Fotovoltaické elektrárny: Globální instalace a růst v roce 2023
Článek udává současnou instalovanou kapacitu fotovoltaických systémů (celkový kumulovaný i ročně instalovaný výkon) a podíl jednotlivých zemí. Dále se zabývá podílem fotovoltaiky na výrobě elektrické energie ve vybraných zemích a porovnává tento podíl s globálním průměrem a průměrem EU. Zabývá se rovněž změnami technologie fotovoltaických modulů, trendy změn účinnosti a ceny fotovoltaických modulů a podává informace o vývoji roční výrobní kapacity největších výrobců fotovoltaických modulů.
V roce 2023 došlo k rapidnímu nárůstu instalací fotovoltaických elektráren v Číně, Evropě i v USA a současně k poklesu cen solárních panelů a souvisejících komponentů. Přinášíme statistiku instalovaného výkonu pro vybrané země světa, porovnáme výrobní kapacity Číny a Evropy a podíváme se i do ČR.
Výroba elektrické energie pomocí fotovoltaických systémů přímo připojených do rozvodné sítě probíhá zhruba od roku 1980. Od té doby fotovoltaika prošla velmi rychlým vývojem. Jestliže v roce 2001 byl celkový výkon FVE instalovaný ve světě 1 GWp, ke konci roku 2012 byl 100 GWp a do koncem roku 2022 již přesáhl úroveň 1 TWp. V loňském roce pokračoval fotovoltaický průmysl ve velmi vysokém tempu růstu. Roční instalovaný výkon se zvýšil z přibližně 240 GWp v roce 2022 na zhruba 420 GWp v roce 2023 a celkový globální instalovaný výkon FVE dosáhl koncem roku 2023 úrovně 1,6 TWp [1].
Vývoj globálního kumulovaného i ročního instalovaného výkonu FVE je znázorněn na obr. 1. Fotovoltaika se stala nejrychleji rostoucím segmentem výroby energie (téměř 80% nárůst za poslední dva roky) a její podíl na celosvětové výrobě elektrické energie dosáhl 8 %.
Obr. 1. Vývoj globálního celkového (kumulovaného) a ročně instalovaného výkonu fotovoltaických systémů v období 2005–2023
Geografické rozložení a růst fotovoltaiky v roce 2023
Nejvíce FVE bylo uvedeno do provozu v Číně (více než 235 GWp), čímž vzrostl celkový instalovaný výkon FVE v Číně na 662 GWp. V EU bylo v roce 2023 nainstalováno 55,8 GWp fotovoltaických systémů (Německo 14,3 GWp, Španělsko 7,7 GWp, Polsko 6,0 GWp, Itálie 5,3 GWp, Nizozemsko 4,2 GWp, Francie 3,9 GWp, zbytek EU 14.4 GWp), čímž vzrostl celkový výkon fotovoltaických elektráren v EU na 268 GWp.
Geografické rozložení celkového instalovaného výkonu FVE ke konci roku 2023 je znázorněno na obr. 2a, výkon instalovaný v roce 2023 je znázorněn na obr. 2b. Přitom celosvětově stále převládá výstavba velkých fotovoltaických systémů s výkonem nad 100 kWp (zhruba 60 % v roce 2023) na volných plochách nad výstavbou střešních fotovoltaických systémů.
Obr. 2a. Podíl jednotlivých zemí na globálním celkovém (kumulovaném) instalovaném výkonu v roce 2023
Obr. 2b. Podíl jednotlivých zemí na globálním výkonu instalovaném v roce 2023
Podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie
S rostoucí výstavbou fotovoltaických systémů roste také podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie. Odhadovaný podíl kapacity fotovoltaických elektráren na celkové výrobě elektrické energie v jednotlivých zemích [1] je znázorněn na obr. 3. Průměrný podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie vzrostl globálně z 6,8 % v roce 2022 na 8 % v roce 2023, v EU vzrostl z 8,7 % v roce 2022 na 10,3 % v roce 2023, přičemž tento podíl ve Španělsku a Nizozemsku dosáhl v roce 2023 úrovně 20 %, v Řecku a Německu dosáhl úrovně nad 14 %, v Polsku, Belgii, Itálii, Bulharsku, Rakousku, Dánsku a Portugalsku je tento podíl v rozmezí 10,5 % – 11,8 % (pro ČR je udáván podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie 4,9 %). V Číně, v zemi s nejvyšším instalovaným výkonem FVE, se fotovoltaické systémy podílejí v roce 2023 na celkové výrobě elektrické energie z 9,6 % (6 % v roce 2022).
