Geografické aspekty rozvoja fotovoltického priemyslu na Slovensku so zameraním na priestorové rozmiestnenie

Úvod a formulácia cieľa

Obnoviteľné zdroje energie sa čoraz viac stávajú dôležitým míľnikom svetovej energetiky budúcnosti. Aj napriek všetkým typom OZE či už biomasa, vodná energia, veterná alebo geotermálna, jednoznačne slnečná energia má z nich najväčší potenciál, nielen vďaka objemu prichádzajúcej energie zo Slnka a najnižšiemu zásahu do životného prostredia, ale aj z iných dôvodov ako je dostupnosť technológii a geograficky všadeprítomná využiteľnosť [1].

Fotovoltika je na Slovensku novým odvetvím OZE, ktoré sa začalo rozvíjať od roku 2009 vďaka zákonu č. 3092009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie [2]. Spočiatku sa predpokladalo postupné a systematické rozvíjanie tohto odvetvia podľa koncepcie NAP (Národná akčný plán) Ministerstva hospodárstva SR, ktorý Slovenskú republiku zaväzoval podľa smernice 200928ES ­dosiahnuť v roku 2020 podiel OZE na HKES (Hrubá konečná energetická spotreba) na úroveň 14%. V roku 2020 malo Slovensko podľa tohto plánu dosiahnuť inštalovaný výkon solárnych zariadení 300 MW [3].

Kým do konca roka 2009 bolo na Slovensku nainštalovaných 192 kW, ku koncu roku 2011 to bolo približne už 480 MW [4, 5]. Cieľom predkladanej práce je zhodnotiť vývoj fotovoltického priemyslu z hľadiska priestorového rozmiestnenia na rôznych úrovniach Slovenska so zameraním na klimatogeografické podmienky a ­potenciál využitia solárnej energie za pomoci rôznych ukazovateľov a geoinformačného systému SolarGIS, ako aj krátkodobá predikcia vývoja tohto odvetvia na Slovensku.

Metodika

MH SR uverejnilo v polovici roku 2011 zoznam nahlásených ­pripojených fotovoltických zdrojov podľa distribučných spoločností, ktorý mi poslúžil ako hlavný a ucelený dokument pre komplexnejšie priestorové zhodnotenie fotovoltických zariadení na Slovensku [5]. Z analýzy týchto subjektov vzišla priestorová koncentrácia fotovoltických zdrojov hlavne v oblastiach s najväčším globálnym horizontálnym žiarením, ale aj v odľahlých oblastiach. Ďalšími dokumentmi prispievajúcimi k analýze poslúžili právoplatné rozhodnutia úradu pre reguláciu sieťových odvetví o výrobe elektrickej energie z OZE [6].

Mapa pôd atlasu krajiny SR [7] a www.katasterportal.sk [8] poslúžili na identifikáciu pôdnych typov, ktoré sa vyskytujú v okolí konkrétnych vybraných fotovoltických elektrární, ako aj spôsob využitia parciel na ktorých sa nachádza pozemok vybraných fotovoltických elektrární. Ako základné metódy pre posúdenie finálnej lokalizácie hlavne ­pozemných, ale aj strešných fotovoltických systémov som ­využil sprístupnené mapové výstupy a databázu SolarGIS od firmy GeoModel Solar s.r.o. [9].

Mapu globálneho horizontálneho žiarenia som aplikoval pomocou polohového priradenia na vrstvu sumárneho inštalovaného fotovoltického výkonu na úrovní obcí, vďaka čomu som získal výstup s viditeľnou črtou koncentrácie týchto systémov na lokality prevažne s najväčšou hodnotou horizontálneho žiarenia. Ďalším kartografickým výstupom som sledoval sumárny inštalovaný výkon solárnych elektrární pomocou kartogramu na úrovni okresov. Pre detailnejší pohľad zastúpenia fotovoltiky v jednotlivých okresoch Slovenska som zohľadňoval aj výkon fotovoltických panelov pripadajúci na 1 obyvateľa okresu.

Kvôli hodnovernejšiemu prehľadu a výraznej absencií väčších fotovoltických systémov v Bratislavskom kraji, som túto oblasť pripojil v kartografických výstupoch k oblasti západného Slovenska. Absolútnym dôkazom o rýchlom rozmachu fotovoltických elektrární je porovnanie inštalovaného výkonu na konci rokov 2009, 2010 a 2011 (Obr. 1). 51 náhodne vybraných fotovoltických elektrární som lokalizoval na pôdnych typoch pomocou dostupnom a presnom mieste ­prevádzky z energetických auditov a vďaka parcelám spomenutých v právoplatných rozhodnutiach ÚRSO. U týchto parciel som rovnako ­vyhodnotil aj spôsob využitia pozemku z katasterportal.sk.

