöll en kostnaðarsöm tækni

Eftir mikla uppsveiflu undanfarinn áratug virðist nú sem blikur séu á lofti í sólarorkuiðnaðinum. Hér er fyrst og fremst átt við þann hluta sólarorkubransans sem framleiðir sólarsellur. Á ensku eru sólarsellur jafnan nefndar photovoltaic cells(oft skammstafað PV). Á íslensku er þetta stundum nefnt ljósspennurafhlöð. Í dag ætlar Orkubloggið að beina sjónum að þessari merku tækni og renna augum yfir þær dramatísku sveiflur sem sólarselluiðnaðurinn hefur verið að upplifa síðustu misseri og ár.

Snjöll en kostnaðarsöm tækni

Sólin er langstærsti orkugjafinn sem mannkynið á kost á að nýta og því væri óskandi að við gætum notað þessa orku með einföldum og ódýrum hætti. Í hnotskurn felst sólarsellutæknin í því að ljósinu frá sólinni er umbreytt í rafmagn fyrir tilstilli hálfleiðara. Lengi vel var þetta svo dýr tækni að sólarsellur voru nær eingöngu notaðar þar sem ekki er aðgangur að raforkudreifikerfi eða mjög dýrt að tengjast slíku kerfi. Á síðari árum hefur náðst verulegur árangur í að auka nýtingu sólarsella og að auki hefur umfangsmeiri fjöldaframleiðsla dregið hlutfallslega úr kostnaði. Fyrir vikið hefur nýting sólaroku aukist geysilega hratt á stuttum tíma.

Því miður virðist þó enn vera nokkuð langt í land með að þessi tækni geti keppt við hefðbundnari raforkugjafa, nema með miklum opinberum stuðningi. Það er einmitt stuðningur af því tagi sem hefur orðið til þess að í sumum löndum er sólarorka orðin umtalsverður hluti af raforkuframleiðslunni. Þar er Þýskaland sennilega besta dæmið, en þar hefur aukningin nánast verið ævintýraleg.

Opinber stuðningur við sólarorkuiðnaðinn er til kominn vegna sívaxandi pólitísks þrýstings í þá átt efla endurnýjanlega orkuframleiðslu. Samhliða því sem umræða um gróðurhúsahrif jókst og verð á olíu, kolum og gasi tók að hækka umtalsvert upp úr aldamótunum 2000 tóku mörg ríki heims upp aukna hvata til handa sólarorkuiðnaðinum og öðrum greinum endurnýjanlega orkuiðnaðarins. Þetta var t.d. áberandi í Bandaríkjunum og þó enn meira í mörgum löndum innan Evrópusambandsins (ESB). Þessir hvatar fólust t.d. í styrkjum, niðurgreiðslum, hagstæðum lánum o.s.frv.

Þessir hvatar leiddu m.a. til stóraukinna fjárfestinga í sólarorkuiðnaðinum. Þær fjárfestingar og rannsóknir leiddu til þess að það náðist smám saman að auka hagkvæmni sólarsella. Þetta gerðist bæði með tækniþróun (aukinni nýtingu; þ.e. hversu háu hlutfalli af ljósorkunni sellurnar geta umbreytt í raforku) og lækkandi framleiðslukostnaði (með bættri framleiðslutækni, auk þess sem aukin fjöldaframleiðsla varð til að lækka hráefniskostnað).

Ennþá er þetta samt talsvert dýr tækni. Það er reyndar alls ekki er einfalt að meta hvað nákvæmlega kostar að nýta sólarorkuna til raforkuframleiðslu. Uppgefnar tölur og rannsóknir þar um eru afar misvísandi. En eftirfarandi yfirlit ætti að gefa sæmilega vísbendingu um þennan kostnað:

Það kostar 200 USD/MWst að framleiða raforku með sCum

Já; hér er sett fram sú óvissa viðmiðun að í dag kosti um 200 USD/MWst að framleiða raforku með sólarsellum. Og þá er rétt að bæta því strax við, að oft kostar það talsvert meira! Og stundum talsvert minna!

Meðalkostnaðurinn er sem sagt enginn fasti heldur breytileg tala, sem ræðst af gæðum sólarsellanna, sólgeisluninni á hverjum stað o.s.frv. Þar að auki er rétt að hafa í huga að upplýsingar um kostnaðinn eru nokkuð misvísandi eftir því við hvaða heimild er stuðst. Og fremur en að setja fram eina tölu er miklu skynsamlegra að miða við tiltekið kostnaðarbil. Og þá má sennilega fullyrða kostnaður við raforkuframleiðslu með sólarsellum sé oftast á bilinu 150-300 USD/MWst.

