Kapittel 11: Produksjon av solenergi hos brukeren

Alf Bjørseth er industriell gründerog har etablert en rekke selskap innenfornybar energi og avanserte materialer.ScanWafer, etablert i 1994, er det mestepokegjørende som starten på solenergieventyretRenewable Energy Corporation.Børsnoterte Scatec Solar ASA og NorSun, somhar waferfabrikk i Årdal, er også sentrale. Bjørseth hardoktorgrad i kjemi fra Universitet i Oslo i 1979 og enkarriere som forsker før han ble gründer på heltid. Hanvar forskningsdirektør ved Norsk Hydros Forskningssenterpå Herøya og teknologidirektør i Elkem.

Denne artikkelen er hentet fra boken Teknologien endrer samfunnet utgitt på Fagbokforlaget i 2017 (ISBN 978-82-450-2297-1).

Boken kan bestilles her: https://www.fagbokforlaget.no/sok/?q=978-82-450-2297-1

Norge – en pioner på solenergi

Det første tiåret av 2000-tallet var Norge tilnærmet en stormakt innen solenergi, først og fremst på grunn av Renewable Energy Corporations (REC) sterke posisjon i det internasjonale markedet. Fra 2010 kom imidlertid kinesiske produsenter for alvor på banen, og med sterk vekst i samlet produksjonskapasitet, økte tilbudet kraftig og bidro til et prisras på solmoduler. Prisfallet gjorde solceller oppnåelige for større grupper, etterspørselen vokste og markedene ble utvidet. Det internasjonale solcellemarkedet nærmest eksploderte. Men boomen startet også en utvikling hvor etablerte solmodul-produsenter (spesielt i den vestlige verden) bukket under i konkurranse med langt billigere paneler fra kinesiske leverandører. I Norge førte dette til at REC først reduserte virksomheten i Norge betydelig, for etter hvert å legge ned all produksjon og flytte denne utenlands. Mye av den øvrige solenergiindustrien i Norge forsvant med REC, men deler av den fortsatte aktiviteten og har «overlevd», og mye god kompetanse er bevart.

Hva er solenergi?

Store deler av verdens energiproduksjon er på en eller annen måte basert på energi fra solen. Dette gjelder også fossil energi. Det er imidlertid vanlig å avgrense begrepet solenergi til ulike måter å produsere elektrisitet basert på den løpende innstrålingen fra solen. Solenergi vil ut fra denne definisjonen omfatte kraftproduksjon som baserer seg på en saltsmelte oppvarmet av solen. Vi vil i denne sammenheng konsentrere oss om direkte produksjon av elektrisitet fra solen.

Solenergi regnes primært som strøm produsert ved den fotovoltaiske (PV) effekten som overfører solenergi direkte til strøm. Edmond Becquerel oppdaget den fotovoltaiske effekten allerede i 1839, men det var Albert Einstein som først beskrev den. Og det var dette Einstein fikk Nobelprisen i fysikk for i 1921.

PV-eller solenergiindustrien domineres i dag av solceller og moduler basert på krystallinsk silisium. Imidlertid er det noen få leverandører av moduler basert på såkalt tynnfilm. Disse modulene består av et eller flere tynne lag som er deponert på et substrat så som glass, plast eller metall. Tynnfilm er i utgangspunktet rimeligere å produsere enn krystallinske moduler, men har tradisjonelt hatt lavere virkningsgrad. Den mest utbredte tynnfilm-teknologien er basert på kadmiumtellurid (CdTe) der selskapet First Solar er det ledende. Denne teknologien har en markedsandel på om lag 5 %. En annen, utbredt tynnfilmteknologi er moduler produsert med CIGS (kopper, indium, gallium og selenid), men anvendelsen av denne teknologien er beskjeden.

Figur 1 Verdikjede for solmoduler (Foto: Scatec AS).

