Slunce ovládne produkci elektřiny. Růst zaskočil i experty

Analýzu si také můžete poslechnout v audioverzi.

„Postavíme plot ze solárů. Je to levnější než beton,“ vyšla letos zpráva ve Financial Times. Zní to jako zjevný apríl, o to spíše, že vyšla 1. dubna. Článek je sice vtipný, jenže odpovídá realitě.

Pojednává o novém trendu v Německu a Nizozemsku. Solární panely zde tak zlevnily, že si je lidé instalují na plot, respektive panely jsou tím plotem. Svisle umístěné články sice nejsou tak účinné, jako by byly na střeše, ale plot z nich sestavený vyjde prakticky stejně draho jako jakýkoli jiný plot. Tak proč toho nevyužít?

Tato anekdota ilustruje mohutný, byť nenápadný trend. Posledních patnáct let – či spíše padesát let – se dělo něco, co změní svět. Pokud nepatříte mezi věrné fanoušky energetických statistik, nejspíš jste to nezaznamenali.

V roce 2010 byl podíl solární elektřiny pouhých 0,15 %, v roce 2000 pak dokonce méně než setina procenta. Loni už množství elektřiny, které lidstvo získá pomocí solárních panelů, přesáhlo pětiprocentní podíl.

V absolutních číslech je to stejně impozantní růst. V roce 2010 všechny solární panely na celém světě vyprodukovaly sotva 32 terawatthodin, pokryly by tedy tehdy sotva polovinu spotřeby České republiky.

Loni už by světové solární panely zvládly řádově více. Kdybychom teoreticky mohli jimi vyprodukovanou elektřinu beze ztrát přesunout, kam bychom chtěli, bez problémů by utáhly nejen spotřebu Česka, ale také Německa, Francie, Itálie a Velké Británie. Dohromady.

Z naprosto okrajové záležitosti se za poslední desetiletí stal hlavní tahoun nejen obnovitelné energetiky. Nové solární elektrárny jsou najednou (v řadě lokalit) výhodnější než elektrárny spalující fosilní paliva.

Ještě před 15 lety byla nová solární elektrárna dost nevýhodný projekt. Vyplatila se vlastně jen s dotacemi, nebo na velmi neobvyklých lokacích. Stačilo ale deset let a solární elektrárny (a také větrné) se díky zásadním inovacím i rozběhnutému cyklu nabídky-poptávky radikálně zlevnily.

Dnes jsou solární panely ve sluncem zalitých zemích, jako je Indie, nejen ekologické, ale především ekonomické. Ze srovnání dokonce vycházejí levněji než klasické zdroje. Uhelné i jaderné elektrárny se v tomto období žádného výrazného zlevnění nedočkaly.

Experti byli tímto vývojem docela zaskočeni. Každý rok sledovali globální nárůst ten rok instalovaných solárních panelů. A každý rok předpovídali, že tím se ten nárůst zastaví a nebude pokračovat. V roce 2010 si například Mezinárodní agentura pro energii (IEA) správně povšimla, že růst solárních panelů vypadá exponenciálně.

Ale když přišlo na to, aby IEA udělala predikci, najednou už nekalkulovala s exponenciálním růstem. Z řady pragmatických důvodů do dalších let předvídala stabilní, nikoli překotný nárůst. V podstatě jako kdyby se růst zastavil a přešel z exponenciály do lineární křivky.

Vidíme, že IEA se v roce 2010 prezentuje jako „střední proud“ a distancuje se tak od příliš nadšenců typu Greenpeace, kteří byli kritizováni za svou zaslepenost. My dnes ale vidíme, že dokonce i „aktivisticky-optimistický odhad“ z dílny slavné ekoorganizace se držel příliš při zemi.

Kapacita nainstalovaných solárních panelů narůstá stále rychleji. Podle propočtů The Economist se odborné odhady počtu nově nainstalované fotovoltaiky konzistentně mýlily. Realita překonávala pětileté predikce v průměru o 235 %. A když se pohybujeme v exponenciálních křivkách, omyly se násobí. Předpovědi na 40 let dopředu tak dnes působí vyloženě směšně. Metu dvou terawattů, kerou IEA věštila pro rok 2040, prakticky jistě protneme už v následujících dvou letech.