Til nánari fróðleiks má t.d. nefna að Alþjóða orkumálastofnuninni (IEA) gefur upp að meðalkostnaður stærstu og hægkvæmustu sólarselluorkuveranna árið 2010 hafi verið um 240 USD/MWst, en að stundum sé kostnaðurinn allt að 700 USD/MWst. Upplýsingaskrifstofa bandaríska orkumálaráðuneytisins (EIA) er með nýrri tölur og segir að algengur kostnaður stærstu og hagkvæmustu sólarselluorkuveranna sé nú á bilinu 160-250 USD/MWst.

Miðað við þessar tölur þá er raforka framleidd með sólarsellum ennþá mikið dýrari heldur en t.d. það að nýta vindorkuna. Og sólarsellutæknin er margfalt dýrara en hefðbundnir orkugjafar eins og gas eða kol. Aftur á móti eru menn bjartsýnir um að kostnaðurinn í sólarselluiðnaðinum fari talsvert hratt lækkandi. Þannig álítur EIA raunhæft að árið 2018 verði kostnaðurinn þarna á bilinu 110-225 USD/MWst og að meðalkostnaðurinn verði um 145 USD/MWst.

Það kann að skera í augu hversu bilið þarna er breitt (110-225 USD/MWst). En þá er rétt að minnast þess að til eru margar og misdýrar tegundir af sólarsellum, sem skila misgóðri nýtingu og endast mislengi. Þarna hefur hagkvæmni stærðarinnar líka mikið að segja. Og eins og áður sagði ræðst kostnaðurinn að sjálfsögðu líka mjög af því hversu sólgeislunin er mikil á hverjum stað, en það er jú afar mismunandi.

Lækkandi framleiðslukostnaður gefur góðar vonir

Það er sem sagt afar misjafnt hvað það kostar að framleiða rafmagn með sólarsellum. Það er reyndar nánast með ólíkindum hversu kostnaður við framleiðslu og uppsetningu á sólarsellum hefur lækkað mikið á stuttum tíma.

Skömmu fyrir aldamótin síðustu var algengur kostnaður á uppsett afl í PV um 10 USD/W. Áratug síðar (um 2010) var kostnaðurinn orðinn u.þ.b. helmingi minni eða nálægt 5 USD/W (á þessum áratug helmingaðist verðið á sjálfum sólarsellunum; fór úr um 4 USD/W og í um 2 USD/W). Í dag er kostnaðurinn sagður um 3-4 USD/W (þar af er kostnaður vegna sólarsellanna orðinn innan við 1 USD).

Þarna skiptir miklu hversu kostnaður við sjálfar kísilflögurnar hefur lækkað hratt, en kísill er algengasta hráefnið í sólarsellum. Ef kostnaður við framleiðslu og uppsetningu á sólarsellum nær að lækka um u.þ.b. helming í viðbót og verður nálægt 2 USD/W verður hann orðinn mjög nálægt því eins og gerist í vindorkuiðnaðinum. En þarna sem sagt er ennþá talsverður munur.

Mikill vöxtur, en ennþá einungis lítið brot allrar raforkuframleiðslu

Miðað við hratt lækkandi framleiðslukostnað á sólarsellum kemur kannski ekki á óvart að notkun þeirra hefur stóraukist. Á einum áratug hefur uppsett afl af sólarsellum í heiminum u.þ.b. tuttugufaldast.

Engu að síður standa sólarsellur ennþá einungis á bak við brot af raforkuframleiðslu heimsins og skipta nánast engu máli í heildarsamhenginu. Hlutfallið var um 0,5% árið 2010 og er eitthvað örlítið hærra í dag.

Það er reyndar nokkuð vandasamt að áætla nákvæmlega hvert umfang sólarorkunýtingarinnar er. Opinberar tölur um raforkuframleiðslu frá sólarsellum eru oft einungis miðaðar við framleiðslu inn á raforkudreifikerfið. Þá er mikill fjöldi smærri raforkuframleiðenda undanskilinn, þ.e. allir þeir sem nota sólarsellur einungis til eigin nota. Stundum er reynt að áætla umfang þessarar raforkuframleiðslu með því að rýna í tölur um sölu á sólarsellum. Þar verður þó aðeins um nálgun að ræða, því framleiðsla hverrar sólarsellu fer að sjálfsögðu mikið eftir því hvar hún er staðsett.