Om lag 90 % av solenergiindustrien er i dag basert på krystallinsk silisium. Silisium er et halvledermateriale og det mest benyttede både i elektronikk- og solcelleindustrien. Årsaken er enkel: Silisium finnes i store mengder i jordskorpen – det er kun oksygen som forekommer hyppigere – er enkelt å fremskaffe, og det er dertil meget rimeligere å utvinne enn andre halvledermaterialer. Vi har i dag to hovedtyper krystallinsk silisium: mono-krystallinske eller multi-krystallinske wafere. Forskjellen på disse ligger i krystallstrukturen. Mono-krystallinske celler har lavere tap og kan derfor omgjøre mer av sollyset til elektrisitet enn multi-krystallinske. Produksjonsprosessen er derimot mer krevende og har et høyere energiforbruk. Normalt er derfor både produksjonskostnader og markedsverdi for mono-krystallinske solceller høyest. Sett bort fra at produksjonen av disse to typene wafere skjer på ulikt vis, er den industrielle verdikjeden identisk for begge typer.

Hvordan fremstilles solcellesilisium?

Solceller er avhengig av silisium med høy renhet, også kalt superrent silisium, polysilisium eller solcellesilisium. Dette råmaterialet lages i spesielle fabrikker der vi renser metallurgisk silisium til en renhet på opp mot 99,99999. Den mest vanlige metoden for framstilling av superrent silisium er ved hjelp av kjemisk dampavsetning (CVD). Siemens-reaktoren bruker denne teknologien, og er den vanligst benyttede.

Figur 2 Skjematisk framstilling av Siemens-reaktor og RECs Fluidized Bed Reactor (Wikipedia).

Ulempen med Siemens-reaktoren er et svært høyt energiforbruk i produksjonsprosessen. REC Silicon (tidligere del av REC) har utviklet en alternativ produksjonsmetode for framstilling av superrent silisium. Deres «Fluidized Bed Reactor» (FBR) benytter 80–90 % mindre energi enn en tradisjonell Siemens-reaktor.

Også Elkem, som i sin tid var verdens største leverandør av metallurgisk silisium, har i sitt datterselskap, Elkem Solar, utviklet en egen prosess for framstilling av solcellesilisium. Prosessen kalles Elkem Solar Silicon (ESS). Også denne prosessen er mer energieffektiv enn Siemens-reaktoren, og har også et lavere CO2-fotavtrykk. Kompetansen som var utgangspunktet for oppbygging av solindustrien her i landet fra midten av 1990-tallet, var nettopp knyttet til Elkem og deres metallurgiske industri. I dag har Elkem Solar, nå eiet av China National Bluestar Group Ltd. (Bluestar), startet opp igjen solcellesilisiumproduksjonen i Kristiansand.

Produksjon av ingot og wafere

Produksjon av multi- og monokrystallinske wafere foregår på ulike måter. Multi-wafere er rimeligere og de enkleste å produsere, men de har lavere virkningsgrad. Solcellesilisium smeltes i en beholder, gjerne i en rektangulær i form. I en kontrollert prosess krystalliseres deretter silisiumet. Det ferdige rektangelet sages deretter i kvadratiske blokker, såkalt ingot, med bredde lik ønsket størrelse på waferen: 125 x 125 mm eller 156 x 156 mm. Deretter sages hver ingot i tynne wafere. Elkem REC Solar produserer wafere på denne måten, men har videreutviklet prosesstrinnene.

Produksjon av monokrystallinske wafere foregår på tilsvarende måte som wafere til bruk i elektronikkindustrien. Produksjon av mono-wafere krevere renere silisium, men de ferdige waferne har bedre ytelse. Den vanligste metoden for produksjon av monokrystallinske wafere er Czochralski-prosessen. Der benyttes såkalte krystalltrekkere. Superrent silisium fylles i en digel som settes inn i en krystalltrekker. Deretter varmes silisiumet til det smelter, og ut av smelten trekkes en stor monokrystall ved hjelp av en såkrystall opp. Krystallen blir avkjølt, deretter kuttes den runde ingoten i semikvadratiske blokker som igjen sages i tynne wafere.