![Obr. 3. Podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie v některých zemích v roce 2023 (podle [1])](/docu/clanky/0272/027227o6.png)
Obr. 3. Podíl fotovoltaiky na výrobě elektrické energie v některých zemích v roce 2023 (podle [1])
Technologie výroby a typy fotovoltaických článků
Obr. 4. Vývoj technologie fotovoltaických modulů
Z hlediska technologie fotovoltaických modulů, dominují fotovoltaické moduly na bázi monokrystalického křemíku, které představují více než 96 % celkové světové produkce. Z křemíkových technologií stále převažují články a moduly PERC (výchozí materiál typu P), dochází však k poměrně rychlému posunu ke křemíkovým technologiím TOPCon a HJT (výchozí materiál typu N) [2]. Změny v použitých technologiích jsou demonstrovány na obr. 4. V roce 2023 dosáhla průměrná účinnost fotovoltaických článků 23,4 % u PERC, 25 % u TOPCon a 25,2 % u HJT [3], což vede k účinnosti modulu asi 21,5 % u PERC a asi 22,5 % u technologií TOPCon, HJT a IBC, průměrná účinnost modulů přesáhla 21 % (pro srovnání, průměrná účinnost modulů v roce 2014 byla 16 %).
Výrobní kapacity a produkce v Číně
K největšímu nárůstu jak výrobní kapacity, tak výroby došlo v Číně. V roce 2022 Čína vyrobila 90 % polykrystalického Si, 99 % Si destiček (wafers), 91 % křemíkových fotovoltaických článků a 85 % křemíkových fotovoltaických modulů z celosvětové produkce [4]. Čína zajišťuje celé materiálové zabezpečení výrobního řetězce (sklo, fólie atd.) a vyrábí také více než 50 % světové produkce potřebných výrobních zařízení. Během roku 2023 vzrostla čínská výroba polykrystalického křemíku o 64 %, křemíkových destiček o 74 %, fotovoltaických článků o 71 % a fotovoltaických modulů o 72 % ve srovnání s výrobní kapacitou v roce 2022, čímž se dále upevnila dominantní pozice Číny ve výrobě fotovoltaických modulů (vyrobeno více než 500 GWp v roce 2023) [1], [3].
Obr. 5. Vývoj roční výrobní kapacity největších výrobců fotovoltaických modulů
Výrobě v Číně dominují vertikálně integrované koncerny s velkými výrobními kapacitami s vysokým stupněm automatizace a velkou výzkumně-vývojovou základnou. Vývoj výrobní kapacity předních čínských společností v období 2021–2023 je znázorněn na obr. 5. Světových rekordů v účinnosti článků (26,81 % pro HJT a 33,9 % pro tandem perovskit – c-Si) dosáhly také čínské společnosti [5] vykazující vysokou úroveň výzkumu a vývoje. Výrobky čínských společností také dominují testování vysokého výkonu a kvality modulů [6], [7]. Kromě výrazné dominance Číny ve výrobním řetězci FV modulů, začíná Čína dominovat také výrobě střídačů pro fotovoltaické systémy, kde společnosti sídlící v Číně v současnosti představují více než 70 % celosvětové produkce [4], [8]. Čínské společnosti mají také dominantní postavení ve výrobě bateriových úložišť.
Současná kapacita výroby modulů je více než dvojnásobná oproti realizované výrobě, převis nabídky a zvýšená konkurence firem vede k výraznému snížení marží, což se projevilo výrazným poklesem prodejních cen fotovoltaických modulů, které se dostaly na úroveň kolem 0,13 USD/Wp, (v průběhu roku 2024 se očekává další pokles na 0,1 USD/Wp [9]). Převis nabídky nad poptávkou a tvrdá konkurence na trhu má také vliv na urychlení přechodu technologie na struktury s vyšší účinností (TOPCon, HJT, IBC), zvětšení rozměrů článků a modulů a také prodloužení životnosti modulů na 30 a více let. Podle některých analýz je očekáván roční nárůst instalované kapacity 25 %, roční produkce by pak v roce 2030 mohla přesáhnout 1 TWp, celkový globálně instalovaný výkon by mohl v roce 2050 dosáhnout 75 TWp [10].
Výrobní kapacity, ceny a cíle Evropské unie
Pokud jde o cíle, které si EU stanovila v rámci programu REPOwerEU [11], celkem úspěšně je plněn cíl výstavby fotovoltaických elektráren. Z cílové kapacity 750 GWp v roce 2030 bylo již koncem roku 2023 realizováno 268 GWp a k realizaci zbývajících 470 GWp je třeba instalovat v průměru 67 GWp ročně, což nepředstavuje velký skok ze současné úrovně (56 GWp v roce 2023). V dlouhodobém výhledu EU se počítá s instalací fotovoltaických systémů s celkovou kapacitou 1400 GWp do roku 2050 [12].