„Před dvaceti lety, v roce 2004, trvalo celý rok, než byl nainstalován jeden gigawatt fotovoltaiky,“ přišel s názornou pomůckou analytik Michael Liebreich. „V roce 2010 trvalo instalovat jeden gigawatt na celém světě jeden měsíc. V roce 2016 to byl jeden týden.“

A v roce 2023 byl gigawattový ekvivalent solárních panelů instalován prakticky denně.

„Každoročně se výrazně zvyšuje objem instalovaných solárních elektráren a tím i počet vyrobených panelů. Zvyšují se výrobní kapacity a konkurenční prostředí tlačí na nižší ceny,“ shrnuje důvody pro optimistická očekávání Jan Krčmář, ředitel české Solární asociace. „Kromě toho se do výzkumu a vývoje kolem fotovoltaiky investují obrovské prostředky, což dále výrobu zlevňuje.“

Ale umírněné predikce expertů měly své důvody. Samozřejmě, že i oni viděli exponenciální růst. Jenže žádná exponenciální křivka nemůže v reálném světě růst donekonečna. Časem se obrátí do křivky distribuční a získá tvar podlouhlého S.

Experti zkrátka předpokládali, že těch důvodů pro zploštění je příliš mnoho, a začnou si vybírat svou daň. Předpokládali, že solární panely díky dotacím a pobídkám zaplní své omezené místo na trhu a poptávka ochladne.

Každá z těchto překážek je reálná. A na překonání každé z nich se usilovně pracuje. Tam, kde dříve byly nutné dotační pobídky, už přebrala vedoucí roli motivace ekonomická. Solární panely se začaly vyplácet.

Moderní historie solárních panelů – nebojte, vezmeme to rychle – se začala psát v 19. století. Francouzský fyzik Edmond Becquerel si všiml, že některé materiály po osvícení slunečním svitem produkují mírný elektrický proud. Byly to ale hodnoty sotva měřitelné a v praxi nepoužitelné. První „trvalý“ solární panel zřejmě sestrojil až americký vynálezce Charles Fritts.

Tyto první solární panely ale nemohly konkurovat levné a dostupné elektřině ze spalovacích elektráren. Nebyly jen o trochu dražší. Byly řádově dražší. A tato situace trvala následujících 130 let, v podstatě až do minulého desetiletí.

Za to, že vůbec vývoj solárních panelů pokračoval – navzdory zoufale nevýhodné ekonomické bilanci – vděčíme velmi speciálním projektům. Třeba vesmírným misím NASA, které ve vesmíru neměly moc jiných možností než své sondy vybavit solárními panely.

S každou generací solárních panelů se roztáčelo inovační kolo: stoupala účinnost, klesala cena a to tlačilo poptávku vzhůru. Začátky byly pomalé, ale otáčky vytrvalé. Právě zde je třeba hledat počátky onoho exponenciálního růstu. Když se podíváme na to, jak postupně klesala cena za solární panely, vidíme, že potřebujeme logaritmickou osu Y.

Pak doceníme, jak významně se situace změnila a nadále mění. Tak jako počítačové čipy mají svůj Moorův zákon – výkon se dvojnásobí přibližně každé dva roky – tak i solární panely se zlevňují dlouhodobě a neustále.

„Zlevňování solárních panelů je cca o 20% při zdvojnásobení celkové instalované kapacity podle tzv. Swansonova zákona, který patří mezi empirické exponenciální zákony, obdobné jako Moorův zákon,“ napsal pro Seznam Zprávy Antonín Fejfar z Fyzikálního Ústavu AV ČR. Další zvyšování účinnosti je podle něj omezeno fyzikálními limity. „Prostor k dalšímu vývoji existuje, a to pomocí změny designu na tandemové články. A další (potenciál ke zlepšení) je v návrhu celého energetického systému.“

Podobnost čipů a solárních panelů jde ještě hlouběji, až na atomární dřeň obou destiček. Výroba počítačových čipů je pověstná svou neuvěřitelnou přesností a laboratorní čistotou. V na první pohled podobných podmínkách se dnes vyrábějí i solární panely.