Innen mono-segmentet har vi to norske aktører. Norwegian Crystals i Glomfjord og NorSun i Årdal med henholdsvis 200 MW og 360 MW årlig produksjonskapasitet. Produksjon av mono-krystallinske wafere er velegnet for norske forhold. I Norge har vi rimelig og ren elektrisk kraft og rikelig tilgang på kaldt, rent kjølevann, noe som ikke er lett tilgjengelig mange andre steder i verden. I tillegg har produksjonen høy grad av automatisering, noe som krever få, men velutdannede operatører.

Figur 3 Waferne henger ferdig saget i en av NorSuns trådsager. NorSun var den første produsenten av wafere som gikk over til bruk av diamanttråd (Foto: NorSun).

Saging av wafere utføres med trådsag. Tynne tråder settes opp med wafertykkelsens mellomrom (+/- 0,15 mm) og ingoten presses ned på trådene som beveges i hurtig tempo. I et tradisjonelt oppsett, som fortsatt benyttes til å sage multwafere, er det silisiumkarbidbiter som finnes i sagevesken, som i prinsippet sager waferne. En videreutvikling av denne sageprosessen, der norske NorSun har vært pioner, benytter seg av diamantråd i stedet for sageveske. Slik diamantsaging går raskere, gir bedre sageresultat og potensial for tynnere wafere.

Hvordan produseres solceller?

Produksjon av solceller foregår som en helautomatisert prosess med begrenset behov for manuell behandling. Ulike produsenter vil ha sin egen måte å gjøre dette på, men forskjellene er begrensede.

Waferne blir først vasket, deretter etses overflaten slik at denne får en ujevn struktur som reduserer refleksjonen og sikrer at sollyset fanges opp i størst mulig grad. Deretter gjennomgår cellen en prosess som genererer en såkalt p/n-overgang. Dette sikrer at strømmen som generes i waferen kan bevege seg i cellen og fanges opp av strømoppsamlingsnettet.

Deretter får waferen et lag med anti-refleksivt belegg som ytterligere reduserer refleksjonen fra den ferdige cellen til et minimum (ca. 1 %). Tynne tråder som skal lede strømmen, printes eller legges på waferen. Disse trådene må ha den korrekte tykkelsen for at cellen skal oppnå høyest mulig effektivitet, noe som avgjør hvor mye strøm cellen potensielt kan produsere. Deretter monteres bak-kontakter og bakplate. Til slutt testes og sorteres de ferdige cellene i ulike ytelsesklasser.

Noen solceller lages i dag med såkalt «dual face», hvilket innebærer at cellen kan produsere strøm basert på innstråling både på for- og baksiden. Dette har vist seg effektivt på steder der sollyset kan reflekteres fra bakgrunnen, enten det er sand, snø eller annen bakgrunn som videresender sollyset.

Nesten 90 % av verdens PV-produksjon er i dag basert på p-type silisiumwafere, fordi disse er enklest å produsere. Begge de to celle-teknologiene med høyest effektivitet i industriell produksjon i dag, IBC (Integrated Back Contact cell) fra SunPower og HIT (Hetrojunction with Intrinsic Thin-film layer) fra Panasonic, er basert på n-type, monokrystallinske wafere.

Det er forventet at n-type teknologi vil få økt betydning i årene som kommer.

En modul består av mange solceller

En modul består av flere lag. Rent produksjonsteknisk starter gjerne sammensetning med glasset som danner fronten på den ferdige modulen. Glasset spesialbehandles for å sikre optimal lysgjennomstrømming. Deretter legges et lag polymer EVA (etylen-vinylacetat) på glasset. Dette vil fungere som en innkapsling av modulen. Cellene blir deretter kjedet sammen i strenger, vanligvis ti celler i en streng. Strenger av celler plasseres så på EVA-laget på modulen og strengene loddes sammen. Deretter følger et nytt lag med EVA før bakplaten legges på. Modulen blir deretter forseglet gjennom varmebehandling. Etter at modulen er laminert, får den påmontert en ramme som gjør den rimelig robust. En koblingsboks monteres på baksiden, og til slutt blir modulen testet for å verifisere produksjonskapasiteten.