Evrópa í fararbroddi en hraður vöxtur í Bandaríkjunum

Það fer ekkert á milli mála hvar í heiminum sólarsellur njóta mestra vinsælda. Þar er Evrópa afgerandi í fararbroddi. Um 75% af öllu uppsettu afli af sólarsellum í heimunum er að finna innan aðildarríkja Evrópusambandsins (ESB). Samtals nemur raforkuframleiðsla aðildarríkja ESB með sólarsellum nú um 2% af allri raforkuframleiðslu innan sambandsins.

Undanfarin ár hefur Evrópa verið í forystu í að bæta við sólarsellum. Þýskaland og Ítalía eru þar fremst í flokki, bæði að umfangi og raforkuframleiðslu með sólarsellum per capita. Af öðrum Evrópuríkjum sem þarna standa framarlega má nefna Belgíu, Tékkland og Spán.

Í Bandaríkjunum er hlutfall sólarorkunnar miklu lægra en innan ESB. Upplýsingaskrifstofa bandaríska orkumálaráðuneytisins (EIA) segir að þegar litið er til sólarsella sem tengdar eru raforkukerfinu, þá séu sólarsellur nú einungis að skila um 0,1% af allri raforkuframleiðslunni þar vestra. Það er algerlega með ólíkindum lítið þegar horft er til þess hversu sólríkt er á stórum svæðum í Bandaríkjunum.

En vöxturinn í sólarsellunotkuninni vestra er hraður og uppsett afl þar hefur marfaldast á einungis örfáum árum (var um 2.500 MW árið 2010 en er nú komið yfir 7.500 MW). Enda er raforkuframleiðsla með sólarsellum sú tegund raforkuframleiðslu sem vex hlutfallslega hraðast í Bandaríkjunum.

Það er því alls ekki útilokað að innan nokkurra ára verði raforkuframleiðsla með sólarsellum þar vestra búin að ná svipuðu hlutfalli eins og nú er innan ESB (um 2%). Búist er við að á þessu ári (2013) muni bætast við um 5.000 MW af uppsettum sólarsellum í Bandaríkjunum. Þegar horft er til næstu ára er þó sennilegt að mestur vöxtur í uppsetningu sólarsella verði í Asíu, en þar virðast stjórnvöld í löndum eins og Japan og Kína ætla að leggja mikla áhersla á aukna notkun sólarsella.

Þýskaland – hið óvænta draumaland sólarorkunnar

Eins og áður sagði er hvergi jafn mikið af sólarsellum eins og Þýskalandi. Uppsett afl af sólarsellum í Þýskalandi er nú vel yfir 30.000 MW. Þjóðverjar hafa lagt svo mikla áherslu á þessa tegund raforkuframleiðslu að þeir eru ekki aðeins stærsti sólarsellunotandinn innan ESB, heldur einnig stærsti framleiðandinn að sólarorku per capita (þ.e. miðað við fólksfjölda).

Árið 2011 fór raforkuframleiðsla í Þýskalandi með sólarsellum í fyrsta sinn yfir 18 TWst á ársgrundvelli (var þá um 19 TWst). Sem merkir að árið 2011 skiluðu sólarsellurnar Þjóðverjum meiri raforku en sem nemur allri rafmagnsframleiðslu á Íslandi! Árið 2012 var framleiðsla sólarsellanna í Þýskalandi orðin ennþá meiri eða nálægt 29 TWst. Sem nemur um helmingi af öllu sólarorkurafmagninu sem framleitt er innan ESB og um 35% af öllu sólarorkurafmagni sem framleitt er í heiminum.

Nú er svo komið að um 3-4% af allri raforkunotkun í Þýskalandi kemur frá sólarsellum. Það hlutfall er að vaxa hratt og ýmsar spár segja að innan einingis nokkurra ára muni sólarsellur fullnægja 10% af allri raforkunotkuninni þar í landi! Til samanburðar þá kemur nú um 8% allrar raforku sem notuð er í Þýskalandi frá vindorkuverum. Þessar „undarlegu“ tegundir raforkuframleiðslu eru sem sagt ekkert smá mál í Þýskalandi.

