Role mědi v odvětví solární energetiky

Měď je nesmírně důležitým materiálem pro usnadnění dalšího rozvoje odvětví solární energetiky a umožnění transformace energetiky nákladově efektivním a udržitelným způsobem.

Odvětví solární energetiky i nadále posiluje. Podle společnosti Solar Power Europe byla v roce 2017 globálně uvedena do provozu větší kapacita fotovoltaiky než jakékoli jiné technologie výroby energie: více než kombinace technologií fosilních paliv a jaderné energie. V roce 2017 bylo do sítě připojeno celkem 99,1 GW solárních elektráren, což je meziroční nárůst téměř o 30% oproti hodnotě 76,6 GW, připojené v roce 2016. To znamená, že celosvětová kapacita solárních elektráren nyní činí více než 400 GW. Zajímavé je, že v roce 2017 byla instalována téměř taková kapacita solárních článků, jako byla celosvětově instalována do konce roku 2012. To ukazuje pozoruhodný růst solární energetiky v posledních letech.

Klíčovým důvodem dalšího zvyšování kapacity je skutečnost, že cena slunečních elektráren i nadále klesá. Příkladem je únor 2018, kdy v Saúdské Arábii v tendru na 300 MW zvítězila světově nejnižší cena za sluneční energii ve výši 2,34 amerických centů/kWh.

V roce 2017 instalovalo devět zemí více než 1 GW, oproti sedmi zemím v roce 2016. V čele byla Čína, která v roce 2017 instalovala více než polovinu (53,3%) světové solární kapacity. Pokud jde o ostatní, Spojené státy (v roce 2017 druhý největší světový trh s fotovoltaikou na světě) instalovaly 10,6 GW, což je podstatně méně než rekordní úroveň 15,1 GW, dosažená v roce 2016. Rok 2017 byl pro fotovoltaiku rekordním rokem v Indii. Kumulovaná instalovaná kapacita přesáhla 19 GW, s čistým ročním přírůstkem 9,6 GW – ohromující růst trhu o 127% z loňských 4,3 GW. Indie převzala třetí příčku Japonska ve velikosti trhu a mohla by v roce 2018 předběhnout i USA.

Na druhém konci žebříčku jsou členské státy EU-28, které v roce 2017 připojily pouhých 5,91 GW, v porovnání s 5,89 GW v roce 2016; v těchto slabých výsledcích hrál významnou úlohu “solar exit” Spojeného království. Výsledky celé Evropy jsou pozitivnější, přidala 9,2 GW, což představuje nárůst o 30% ve srovnání se 7 GW, instalovanými o rok dříve. Velký vliv na tyto výsledky měl obrovský nárůst solární energetiky v Turecku. Instalovaná kapacita solární energetiky v Turecku meziročně vzrostla z 939 MW na téměř 3 GW, což představuje nárůst o 217%.

Kolik mědi vyžaduje fotovoltaický průmysl?

Fotovoltaickou elektrárnu lze rozčlenit na 11 subsystémů (viz obrázek), a to:

  1. FV článek
  2. Kabely mezi moduly
  3. Propojovací kabely mezi panely
  4. Napájecí kabely řídicí jednotky (SCB)
  5. Napájecí kabely hlavního rozvaděče (MJB)
  6. Napájecí kabely měniče (ss)
  7. Měnič
  8. Napájecí kabely transformátoru (st)
  9. Transformátor
  10. Uzemnění
  11. Napájení polohovací jednotky (nepoužívá se u instalací s pevným náklonem)

Pro každý z těchto subsystémů lze vypočítat spotřebu mědi, například pro fotovoltaickou elektrárnu o výkonu 1 MW. Tento výkon je reprezentativní pro segment solárních parků, který v současnosti představuje většinu výkonu FV (75% v roce 2016, s očekávaným růstem v příštích letech).

Ve fotovoltaické elektrárně o výkonu 1 MW se obvykle používá 3,1 až 4,8 tuny mědi, v závislosti na volbě napájecích kabelů měniče (subsystém č. 6). Toto číslo se zvýší o další asi 0,4 tuny, pokud se používá polohovací systém (subsystém č. 11).