Anvendelse av solenergi

Strømforsyning fra solmoduler har en rekke fordeler. Solmoduler er svært driftssikre, primært fordi de ikke har noen bevegelige deler. Av den grunn er de også lydløse, de har ikke behov for drivstoff og følgelig produseres strøm uten utslipp. Den modulære utformingen gjør at solkraftanlegg kan tilpasses det aktuelle strømbehovet på en rimelig og enkel måte, og de er derfor effektive i alt fra små systemer på noen få watt, eksempelvis på en hytte eller hus, til svært store anlegg av kraftverksstørrelse med produksjonskapasitet fra noen titalls til flere hundre megawatt.

For generell strømforsyning skiller vi gjerne mellom følgende tre systemtyper:

Takløsning for bolighus (små-skala solenergi)
Solenergi på taket er i ferd med å bli en slags strømmens mobiltelefon-løsning. Det vil si at husholdningene kan produsere strøm for eget behov og blir mindre avhengig av leverandører på strømnettet. De fleste steder kan vi også selge overskuddsstrøm tilbake til nettet. Størrelsen på slike anlegg vil være på opp mot 20 kWp. Markedsutviklingen for slike løsninger ble i utgangspunktet framskyndet av ulike incentiver og subsidieordninger, der spesielt Tyskland har vært et foregangsland. Nå er imidlertid prisen på solkraft redusert betydelig slik at strømmen som produseres, spesielt i solrike land, er konkurransedyktig med den vi kan kjøpe fra nettleverandørene også uten spesiell økonomisk kompensasjon.

Figur 4 Europeiske husholdningers gjennomsnittlig strømpris i annet halvår 2015 (Kilde: Bloomberg NEF 2016).

Figur 5 Fordelingen av små-skala solkraft i ulike markeder ved utgangen av 2015 da det totalt var installert 123 GW (Kilde: BNEF 2016).

Motivasjonen for å investere i private solkraftanlegg vil følgelig være størst i solrike land med høye strømpriser og lave kapitalkostnader (lav rente og god tilgang på lånekapital). Mens land der strømmen er relativt rimelig og solforholdene noe begrenset, senere vil bygge ut private solkraftanlegg. Tyskland etablerte tidlig planer for et «energiwende» med langsiktige målsettinger og forutsigbare rammevilkår for å få en overgang fra fossil kraftproduksjon og kjernekraft til omfattende fornybar energi. Tyske støtteordninger har vært et viktig grunnlag for den sterke veksten i solenergimarkedet. Ved utgangen av 2015 hadde Tyskland om lag 28 GW med små-skala solkraft installert, noe som er verdensledende. Imidlertid har en rekke land kommet etter, og spesielt Kina og USA har økt installasjonstakten kraftig også for mindre anlegg.

I USA har takinstallasjoner vokst med mer enn 1000 % siden 2010, og er forventet å vokse med om lag 20 % også i 2016. Men – deretter er installasjonsveksten forventet å bremse helt opp fordi kraftselskapene nå protesterer mot pålegg om å kjøpe strøm fra slike anlegg. Samtidig vil endring i beskatningsreglene bremse etterspørselen.

I det vi kan kalle solkraftens barndom tidlig på 1990-tallet, hadde Norge, sett i verdenssammenheng, en ikke ubetydelig installert base knyttet til bruk på hytter i områder uten strømnettilkobling. Dette var enklere anlegg dimensjonert for å gi energi til lys, radio, TV og eventuelt et kjøleskap. Volummessig var dette ubetydelig sett i lys av den kraftige utbredelsen solkraft nå har fått. Imidlertid er det nå et gryende marked i Norge for solanlegg på tak også i områder med generell nettilkobling. Slike takanlegg vil være et supplement til eksisterende strømforsyning og en nødvendig forutsetning for såkalte «nullhus» og «plusshus», henholdsvis hus som over året har et energiforbruk som går mot null, og hus som over sin beregnede levetid produserer mer energi enn det forbruker. Slike anlegg vil ikke lønne seg med tradisjonell tenkning før etter relativt lang tid. Derfor er det trolig andre ting enn rent økonomiske grunner som motiverer dem som investerer i slike anlegg i Norge. Støtteordninger påvirker åpenbart beslutningene.

