Miedź jest niezwykle ważnym materiałem ułatwiającym ciągły rozwój sektora energii słonecznej i umożliwiającym dokonanie transformacji energetycznej w sposób ekonomicznie opłacalny i zrównoważony.
Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż którejkolwiek innej technologii wytwarzania energii elektrycznej – więcej niż energii ze źródeł kopalnych i jądrowej łącznie. Całkowita moc zainstalowana energii słonecznej, przyłączona do sieci w 2017 r. wyniosła 99,1 GW, co oznacza wzrost 30% rok do roku w stosunku do mocy 76,6 GW przyłączonej w roku 2016. Oznacza to, że całkowita moc zainstalowana energii słonecznej przekracza obecnie 400 GW. Co ciekawe, moc w zainstalowana roku 2017 jest prawie taka sama, jak zainstalowana globalnie do roku 2012. Oznacza to nadzwyczajny wzrost energetyki słonecznej w ostatnich latach.
Kluczową przyczyną ciągłego wzrostu instalowanej mocy jest to, że ceny energii słonecznej nadal spadają. Przykładem jest przetarg na instalację o mocy 300 MW w Arabii Saudyjskiej wygrany przy cenie 2,34 USc/kWh, będącej nowym światowym rekordem obniżania cen w energetyce słonecznej.
ZOBACZ TAKŻE: Polska energetyka potrzebuje innowacji. Nie tylko ze względu na upały
Dziewięć krajów zainstalowało po więcej niż 1 GW w 2017 r., wobec siedmiu krajów w 2016 r. Prym wiodą Chiny, które zainstalowały ponad połowę (53,3%) światowej mocy wytwórczej w 2017 r. W innych regionach, Stany Zjednoczone (drugi największy rynek energii fotowoltaicznej) zainstalowały 10,6 GW, znacznie mniej od rekordowego poziomu 15,1 GW osiągniętego w 2016 r. Rok 2017 był rekordowym dla energii fotowoltaicznej w Indiach. Łącznie, moc zainstalowana przekroczyła 19 GW, przy rocznym przyroście netto 9,6 GW – zdumiewający 127% wzrost rynku od ubiegłorocznej wartości 4,3 GW. Indie zajęły miejsce po Japonii, jako trzeci największy rynek w świecie i mogą z powodzeniem wyprzedzić Stany Zjednoczone w 2018 r.
ZOBACZ TAKŻE: Raport: Kolektory słoneczne i ich liczne zastosowanie. Kiedy to się opłaca?
Po przeciwnej stronie tej skali znajdują się kraje członkowskie UE-28, które w 2017 r dodały 5,91 GW w porównaniu 5,89 GW w 2016r. Główną rolę w tym słabym wyniku odegrał “solarny Brexit” Wielkiej Brytanii. Bardziej korzystne są wyniki Europy, jako całości: zwiększenie o 9,2 GW, co oznacza 30% wzrost w porównaniu do mocy 7 GW zainstalowanej w poprzednim roku. Silny wpływ na te wyniki miał znaczny wzrost energetyki słonecznej w Turcji. Moc zainstalowana w Turcji zwiększyła się z 939 MW do blisko 3 GW rok do roku, co stanowi wzrost 217%.
Według raportu „Rynek Fotowoltaiki w Polsce” Instytutu Energii Odnawialnej łączna moc zainstalowana w PV wynosi ok. 300 MW, co daje 3,4% udział fotowoltaiki w polskim „miksie” OZE (dane maj 2018). Jak prognozują autorzy raportu, w latach 2018/2019 fotowoltaika w Polsce wyjdzie z niszy.
Ile miedzi potrzebuje przemysł fotowoltaiczny?
W strukturze elektrowni fotowoltaicznej można wyróżnić 11 podsystemów (p. rysunek), są to:
1. Ogniwo fotowoltaiczne
2. Przewody modułów
3. Kable połączeniowe paneli
4. Kable doprowadzające sterownika gałęzi (SCB)
5. Kable doprowadzające głównej skrzynki przyłączeniowej (MJB)
6. Kable zasilania falownika (DC)
7. Falownik
8. Kable zasilania transformatora (AC)
9. Transformator
10. Uziemienie
11. Zasilanie układu nadążnego (nie dotyczy instalacji o stałym nachyleniu)
Dla każdego z tych podsystemów, można obliczyć zużycie miedzi, przykładowo dla elektrowni PV o mocy 1 MW. Wielkość ta jest reprezentatywna dla sektora energetycznego, który obecnie reprezentuje większość fotowoltaiki (75% w 2016 r., przy czym oczekuje się, że w nadchodzących latach procent ten będzie wzrastał).
ZOBACZ TAKŻE: Raport o energii słonecznej
Ilość miedzi typowo zużywanej w elektrowni fotowoltaicznej o mocy 1MW wynosi od 3,1 do 4,8 t/MW, zależnie od wyboru kabli zasilających falownik (podsystem #6). W przypadku zastosowania układu nadążnego (podsystem 11) liczby te mogą wzrosnąć o kolejne 0,4 t.
SolarPower Europe prognozuje, że nowa moc zainstalowana fotowoltaiki w okresie 2018-2022 osiągnie 621,7 GW, co przekłada się na średni wzrost około 124 GW rocznie. Jeżeli przyjmiemy średnie zużycie miedzi 4 t/MW, to szacowane dodatkowe zapotrzebowanie na miedź na rynku PV wyniesie 496 kt rocznie.