Seint á síðasta ári (2012) gerðist það reyndar í Þýskalandi að þar fór uppsett afl í sólarorkuvinnslu fram úr vindorkunni. Þetta er afar athyglisvert í því ljósi að Þýskaland er þekkt fyrir mikinn áhuga á nýtingu vindorku. Sökum þess að nýting þýsku vindorkuveranna er talsvert meiri en sólarsellanna, skila þau fyrrnefndu þó ennþá mun meiri raforkuframleiðslu.

Kæfir gjaldþrotahrina bjartsýnina?

Tækniþróun og lækkandi kostnaður hefur vakið mönnum vonir um að brátt geti nýting sólarorku orðið alvöru bissness og einn af hornsteinum raforkuframleiðslunnar. Þetta er sjálfsagt ein skýring þess að t.d. Warren Buffet setti nú fyrr á árinu rúma 2 milljarða USD í sólarselluorkuver vestur í Kaliforníu.

Almennt virðist ríkja mikil bjartsýni um áframhaldandi ofurvöxt í nýtingu sólarorkunnar. Þannig spáir t.d. Alþjóða orkustofnunin (IEA) því að árið 2030 muni sólarsellur standa að baki um 4% allrar raforkuframleiðslu í heiminum og að árið 2050 geti þetta hlutfall verið komið í allt að 10%. Til að þetta gerist þarf þó gríðarlega fjárfestingu og nauðsynlegt að tæknin verði talsvert mikið hagkvæmari en nú er.

Það er svolítið á skjön við þessa bjartsýni að mikil gjaldþrotahrina hefur riðið yfir sólarselluiðnaðinn síðustu misserin. Reyndar má  segja að sú dramatík hafi fyrst orðið lýðnum ljós seint á árinu 2011, þegar bandaríska sólarsellufyrirtækið Solyndra varð gjaldþrota. Og síðan þá hefur hvert gjaldþrotið af öðru riðið yfir bandaríska sólarselluiðnaðinn.

Fjölmiðlar vestra fjölluðu mikið um þetta þrot Solyndra og þá líklega hvað mest vegna þess að með þessu féll stór ríkisábyrgð á bandaríska ríkið eða um 500 milljónir USD. Það varð hreinlega allt vitlaust og erfitt að ímynda sér hvað hefði gerst ef upphæðin hefði verið í líkingu við þær risaupphæðir sem verið hafa að falla á íslenska ríkið í kjölfar bankahrunsins (miðað við fólksfjölda eða per capita myndi ábyrgðin vegna Solyndra samsvara því að skitin hálf milljón USD félli á íslenska ríkið).

Andstæðingar Obama leituðust við að nýta þetta til að koma höggi á orkustefnu forsetans – og forsetann almennt. Obama hefur nefnilega verið tregur til að samþykkja nýja stóra olíuleiðslu sem myndi flytja olíu frá olíusandsvæðunum norður í Kanada suður til Bandaríkjanna. Sú afstaða hans hefur ekki skapað forsetanum vinsældir í olíuiðnaðinum. Þess vegna var Solyndramálið kærkomið tækifæri fyrir bæði svartálfana og pólitíska andstæðinga til að berja á Obama.

Ábyrgð bandaríska ríkisins vegna Solyndra var til komin til vegna sérstakra lána sem Solyndra hafði tekið til uppbyggingar á sólarselluframleiðslu sinni og þar nýtt sér hvata sem fólst i ríkisábyrgð skv. orkustefnu Obama-stjórnarinnar. Sú stefna hefur það hlutverk að hvetja til meiri fjárfestinga og tækniþróunar í nýtingu endurnýjanlegrar orku og þá ekki síst í sólarorku, vindorku og lífrænu eldsneyti.

Því miður virðist sem þessi stefna kunni að vera að fara inn á sömu brautir eins og gerðist með orkustefnu Carter-stjórnarinnar seint á 8. áratugnum. Þá voru sólarsellur settar á þak Hvíta hússins í Washington DC og lánum með ríkisábyrgð dælt í sólarorkuiðnaðinn og framleiðslu á lífmassaeldsneyti (sem þá var á ensku nefnt því skemmtilega nafni gasohol). Umrædd stefna Carter-stjórnarinnar um að hvetja til endurnýjanlegrar orkuframleiðslu hrundi þegar olíuverð lækkaði aftur á 9. áratugnum.