Složitější je plnění cíle dosažení konkurenceschopnosti ve výrobě fotovoltaických modulů při pokrytí alespoň 40 % ročních instalací moduly vyráběnými v EU, přičemž, aby EU znovu získala šanci zvýšit podíl na trhu, musí se zaměřit na inovace a vývoj příští generace solárních fotovoltaických systémů [13]. Tato vize byla reálná ještě na konci roku 2022, kdy cena modulů v Číně byla zhruba 0,26 USD/Wp. Během roku 2023 poklesly vlivem výrazného zvýšení výrobních kapacit ceny modulů v Číně na 0,15 USD/Wp, zatímco ceny modulů vyráběných v Indii byly 0,22 USD/Wp, modulů vyráběných v EU 0,30 USD/Wp a modulů vyráběných v USA 0,4 USD/Wp [14]. Evropské společnosti také nejsou schopny v krátké době plně kompletovat dodavatelský řetězec křemíkových technologií a překonat závislost na některých čínských technologiích [15].
Vývoj fotovoltaiky v České republice
V České republice probíhal od roku 2014 komplikovaný vývoj [16] spojený s boomem v letech 2009–2010, následovaný dlouhým obdobím stagnace a fotovoltaické systémy budované po roce 2013 nejsou zařazeny mezi zdroje energie, podporované výkupní cenou energie. Přesto však se Česká republika zapojuje do plnění cílů, vyplývajících z programu REPowerEU. Výstavba nových FVE je podporována pomocí investičních dotací v rámci Národního plánu obnovy za podpory Modernizačního fondu, operačního programu „Nová zelená úsporám“ a dalších zdrojů [17], Od roku 2022 nastává nárůst instalovaného výkonu, takže v roce 2023 byly nainstalovány fotovoltaické systémy s celkovým výkonem více než 940 MWp a tento trend, v souladu s celosvětovým trendem, bude pokračovat i v dalších letech při překonávání problémů spojených se zapojováním fotovoltaických systémů do distribuční sítě.
Reference
- Snapshot of Global PV Markets 2024, Report IEA-PVPS T1-42:2024 April 2024
- https://www.pv-magazine.com/2024/05/22/perc-solar-products-hard-to-sell-due-to-falling-topcon-module-prices/
- https://taiyang-news.info/chinas-solar-pv-output-in-2023-exceeded-rmb-1-7-trillion/ Feb 29, 2024
- PVPS TRENDS IN PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS 2023, REPORT IEA PVPS T1-43:2023
- https://www.longi.com/en/news/new-world-record-for-the-efficiency-of-crystalline-silicon-perovskite-tandem-solar-cells/
- https://scorecard.pvel.com/top-performers/
- https://retc-ca.com/download-2023-pvmi
- https://www.pv-tech.org/the-pv-review-q3-2023-module-influx-from-china-eu-revised-solar-capacity-target-manufacturing-expansions-in-us/
- Chase, J.: Global PV Market Outlook, 4Q 2023, https://about.bnef.com/blog/global-pv-market-outlook-4q-2023/
- Haegel N. M., P. Verlinden, M. Victoria, et al., Photovoltaics at multi-terawatt scale: Waiting is not an option,
https://doi.org/10.1126/science.adf6957 - COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE EUROPEAN PARLIAMENT, THE EUROPEAN COUNCIL, THE COUNCIL, THE EUROPEAN ECONOMIC AND SOCIAL COMMITTEE AND THE COMMITTEE OF THE REGIONS REPowerEU Plan, COM/2022/230 final, Document 52022DC0230
- https://taiyang-news.info/bloomberg-expects-1400-gw-pv-for-europe-by-2050/
- McWilliams, B., Tagliapietra S. and Trasi, C.: Smarter European Union industrial policy for solar panels, https://www.bruegel.org/sites/default/files/2024-02/PB%2002%202024_3.pdf
- https://www.asiafinancial.com/china-solar-panel-costs-plunge-in-2023-60-cheaper-than-us
- https://www.pvxchange.com/Market-Analysis-December-2023-Renaissance-of-mass-solar-production-in-Europe-postponed
- Benda, V. Fotovoltaika v České republice. Inovační podnikání & transfer technologií. 2022, (4/2022), 9-11
- https://www.mpo.gov.cz/cz/rozcestnik/pro-media/tiskove-zpravy/od-roku-2022-se-v-cesku-pripojilo-pres-100-tisic-solarnich-elektraren--slo-o-jeden-ze-slibu-vlady--279121/
Photovoltaics is becoming the fastest growing segment of energy production in the world.
The article introduces the current state of photovoltaics in the world. It indicates the current installed capacity of photovoltaic systems (total cumulative and annually installed power) and the share of individual countries in the installed cumulative and annually installed power. It also deals with the share of photovoltaics in electricity production in selected countries and compares this share with the global average and the EU average. It also deals with changes in photovoltaic module technologies, change trends and prices of photovoltaic modules and provides information on the development of the annual production capacity of the largest manufacturers of photovoltaic modules.