Kommersielle takanlegg
Kommersielle takanlegg er i prinsippet også små-skala solenergianlegg, men bygget på taket av næringsbygg er de likevel betydelig større enn tilsvarende på private tak, og er underlagt andre økonomiske rammer. Kommersielle anlegg av denne typen vil kunne være på mellom 1 og 10 MWp.

Produksjon av solstrøm fra takflatene vil gi en bedrift forutsigbare energikostnader med mindre variasjon enn normale markedspriser på strøm. Spesielt i markeder og områder der strømprisen varierer etter etterspørsel i løpet av dagen, og solforholdene er gunstige, vil egen kraftproduksjon være gunstig. Typisk er kraftprisen i disse områdene høyest på dagtid når aktivitetsnivået er høyt og varmen mest intens. Solmoduler på taket vil ikke bare produsere strøm, men vil også redusere noe av varmeinnstrålingen slik at kjølebehovet og dermed energibehovet blir redusert.

For de fleste bedrifter er beslutningen om å installere solkraft økonomisk begrunnet, dog kan det også være mer ideelle og omdømme-relaterte momenter som også legges til grunn. I samfunn og markeder der kampen mot klimaendringer og ønske om bærekraftig utvikling er høyt på agendaen, vil bedrifter kunne se omdømmegevinster i å sette seg høye miljømål og sikre seg egenproduksjon av fornybar energi.

I de senere år har det også kommet en rekke produkter for bygningsintegrering av solceller. Solcellene eller -panelene er da integrert i bygningsmaterialene, enten det er takpaneler, takstein, glass eller i fasadematerialet.

Figur 6 DHLs sentrallagerkompleks utenfor Milano i Italia har fått spesialtilpasset solenergipaneler på alle tak. Totalt er det 7,2 MW installert på disse takene. Takinstallert solkraft er effektivt på store tak og i områder der landareal og plass er en utfordring (Scatec Solar ASA).

Figur 7 Norges største solanlegg er installert på taket til Askos kjøleanlegg på Vestby utenfor Oslo. 13 000 kvadratmeter tak har fått et solkraftanlegg med en installert effekt på totalt 673 kWp (Foto: Lars Erik Olsen / Asko).

Figur 8 «Solsmaragden» ved Union brygge i Drammen har solceller integrert i fasadematerialet. Fasadeplatene er produsert av belgiske Issol, og her har arkitekten også kunnet velge farge på platene (Foto: Jannicke Nielsen, TU).

Solkraftverk

Solkraftverk er anlegg av betydelig størrelse som er bygget på bakken. Elektrisiteten som genereres sendes direkte inn på kraftnettet for distribusjon på linje med strøm generert av andre kilder. For bare fem år siden var et anlegg på 1 MW regnet som stort. I dag er dette imidlertid å anse som et mini-anlegg sammenliknet med de største som nå bygges. Basert på installert effekt er kinesiske Longyangxia Dam foreløpig det største anlegget, med 850 MWp og en årlig produksjon beregnet til 825 GWt (en gigawatt er en million kWt). Solar Star i California med installert effekt på drøye 740 MWp produserer imidlertid over 1600 GWt per år. Dette anlegget er bygget med høyeffektive SunPower-moduler og benytter såkalt en-akset «tracker» som tillater at solmodulene følger solens gang over himmelen. I kombinasjon med utmerkede solforhold i Sør-California blir produksjonen nesten det dobbelte av det det kinesiske anlegget makter.

Figur 9 Norske Scatec Solars solkraftverk i Sulkov, Tsjekkia er på 10 MW og bygget på en nedlagt fyllplass som ikke var egnet til annet bruk. Her var det ikke tillatt å grave, slik at modulfundamentene står på 3600 «betongsko» og alle kabler ligger i støpte kabelgater på overflaten (Foto: Scatec Solar ASA).