Výsledky a diskusia

Priestorové rozmiestnenie fotovoltických zdrojov

Z jednotlivých kartografických výstupov je možné ­sledovať ­dominantné zastúpenie solárnych elektrární na strednom Slovensku, teda až 40% všetkých fotovoltických zdrojov a 51,5% celkového inštalovaného výkonu na Slovensku. Výrazné zastúpenie majú jednoznačne južné okresy Lučenec (79,2 MW), Veľký Krtíš (35,1 MW), Revúca (31,5 MW), Rimavská Sobota (28,3 MW) a Krupina (13,5 MW) (Obr. 2). Tieto okresy majú aj najvyššie ­hodnoty globálneho horizontálneho žiarenia ktoré dosahujú viac ako 1150 kWh/m² (Obr. 3), čiže sa dá správne predpokladať o vysokej závislosti rozmiestnenia.

V tejto oblasti sa taktiež nachádza aj ­najväčšia koncentrácia fotovoltických elektrárni na Slovensku, ktorou je územie mesta Lučenec so sumárnym inštalovaným výkonom až 44,3 MW. V prepočte inštalovaného výkonu v okrese Lučenec tak na 1 ­obyvateľa okresu pripadá až 1090 W (približne 4-5 panelov). Oveľa menšie koncentrácie ako v meste Lučenec sa nachádzajú na území obce Buzitka a mesta Tornaľa (obe po 17 MW) (Obr. 2). Vysoké hodnoty prepočtu inštalovaného výkonu na 1 obyvateľa okresu majú okresy Revúca (780 W/ob.), Veľký Krtíš (770 W/ob.) a Krupina (600 W/ob.) (Obr. 3).

Na západnom a východnom Slovensku sa nachádzajú už oveľa ­nižšie koncentrácie FV systémov či už na úrovní okresov alebo obcí. Z tých najvýznamnejších je možno spomenúť obec Nový Ruskov v okrese Trebišov (12,8 MW) (Obr. 6) a mesto Hurbanovo (10,9 MW) (Obr. 4). V rámci okresov dominujú na západnom Slovensku okresy Komárno (27,3 MW) a Dunajská Streda (18,3 MW) (Obr. 4) a na východnom Slovensku okresy Trebišov (23,3 MW) a Košice - okolie (18,1 MW) (Obr. 6).

Práve v týchto okresoch sa namerali rovnako najvyššie hodnoty globálneho horizontálneho žiarenia a to viac ako 1150 kWh/m²  a na Podunajskej nížine viac ako 1200 kWhm2 (Obr. 5 a 7). Z ukazovateľa prepočtu výkonu panelov na 1 obyvateľa okresu sú najvyššie hodnoty v týchto oblastiach v okrese Sobrance (302 W/ob.) (Obr. 7) a v okrese Komárno (257 W/ob.) (Obr. 5). Tieto hodnoty sú však oveľa nižšie v porovnaní so stredným Slovenskom. Okresy ktoré nezaznamenali ani jeden pripojený ­fotovoltický zdroj boli Kysucké Nové Mesto, Bratislava V. a Košice III.

Lokalizácia na pôdnych typoch a spôsob využitia pozemku na parcelách

Z grafov, ktoré analyzujú 51 náhodne zvolených fotovoltických ­elektrární po celom Slovensku je možné pozorovať, že v rámci ­lokalizácií na pôdnych typoch je dominantnosť pseudoglejí (33%), fluvizemí (17%) a kambizemí (18%) (Obr. 8). Našimi najúrodnejšími pôdami na Slovensku sú hlavne čiernice, černozeme a hnedozeme, ktoré zaberajú na Slovensku 35,4 % z celkovej rozlohy poľnohospodárskej pôdy [10]. Podstatnejším poznatkom pri analýze fotovoltického priemyslu je spôsob využitia pozemku jednotlivých parciel na ktorých sa tieto elektrárne nachádzajú. 51 elektrární sa nachádza na 76 parcelách a väčšina z nich je lokalizovaná na parcelách typu ostatné plochy (až 54%), no hneď nasledujú parcely typu orná pôda (až 34%), čo poukazuje aj na fakt, že pozemné solárne elektrárne z časti ­zaberajú pozemky na úkor ornej pôdy (Obr. 9).