Munurinn núna gæti verið sá að í þetta sinn muni olíuverðið áfram haldast nokkuð hátt og að engar meiriháttar verðlækkanir séu þar í spilunum. Á móti kemur að vestur í Bandaríkjunum hefur það nýverið gerst að ný gasvinnslutækni hefur leitt til stóraukins framboðs af jarðgasi. Og ódýrt gas er í dag einhver allra mesta ógnunin við endurnýjanlega orkugeirann – og þá einkum og sér í lagi gagnvart raforkuframleiðslu. Þetta gæti dregið úr áhuga fjárfesta á bandaríska sólarorkugeiranum og dregið úr þeim hraða uppgangi sem þar hefur verið undanfarin ár.

Það virðist alla veganna óumdeilt að veruleg vandræði eru nú uppi víða í sólarselluiðnaðinum í Bandaríkjunum. Þar er nærtækt að nefna nýlegt greiðsluþrotSuntech Power. Suntech er vel að merkja hvorki meira né minna en stærsti sólarselluframleiðandi heimsins. Fyrirtækið er að vísu að mestu í kínverskri eigu, en er með verulega starfsemi vestra og er skráð í kauphöllinni í New York. Það fór því laufléttur titringur um fjárfesta í endurnýjanlegri orku, þegar Suntech gat ekki staðið við afborganir af skuldabréfum nú fyrir fáeinum dögum síðan. Þarna er á ferðinni fyrirtæki sem var um 16 milljarða dollara virði á hlutabréfamarkaðnum þegar flugið náði hæst fyrir um fimm árum! Í dag er markaðsverðmæti Suntech einungis um hálft prósent af þeirri fjárhæð. Og fall Suntech verður jafnvel ennþá dramatískara þegar haft er í huga að fyrirtækið hefur verið eitt helsta stolt Kínverja í græna orkuiðnaðinum.

Svo virðist að það sé einkum offramboð á sólarsellum sem er að verða Suntech að falli. Þetta er a.m.k. sú skýring sem lesa má í fjölmiðlum; þ.e. að fyrirtækið hafi ekki ráðið við það þegar algengt verð á kísilflögum var komið undir 1 USD/W. Þetta vekur óneitanlega grun um að hratt lækkandi verð á sólarsellum – sem einmitt var dásamað hér fyrr í færslunni – sé hugsanlega alls ekki að endurspegla raunverulegan framleiðslukostnað. Er sólarsellumarkaðurinn kominn út í tóma vitleysu og að kannski kafna í eigin undirboðaælu?

Kannski er sólarorkan sem sagt alls ekki orðin jafn ódýr eins og menn halda fram. Meðan stjórnvöld og viðskiptavinir fögnuðu lækkandi verði á sólarsellum virðast framleiðendurnir a.m.k. eiga í sífellt meiri vandræðum með að standa við fjárhagslegar skuldbindingar sínar.

Þessi vandi virðist ekki bundinn við Bandaríkin ein. Nýverið tilkynnti t.a.m. þýski iðnaðarrisinn Bosch að hann hygðist losa sig við sólarselluframleiðsluna sína. Ástæðan er einföld; hjá Bosch hafa menn á undanförnum árum tapað milljörðum evra á sólarselluævintýrinu sínu. Og segjast nú alveg búnir að missa trúna á að sólarorka geti orðið samkeppnishæf!

Hundahreinsun?

Því miður eru blikur á lofti í sólarselluiðnaðinum. Þrátt fyrir stóraukna sölu á sólarsellum og margvíslegan opinberan stuðning, þá gengur a.m.k. sumum framleiðendum sólarsella afleitlega að afla nægjanlegra tekna. Er þetta kannski vonlaus bissness?

Orkubloggarinn leyfir sér að vera bjartsýnn um áframhaldandi vöxt í nýtingu á sólarorku. Það er vissulega staðreynd að ennþá er nokkuð langt í það að raforkuframleiðsla með sólarsellum geti keppt við aðra orkugjafa, nema með einhverskonar opinberum stuðningi. En þátt fyrir gjaldþrotahrinu í þessum iðnaði eru ennþá fjölmargir stórir sólarselluframleiðendur sem enn eru á fullu og virðast hvergi bangnir. Kannski er þessi gjaldþrotahrina bara nauðsynleg hreinsun til að koma á jafnvægi milli framboðs og eftirspurnar. Stóra spurningin er þá bara hvar jafnvægið liggur? Svo er það jafnvel ennþá stærri spurning hvort komi að því að byggð verði upp sólarkísilframleiðsla á Íslandi?