Figur 10 1,7 MWp flytende demo-anlegg på Nishihira Pond i Japan som ble ferdigstilt i 2015 (Foto: Pintererst).

Store anlegg er effektive å bygge og drifte. Dersom strømnettet er dimensjonert for å motta energien som genereres, er store anlegg også de mest kostnadseffektive og vil gi den laveste strømprisen per kWt over anleggets levetid. Imidlertid krever store kraftverk naturlig nok at det finnes tilgjengelig areal. Dette er ikke alltid tilfelle, og tilgjengelige områder der folk bor er som regel utsatt for stor konkurranse fra mange typer interesser, enten det er boligformål, næringsbygg, jordbruk eller annet. Også her viser solkraft at det er en tilpassingsdyktig energigenereringsmetode og kan bygges på områder som ikke er egnet for andre formål. Det er for eksempel bygget solkraftanlegg i nedlagte gruver (dagbrudd), søppelfyllinger, store biloppstillingsplasser og sågar på vann.

Markedet for utvikling og bygging av solkraftanlegg er veldig fragmentert, og fortsatt er det svært få store, internasjonale aktører. De fleste som utvikler, bygger og drifter solkraftanlegg, har en regional tilknytning. Det er noen få unntak fra regelen. Primært er dette produsenter av solmoduler som også utvikler anlegg og bygger selv, delvis for å sikre avsetning på egne produkter. Av uavhengige selskap som utvikler, bygger og drifter, er norske Scatec Solar et godt eksempel på en vellykket internasjonal virksomhet. Selskapet ble etablert i 2007 og kjøpte tidlig opp et tysk installasjonsselskap som bidro med verdifull kompetanse i den første perioden da selskapet i hovedsak utviklet, bygget og solgte solkraftanlegg i Europa. I motsetning til mange av sine europeiske konkurrenter søker Scatec Solar kontinuerlig etter nye markeder hvor solenergi er i ferd med å ta av. For eksempel startet selskapet tidlig å utvikle prosjekter i Sør-Afrika, og er i dag en betydelig aktør i landet med 190 MWp installert og med tildelt konsesjon for ytterligere 258 MW som skal ferdigstilles i 2017. Scatec Solar utvikler, bygger, drifter og eier kraftverkene, og er med dette blitt en uavhengig strømprodusent der inntektene ene og alene kommer fra salget av strøm. I 2015 produserte selskapet nær 0,5 TWt. Bygging av solkraftverk er i dagens marked basert på såkalte «power purchase agreements» med nasjonale strømleverandører som vanligvis er offentlig eid eller har en form for statlige garantier i ryggen. Avtalene har typisk en varighet på 18–20 år med en avtalt pris på strømmen som blir generert. Dette gir forutsigbarhet både for leverandør og kunde, og det gjør det mulig å finansiere anleggene med en fornuftig rente og avkastning. Scatec Solar er i dag en stor internasjonal virksomhet med anlegg i Tsjekkia, Rwanda, Jordan, USA, Honduras og ytterligere avtaler og prosjekter på gang i Sør- og Vest-Afrika, Brasil, Pakistan og Egypt.

Figur 11 Scatec Solar bygget dette 75 MW store anlegget i Kalkbult på rekordtid. Det tok kun 9 måneder fra konstruksjonen startet til kraftverket ble satt i produksjon. Dette var det første anlegget som ble realisert under Sør-Afrikas omfattende fornybar-program og var da det ble åpnet, Afrikas største i sitt slag (Foto: Scatec Solar).

Markedet for solenergi er økende

Solenergi har hatt en eventyrlig utvikling de siste årene. Fra å ha vært en eksotisk og kostbar energigenereringsform, er solenergi i dag rimelig – og blir stadig billigere. Regelmessig kan vi lese om nye solenergiprosjekter rundt om i verden som leverer strøm billigere enn ny olje og gass. Til tross for at solenergimarkedet på verdensbasis har vokst med 20–40 % over flere år, har prognoser for veksten nesten uten unntak vist seg å være for konservative. Så selv om det er vrient å se for seg at solenergi blir løsningen på alle verdens energiutfordringer, vil den om bare noen få år være den rimeligste genereringsteknologien enten vi sammenlikner med nybygde anlegg eller etablert produksjon.