Stav a predikcia fotovoltického priemyslu na Slovensku

V rámci krajín EÚ sme v roku 2009 boli až na 24. priečke z 27. z krajín využívajúce solárnu energiu. Za Slovenskom zaostávali už len pobaltské krajiny (Estónsko, Lotyšsko a Litva) a vzhľadom na to, že tieto krajiny sa nachádzajú severnejšie od nás a v porovnaní so Slovenskom majú menšie hodnoty globálneho horizontálneho žiarenia (od cca 930 do 1030 kWh/m²) je Slovensko posledným štátom EÚ, ktorý napriek svojmu vhodnému klimatickému potenciálu, fotovoltický priemysel začal využívať medzi poslednými [4].

Expanziu fotovoltiky na Slovensku zapríčinilo zavedenie zákona č. 309/2009 Z. z. a podpora od štátu v súvislosti s vysokou výkupnou cenou. Zákon č. 558/2010 Z. z. pozastavil nadobro pozemnú fotovoltiku a od 1. júla 2011 sa povolenia na prevádzku mohli ­pripúšťať už len na strešné a fasádové systémy[11]. Výkupná cena klesla od začiatku roka 2010 k začiatku roku 2012 viac ako o 50%, teda zo 430 €/MWh na 195 €/MWh [12]. Hodnoty ­inštalovaného výkonu pozemnej fotovoltiky podľa zoznamu MH SR sa ustálili pri hodnote približne 460 MW, respektíve zdrojov nad 100 kW inštalovaného výkonu.

Zostatok 20 MW pozostával z fasádových a strešných systémov, či zariadenia pod 100 kW inštalovaného výkonu. Po dôsledných analýzach kompetentných úradov o dopade tohto odvetvia na prenosovú sústavu môžem predikovať asi zatiaľ len s istotou rozvoj strešných a fasádových inštalácií, ktorá sa podľa môjho názoru využíva oveľa racionálnejšie ako pozemná fotovoltika. Vo viacerých krajinách sveta sa využili podporné opatrenia práve na obytné zariadenia a s tým aj súvisiace úspešné fotovoltické ­projekty (Nemecko, Japonsko, Holandsko, Francúzsko,…).

Už len vďaka fotovoltickým off-grid systémom je možné v odľahlých ­rurálnych oblastiach sveta využívať ako jediný zdroj elektrickej energie. Pri zameraní sa investícií do strešného a fasádového systému, ktorý je povolený do 100 kW, by sa dokázalo ušetriť na energiách hlavne v domácnostiach rodinných a panelových domoch, priemyselných podnikoch, skladových priestorov, administratívnych budov, ­nákupných centier atď.

Inovácie a trendy fotovoltiky

Vízia ľudí čerpať čistú elektrickú energiu a zároveň neobmedzený potenciál fotovoltiky dokázal rozšíriť dosah tohto zdroja na ­viaceré možnosti využitia ako napríklad v architektúre, doprave, či ako súčasť predmetov našej každodennej potreby. Vysoký dopyt po ­solárnych paneloch zapríčiňuje neustály pokles ceny panelov a to znamená, že je prístupnejšia čoraz väčšiemu počtu ľudí. V praxi prebieha aj súperenie viacerých firiem zaoberajúcich sa inováciami, najmä vyššou účinnosťou konverzie energie, ktorá u hybridných typoch solárnych článkov dosiahla viac ako 40% [13].

Zvyšovanie účinnosti konverzie energie a znižovanie výrobných cien solárnych panelov pritom približuje dobu, keď sa táto technológia organických a hybridných článkov stane mimoriadne dôležitým a masovo rozšíreným a hlavne bežne dostupným zdrojom elektrickej energie. Veľkým potenciálom dominuje aj koncentrická solárna energia. Rozpracovaný project Desertec sa v blízkej budúcnosti začne realizovať v Maroku a Tunisku. Ten by podľa plánov do roku 2050 mal zabezpečovať 15% elektrickej energie pre celú Európu z krajín ­subsaharskej Afriky a Blízkeho východu [14]. Na Slovensku sa v pravej forme nepresadzuje, no inštaláciou pomocných zrkadiel je možné reálne zvýšiť vyrobené množstvo elektrickej energie u pozemných fotovoltických elektrární.