Ile miedzi jest dostępnej na świecie?
Według ustaleń agencji United States Geological Survey, rezerwy miedzi wynoszą 720 mln. ton, a zasoby szacuje się na przeszło 5 mld ton. (Rezerwy są to złoża, które zostały odkryte, oszacowane i ocenione jako ekonomicznie opłacalne. Zasoby są znacznie większe i obejmują: rezerwy, odkryte złoża, które są potencjalnie opłacalne oraz przewidywane nieodkryte złoża). Historycznie (wg danych USGS) od roku 1950 rezerwy wystarczały na średnio 40 lat, a zasobów na 200 lat.
CZYTAJ TAKŻE: Rozwój OZE. Bez miedzi ani rusz
Ponadto, ważną rolę w dostępności miedzi odgrywa jej recykling. W przeciwieństwie do innych produktów, jak energia lub żywność, miedź nie jest “konsumowana”. Miedź jest jednym z nielicznych surowców, który może być wielokrotnie przetwarzany bez utraty swoich właściwości lub parametrów jakościowych.
Dzisiejsza miedź pierwotna jest jutrzejszym materiałem pochodzącym z recyklingu, czyli miedzią wtórną. Obecnie 8,5 mln ton miedzi rocznie pochodzi z recyklingu “starego” złomu, (tj. miedzi zawartej w produktach wycofanych po zakończeniu eksploatacji) i “nowego” złomu (tj. odpadów poprodukcyjnych). Oznacza to, że 30% rocznego zużycia miedzi pochodzi z recyklingu. W Europie liczba ta jest bliższa 45%.
ZOBACZ TAKŻE: Fotowoltaika i jej optymalizacja. Rola trwałości materiałów i efektywności energetycznej
W konsekwencji, sprostanie przyszłemu zapotrzebowaniu na miedź w przemyśle fotowoltaicznym i innych sektorach energii odnawialnej będzie w dalszym ciągu wymagało łączenia surowców pierwotnych, pozyskiwanych na drodze wydobycia, jak również materiałów pochodzących z recyklingu, podczas gdy innowacyjne technologie i działania polityczne powinny nadal przyczyniać się do poprawy wydajności recyklingu i efektywności wykorzystania zasobów.
Miedź i gospodarka o obiegu zamkniętym w instalacjach fotowoltaicznych
Biorąc pod uwagę znaczny wzrost zainstalowanej mocy PV oraz duże ilości potrzebnej miedzi, przewidywana jest znaczna ilość modułów PV wycofanych po zakończeniu eksploatacji, budząc obawy co do przyjaznego dla środowiska i kosztowo efektywnego zarządzania odpadami z modułów PV.
ZOBACZ TAKŻE: Elektromobilność i jej rozwój. Miedź ma ważną rolę do odegrania
IEA-PVPS, którego Copper Alliance jest członkiem, dokonał przeglądu obecnych procesów recyklingu w Unii Europejskiej, stwierdzając, że wskaźnik odzysku miedzi wynosi 85% (wg dwóch anonimowych respondentów). Grupa ta analizowała również możliwe metody recyklingu oparte na istniejącym doświadczeniu z innymi rodzajami złomu elektronicznego, które są znacznie bardziej dojrzałe w porównaniu z procesem recyklingu odpadów PV. Ustalono dwie główne opcje dla których wskaźniki odzysku miedzi wynoszą odpowiednio 80% i 95%. Ponadto w literaturze można znaleźć doniesienia o wskaźnikach osiągających do 100% (proces recyklingu krzemu krystalicznego c-Si, opracowany przez SolarWorld).
Oprócz modułów PV, należy uwzględnić także recykling innych komponentów instalacji fotowoltaicznej. Większa część miedzi jest stosowana w kablach, których procesy recyklingu są powszechne. Reszta miedzi jest użyta w transformatorze (gdzie należy postępować zgodnie z przyjętymi dla tego rodzaju urządzeń sposobami recyklingu) i w falowniku (metody recyklingu złomu elektronicznego).
Miedź niezbędna w fotowoltaice
Dzięki swoim naturalnym właściwościom – wysokiej przewodności elektrycznej i trwałości, miedź jest niezbędna do pobierania, magazynowania i dystrybucji energii słonecznej. Łączy ona moduły fotowoltaiczne z siecią, a także znajduje zastosowanie w silnikach elektrycznych, które w pewnych przypadkach służą do nachylania paneli w stronę słońca. Co więcej, miedź stosowana w systemach fotowoltaicznych nie zostaje zużyta, gdyż jest w 100% przetwarzalna i może być ponownie użyta po zakończeniu cyklu życia systemu fotowoltaicznego bez utraty swoich właściwości.
Ze względu na to, że globalny przemysł fotowoltaiczny stale rozwija się i popyt na miedź będzie wzrastał, przemysł miedziowy dokłada wszelkich starań i jest zdecydowany, aby sprostać temu zapotrzebowaniu, wspierając przy tym bardziej zrównoważoną przyszłość i ułatwiając transformację energetyczną.
ZOBACZ TAKŻE: Przybywa przydomowych instalacji fotowoltaicznych