Solar Power Europe předpovídá, že globální nově instalovaná fotovoltaická kapacita v období 2018-2022 dosáhne přibližně 621,7 GW, což znamená průměrný růst okolo 124 GW ročně. Pokud použijeme průměrnou spotřebu mědi ve výši 4 tuny/MW, odhadované navýšení roční poptávky po mědi v segmentu fotovoltaiky můžeme vypočítat na 496 tis. t/rok.

 Kolik mědi je na světě k dispozici?

Podle nejnovějšího (2014) výzkumu Geologického průzkumu Spojených států (USGS), činí rezervy mědi 720 milionů tun a zdroje se odhadují na více než 5 000 milionů tun. (Rezervy jsou ložiska, která byla objevena, vyhodnocena a posouzena jako ekonomicky zisková. Zdroje jsou mnohem větší a zahrnují rezervy, objevená ložiska, které jsou potenciálně zisková, a predikovaná neobjevená ložiska.) Historicky (podle údajů USGS) bylo rezerv mědi od roku 1950 vždy v průměru na 40 let a zdrojů na více než 200 let.

Kromě toho hraje v dodávkách mědi důležitou roli její recyklace. Na rozdíl od jiných komodit, jako je energie nebo jídlo, měď se „nespotřebovává“. Měď je jedním z mála materiálů, které lze opakovaně recyklovat, aniž by došlo k degradaci jejich vlastností.

Dnešní primární měď je materiálem zítřejší recyklace, neboli sekundární mědí. V současnosti pochází 9 miliónů tun mědi ročně z recyklace „starého“ šrotu (měď, obsažená v produktech s ukončenou životností) a „nového“ šrotu (odpad, vznikající při výrobě). To znamená, že více než 30% celosvětové roční spotřeby mědi pochází z recyklovaných zdrojů. V Evropě jde téměř o 45%.

V důsledku toho bude naplnění budoucí poptávky FV a dalších obnovitelných odvětví po tomto kovu i nadále vyžadovat kombinaci primární suroviny, pocházející z dolů, a také recyklovaného materiálu. Inovační politiky a technologie by přitom měly i nadále přispívat ke zlepšení výkonnosti recyklace a účinného využívání zdrojů.

Měď a cirkulární ekonomika ve fotovoltaických instalacích

Vzhledem k významnému růstu instalované fotovoltaické kapacity a velkému množství potřebné mědi se v nadcházejících desetiletích očekává ukončení životnosti značného objemu fotovoltaických modulů, což vyvolává obavy z ekologického a nákladově efektivního nakládání s FV moduly jako odpadem.

IEA-PVPS, jejímž členem je společnost Copper Alliance, provedla přezkum stávajících procesů recyklace v EU a zjistila míru recyklace mědi ve výši 85% (podle dvou anonymních respondentů). Tato skupina také analyzovala možné způsoby recyklace na základě stávajících zkušeností s jinými typy elektronického odpadu (které jsou ve srovnání s procesy recyklace fotovoltaiky mnohem vyspělejší). Byly identifikovány dvě hlavní možnosti, vedoucí k míře recyklace 80% a 95%. Navíc literatura uvádí až 100% (proces recyklace c-Si společnosti SolarWorld).

Kromě fotovoltaických modulů je třeba brát v úvahu i recyklaci ostatních součástí fotovoltaických instalací. Většina mědi je použita v kabelech, u nichž jsou recyklační procesy běžné. Zbytek mědi se používá v transformátoru (pro který se používají obvyklé způsoby recyklace) a v měniči (recyklace jako u elektro odpadu).

ZÁVĚR

Díky svým přirozeným vlastnostem, jako je vysoká vodivost a trvanlivost, je měď životně důležitá pro zachytávání, skladování a distribuci sluneční energie. Spojuje fotovoltaické moduly s rozvodnou sítí a v některých případech napájí motory, které naklápějí solární panely směrem k slunci. Kromě toho měď použitá v solárních fotovoltaických systémech není spotřebovaná, protože měď je 100% recyklovatelná a může být po životním cyklu fotovoltaického systému znovu použita bez ztráty svých příznivých vlastností.

Vzhledem k tomu, že světový průmysl fotovoltaiky stále roste, poptávka po mědi se zvýší a měďařský průmysl je odhodlán a připraven splnit tento požadavek, při současné podpoře udržitelnější budoucnosti a usnadnění transformace energetiky.