For å illustrere veksten kan vi benytte to norske eksempler. Da ScanWafer, forløperen til REC, ble etablert i Glomfjord i 1994, var verdensmarkedet estimert til 75 MW per år. Snaue 20 år senere, i november 2013, da Scatec Solar åpnet sitt første og Afrikas (den gang) største solkraftverk i Sør-Afrika, var det ene anlegget alene på 75 MW. I 2015 ble det globalt installert om lag 56 GW med ny solkraft. Det tilsvarer mer enn 150 MW per dag. Mønsteret for utbygging av solenergi har tradisjonelt vært at myndigheter tilbyr en form for subsidier for å spore interessen og motivasjonen for å investere i anlegg. Disse subsidiene har hatt ulike former, men den vanligste har vært såkalt «feed-in tariff» eller garantert minstepris for elektrisiteten, slik vi eksempelvis har i Tyskland. Dette innebærer at man får en garantert pris for strømmen fra et anlegg over en 20-årsperiode. Tariffen fastsettes det året anlegget blir satt i produksjon, og gir finansiell forutsigbarhet for inntjening og beregning av lønnsomheten. Tyskland har gradvis redusert tariffen og innrettingen av subsidiene, stort sett i takt med generell prisnedgang på solmodulene og installert volum. I USA har man valgt en annen løsning basert på skatterefusjon. Deres ITC, Investment Tax Credit, gir 30 % reduksjon i den føderale skatten enten solkraftanlegget installeres på et bolighus (gir reduksjon i eierens personlige skatt), et industribygg eller som frittstående solkraftprosjekt, som i begge tilfeller gir skattereduksjon til selskapet som utvikler, bygger eller finansierer anlegget.

For store solkraftverk er det imidlertid en annen metode som i dag er mer vanlig: såkalt omvendt auksjon. I en tillyst anbudsrunde er det prosjektet med lavest pris på den produserte strømmen som får tilslaget. Sør-Afrika, som har iverksatt et meget ambisiøst program for utbygging av fornybar energi, det såkalte Renewable Energy Independent Power Producer Procurement Programme (REIPPP), har benyttet metoden med hell. Erfaringer fra dette programmet viser hvor effektivt konkurranse på solkraftutbygging kan være. I løpet av de fire første tildelingsrundene ble prisen på strømmen fra solkraftverkene redusert med 70 % (se figur 12).

Det er tilsvarende anbudsrunder som de siste årene har gitt prosjekter med strømpriser markedet har ment var fullstendig urealistiske bare få år tilbake. I september 2016 kom det foreløpig laveste budet da et prosjekt fra Abu Dhabi Electricity and Water Authority mottok en pris på USD 2,42 cent per kWt på et 350 MW prosjekt. Dette budet lå betydelig under den tidligere rekorden på 2,91 cent per kWt på et prosjekt i Chile tildelt i august 2016. Budet på andre plass i anbudsrunden i Abu Dhabi lå på 2,53 cent/kWt, også det betydelig under den tidligere rekorden.

Figur 12 Kost for solkraft (REIPPP).

Figur 13 Kostnadsutvikling for solcellepaneler som funksjon av kapasitet.

Noe av nøkkelen til å forstå de kraftfulle endringene i solenergimarkedet ligger i å studere teknologiens læringskurve. Kostnadene ved solcelleenergi har falt med mer enn 26 prosent for hver gang markedet dobles i volum.

Figur 14 Totalt årlig installert volum og modulpriser.

Dette illustrerer at kostnadene for solkraftmoduler faller raskere enn selv optimistiske eksperter har forventet. Den laveste modulproduksjonskostnaden i Kina som p.t. er rapportert, er på USD 32 cent per watt. Enkelte produsenter har målsetting om produksjonskost så lavt som 29 cent i løpet av 2017. Lavere priser gjør solenergi konkurransedyktig i stadig nye markeder og driver etterspørselen, noe som fremgår av figur 14.