Lákadlem posledních let je čistota ve znamení „deseti devítek“. Jde o polysilikon o čistotě 99,99999999 % , kde už se v podstatě počítá s jednotlivými atomy. Taková čistota přináší další zefektivnění, inovace, poptávku a zlevnění. Těží z toho momentálně především Čína, kde se vyrábí 93 % veškerého polysilikonu určeného pro solární panely.

Čína ostatně vede v mnoha dalších solárních statistikách. Podle statistik IEA pochází 95 % nově instalovaných solárních panelů v Evropě právě z Číny. A z 1,6 terawatthodin světové solární produkce připadá na Čínu právě třetina.

Někteří analytici mají ohledně budoucnosti jasno. „Slunce vyhrálo,“ napsal třeba v roce 2022 Rob Carlson z firmy Planetary Technologies. „Každoroční exponenciální růst instalací solárních zařízení trvá již více než 25 let a bude pravděpodobně pokračovat, možná dokonce zrychlovat. V roce 2021 bylo do projektů obnovitelných zdrojů ročně investováno více peněz než do projektů fosilních paliv, bylo postaveno více nových solárních elektráren než jakýchkoli jiných. Náklady na (kapacitně srovnatelné, pozn. red.) solární projekty byly nejméně čtyřikrát nižší než pro projekty založené na pálení fosilních paliv.“

Podle Carlsona by to nemělo být překvapivé. Slunce je ostatně reaktor, který k nám neustále posílá novou energii. Zatímco fosilní paliva se relativně vyčerpají, slunce v dohledné době příštích tisíciletí ani nemrkne.

Největší změny mohou sluneční elektrárny přinést tam, kde nyní žádné elektrárny nejsou. S jídlem roste chuť, a tam, kde se objeví elektřina, se objeví i způsob, jak ji využít. V odlehlých oblastech, kde byl dosud dieselový generátor jediná schůdná cesta, se otevřou nové možnosti za zlomek ceny. Logicky pak bude tlak na elektrifikaci. To může vést k vyčištění ovzduší a snížení emisí, tentokrát ale ne kvůli důvodům ekologickým. Bude to zkrátka levnější.

„Jakmile začnete přemýšlet o tom, že elektrická energie je skutečně hojná a zcela zdarma, alespoň v některých okamžicích a na některých místech, začnou se objevovat nové přístupy k nejrůznějším problémům,“ rozvádí vizi esej v magazínu The Economist. Vyjmenovává také projekty, které mohou pomoci i zemím jako Česká republika.

Zatímco země sluncem zalité ještě zdaleka nevyčerpaly svůj potenciál solárního podílu na produkci elektřiny, v laboratořích už vznikají cesty, jak by se zjevné výhody solární energie mohly „dopravit“ dále. Jde například o lepší baterie nebo účinnější přepravu elektrické energie na tisícikilometrové vzdálenosti. Nebo o solární paliva, která by mohla sluneční energii uchovat ve velmi snadno zužitkovatelné podobě. Některé projekty zní až šíleně: co kdybychom nabili hromadu baterek a ty přes noc vlakem poslali tam, co slunce nesvítí?

Se současnými technologiemi to nedává smysl. Ale také baterie se zlepšují a zlevňují. Za posledních 15 let klesla cena o 90 %. Takže to, co nedává ekonomický smysl dnes, může být za dalších pár inovačních cyklů běžná praxe. Poslední dekády ukázaly, že sázka na slunce – a na lidskou vynalézavost – se zatím vyplácí.

Oprava: V grafu kumulativní kapacity jsme opravili jednotky na ose Y. Opravili jsme překlep v názvu organizace Greenpeace.