Záver

Príspevok analyzuje klimatogeografické podmienky ako aj vyhodnotenie finálneho rozloženia fotovoltických systémov na Slovensku. Možno konštatovať, že lokalizácia veľkých koncentrácií pozemnej fotovoltiky vysoko koreluje s najvyššími hodnotami globálneho horizontálneho žiarenia hlavne v južných okrajových častiach Slovenska, kým strešné systémy sú rozmiestnené rovnomerne po celom Slovensku. Najvyššia koncentrácia je v okrese Lučenec, hlavne na území mesta Lučenec. Pozemné elektrárne väčšou ­mierou nezasahujú na naše najúrodnejšie pôdy, avšak zhruba tretina sa ich nachádza na ornej pôde.

So zmenou legislatívy a vyhodnotením vplyvu fotovoltiky na prenosovú sústavu, sa pravdepodobne v najbližších rokoch začnú orientovať investície do strešných systémov. Problematickými faktormi sa však môžu javiť výška podpornej tarify pre tieto systémy a návratnosť investície pre vlastníkov prevádzky. Pravdivým tvrdením však je, že odhliadnuc od rýchlej ekonomickej návratnosti, sa vlastník takéhoto strešného systému stáva energeticky nezávislým subjektom od distribučných spoločností, pokiaľ je splnená podmienka, že potrebné množstvo energie pre vlastnú spotrebu využíva priamo z týchto fotovoltických systémov. Fotovoltický priemysel je enormne rýchlo rozvíjajúci sa priemysel, preto je veľmi náročné posúdiť alebo predvídať stav do ­obdobia viac ako 2-3 roky.

V roku 2008 ešte nikto nepredpokladal, že sa zaradíme v Európe v roku 2010 do prvej desiatky s najviac ­inštalovaným výkonom solárnych elektrární. Vzniklo hlavne viacero bariér v legislatívnom prostredí v krátkom časovom období a rýchlo klesajúca ­výkupná cena sa za dva roky znížila o viac ako o 50%. Národný akčný plán z roku 2010 predpokladal, že v roku 2020 bude na Slovensku nainštalovaných iba 300 MW fotovoltických elektrární. So zmenou legislatívy a vyhodnotením vplyvu fotovoltiky na prenosovú sústavu, sa pravdepodobne v najbližších rokoch začnú orientovať investície do strešných systémov.

Literatúra

[1] Scheer H. (2007) Energy Autonomy The economic, social and technological case for renewable energy. Earthscan, London, UK, p. 46
[2] Zákon č. 3092009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov
[3] Národný akčný plán pre energiu z obnoviteľných zdrojov. Ministerstvo hospodárstva a výstavby SR (Slovenská republika) 6. 10. 2010
[4] EurObserv’ER Photovoltaic Barometer 2010, 2011 [Citované 31. marec 2012] http://www.eurobserv-er.org/downloads.asp
[5] Ministerstvo hospodárstva SR [Citované 31. marec 2012] httpwww.economy.gov.skext_dok-copy-of-zoznam-fve136662cext=orig
[6] Úrad pre reguláciu sieťových odvetví [Citované 31. marec 2012] http://www.urso.gov.sk/sk/regulacia/elektroenergetika/cr/oze
[7] Šári R., Šurina B I. (2002) Pôdy 1: 500 000. Atlas krajiny Slovenskej republiky. Ministerstvo životného prostredia SR, Bratislava, Slovenská agentúra životného prostredia, Banská Bystrica, s. 107
[8] Katastrálny portál Úradu geodézie, kartografie a katastra Slovenskej republiky http://swww.katasterportal.sk
[9] SolarGIS [Citované 31. marec 2012] http://solargis.info/doc/_pics/freemaps/1000px/ghi/SolarGIS-Solar-map-Slovakia-sk.png
[10] DUBCOVÁ A. a kol. Geografia Slovenska. kap. Fyzicko-geografická charakteristika, s.83. Dostupné na http://www.kgrr.fpv.ukf.sk/GSR/
[11] Zákon č. 509/2010 Z.z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 309/2009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby
[12] VYHLÁŠKA Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 225/2011 Z.z., ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v elektroenergetike
[13] NREL, 2010. Best Reseacrh-cell Efficiencies
[14] DESERTEC foundation http://www.desertec.org/news/

Bc. Marek Chovanec

Ing. Milan Jarás, PhD.

ENERGIA-Jarás s.r.o.