En annen viktig driver for lavere kostnader er skarp konkurranse i de ulike segmentene i verdikjeden og tilhørende produksjonskapasitetsoppbygging. Kina har klart å sikre seg en dominerende rolle som verdens solmodulprodusent nummer én. Deres inntreden på markedet førte til en bratt prisnedgang tidlig på 2010-tallet, med tilsvarende utfordringer for mange av de etablerte aktørene. Etter at prisutviklingen normaliserte seg noe i løpet av 2014 og 2015, ser vi i 2016 nok en gang betydelig vekst i produksjonskapasitet og nytt prispress på produktene som følge av at produksjonskapasiteten nå ligger betydelig over etterspørselen.

Figur 15 Eksisterende og forventet global produksjonskapasitet (Kilde: BNEF, 2016).

Figur 16 Markedsandeler.

Nok en gang er det kinesiske aktører som leder an og driver utviklingen. Figur 16 viser hvor dominerende kinesiske produsenter er.

Prisreduksjonen på solkraft fra midten av 1990-årene og fram til i dag har i betydelig grad vært konsentrert rundt forbedringer av teknologi og produksjonsprosesser for solmodulene. Likevel er det total installasjonskostnad som er avgjørende for prisen på strømmen som blir produsert fra et anlegg. I dag utgjør innkjøp av modulene om lag 40 % av den totale kostnaden for et ferdig solkraftanlegg. Resten er kostnader for det man kaller «Balance-of-System» (BOS), hvilket inkluderer alle øvrige kostnader ved et solkraftanlegg, så som stativer, elektriske omformere, kabling, design og byggekostnader, tillatelser, administrasjon og finansiering. I dag antar markedsanalytikere at installert kostnad vil bli redusert med ytterligere 40 % fram mot 2020. Kostnadene vil fortsatt variere mellom regioner og markedssegment, men en kombinasjon av teknologiutvikling og innovasjon innen BOS-segmentet vil drive totalkostnadene nedover og markedsveksten opp over 100 GW installert per år innen 2020.

Med en slik utvikling vil prisen på strøm fra solceller falle så kraftig at det snart også blir lønnsomt å lagre store mengder solenergi, enten i batterier, som hydrogen eller i form av «syntetisk» fremstilt olje og gass.

Utviklingen for solenergi vil fortsette, og nye løsninger vil se dagens lys. Det er fristende å benytte uttrykket «the sky is the limit». Imidlertid er det en rekke faktorer knyttet til hvordan solenergi i stort volum kan bli implementert i den eksisterende energiforsyningen i mange markeder som kan utgjøre ikke ubetydelige barrierer for videre, rask vekst. Dette omfatter motstand fra eksisterende kraftleverandører som ser sin hverdag og næringsgrunnlag snudd fullstendig på hodet når privatboliger og bedrifter produserer sin egen strøm. Løsningen for regioner med høyt innslag av fornybar, variabel kraft, som solenergi, omfatter utvikling av nye systemløsninger som kan absorbere variasjonen i kraftproduksjonen, sikre stabil drift og evne til å takle etterspørselstopper. Denne økte fleksibiliteten i strømforsyningssystemene vil kreve en rekke nye teknologier, så som etterspørselsrespons, batterilagring, sammenknytting av strømnettene over landegrensen (à la den nordiske modellen), kontrollsystemer for fornybar energi, virtuelle kraftverk og fleksibel distribuert produksjonskapasitet.

Slik markedsutvikling er i dag, ser markedsanalytikere som Bloomberg New Energy Finance, GTM Research og Solar Power Europe at solenergi globalt vil være billigere enn naturgass innen 2020, den vil slå kullkraft på pris i Kina innen 2030 og bidra med 15 % av verdens elektrisitetsforbruk innen 2040. Dette innebærer en strømproduksjonsvekst på 2000 % fra dagens nivå. Derfor er det all mulig grunn til å være optimistisk dersom man er i solbransjen.