AURINKOENERGIAN TEKNOLOGIA- JA MARKKINAKATSAUS Tekes-projekti 594/480/00 Road-map for solar energy technology and markets in Finland SOLPROS helmikuu 2001
ABSTRACT The objective of the Tekes project "Road-map for solar energy technology and markets in Finland (Solar Road Map)" is to prepare a action plan for solar energy in Finland as a part of the national promotion programme for renewable energy sources. The project is part of the Climtech-programme and is coordinated by Solpros. This report analyses the national and international solar energy markets and their trends as well as the state-of-the-art of the technology and technology challenges. Copyright SOLPROS AY, 2001 1
ESIPUHE Tekesin yritysprojektin 594/480/00 "Road-map for solar energy technology and markets in Finland (Solar Road Map)" tavoitteena on laatia aurinkoenergialle toimenpidesuunnitelma kauppa- ja teollisuusministeriön uusiutuvien energialähteiden edistämisohjelman tavoitteiden saavuttamiseksi. Edistämisohjelma on osa kansallista ilmastostrategiaa. Solar Road Map-hanke on osa Tekesin Climtech-ohjelmaa (1999-2002). Sen tavoitteena on selvittää ilmastonmuutosta rajoittavan teknologian kehittämistarpeita ja mahdollisuuksia ja tätä kautta tukea suomalaisen teknologian käyttöönottoa ja kaupallistamista. Solpros koordinoi Solar Road Map-projektia ja sen tukena on eri toimijoista koostuva yhteistyöryhmä. Käsillä oleva raportti on Solar RoadMap-projektin lähtökohtaraportti, jossa on analysoitu aurinkoenergian kansainvälistä ja kansallista tilannetta. Edelleen on tarkasteltu alan liiketoimintaperusteita, näkymiä ja teknologisia haasteita. Raportti antaa yrityksille myös yleiskuvan aurinkoenergia-alasta. Raportti on tehty Solprosin toimesta. Helsingissä, helmikuun 15. päivänä 2001 SOLPROS AY Copyright SOLPROS AY, 2001 2
SISÄLLYSLUETTELO ABSTRACT... 1 ESIPUHE... 2 SISÄLLYSLUETTELO... 3 1. LÄHTÖKOHTA... 4 2. VISIO AURINKOENERGIASTA... 4 3. AURINKOENERGIAN LIIKETOIMINTA... 6 3.1 LIIKETOIMINNAN PERUSTEET... 6 3.2 AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMIEN ARVOKETJU... 6 3.3 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMIEN ARVOKETJU... 8 4. AURINKOENERGIAN MARKKINAT JA NÄKYMÄT... 11 4.1. AURINKOLÄMPÖ... 11 4.1.1 Aurinkolämpöjärjestelmien markkinat... 11 4.1.2 Aurinkolämmön markkinasegmentit... 12 4.1.3 Teollisuuden näkymät... 13 4.1.4 Markkinanäkymät vuoteen 2010... 15 4.2 AURINKOSÄHKÖ... 17 4.2.1 Aurinkosähkön markkinat... 17 4.2.2 Aurinkosähkön markkinasegmentit... 19 4.2.3 PV-teollisuuden näkymät lähivuosina... 20 4.2.4 PV-markkinat vuonna 2010... 21 5. TILANNE SUOMESSA... 23 5.1 MARKKINATILANNE JA POTENTIAALI... 23 5.1.1 Aurinkolämpö... 23 5.1.2 Aurinkosähkö... 24 5.2 KTM:N EDISTÄMISOHJELMA... 24 5.3 YRITYKSET... 26 6. TEKNOLOGIAN MAHDOLLISUUDET... 28 7. KANSALLISEN AURINKOENERGIASTRATEGIAN PERUSRAKENNE... 30 Copyright SOLPROS AY, 2001 3
1. LÄHTÖKOHTA TEKES:n CLIMTECH-ohjelman (1999-2002) tavoitteena on selvittää ilmastonmuutosta rajoittavan teknologian kehittämistarpeita ja mahdollisuuksia ja tätä kautta tukea suomalaisen teknologian käyttöönottoa ja kaupallistamista. SOLPROSin koordinoimassa CLIMTECH-ohjelman hankkeessa "Road-map for solar energy technology and markets in Finland" (lyh. Solar Road Map) selvitetään aurinkoenergian mahdollisuuksia ja kehittämistarpeita ilmastomuutoksen hallinnan näkökulmasta. Solar RoadMap-hankkeen tavoitteena on laatia aurinkoenergialle toimenpidesuunnitelma kauppa- ja teollisuusministeriön uusiutuvien energialähteiden tavoitteiden saavuttamiseksi. Projektissa tunnistetaan teknologian painopistealueet ja kehittämistarpeet suomalaisen teollisuuden aseman vahvistamiseksi globaaleilla markkinoilla. Selvityksen teknologinen painopiste on aurinkosähkössä ja -lämmössä. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa on laadittu tilannekatsaus aurinkoenergiasta ja analyysi alan liiketoiminnan perusteista. Tämä raportti toimii myös taustamateriaalina yrityksille kun seuraavassa vaiheessa selvitetään tarkemmin teknologia- ja kaupallistamiskysymyksiä. 2. VISIO AURINKOENERGIASTA Maailman energiataloutta hallitsevat tällä hetkellä fossiiliset polttoaineet (85%). Ydinvoima, vesivoima ja ei-kaupallinen biomassa täydentävät kuvaa pienellä osuudella (15%). Uudet uusiutuvat energialähteet kuten aurinko- ja tuulienergia ovat vielä vähäisessä käytössä(<<1%). Maailman energiatalouden muutokset ovat hitaita. Historiallisessa yhteydessä energialähteen nousu merkittävään markkina-asemaan saattaa kestää jopa vuosisadan. Syyt energialähteiden muutoksiin energiataloudessa ovat vaikeasti ennustettavissa. Tällä hetkellä vaikuttavia trendejä ovat mm. öljyn pitkäaikainen saatavuus ja hintakehitys; energiamarkkinoiden säännöstelyn poistaminen; energiatuotannon ympäristövaikutukset erityisesti ilmastoon; Copyright SOLPROS AY, 2001 4
uudet teknologiset innovaatiot. Nämä tekijät muovaavat energialiiketoimintaa ja synnyttävät uusia toimintatapoja kuten hajautettuja energiaratkaisuja, energiapörssejä, energiapalveluyrityksiä, energiaa tuottavia rakennuksia, yms. Uuden energiateknologian kannalta em. trendit ovat merkittävä mahdollisuus. Aurinkoenergiaa pidetään yhtenä öljyn jälkeisen energiatalouden mahdollisena globaalina energiaratkaisuna. Shell Internationalin ylipitkän aikavälin energiaskenaariossa aurinkoenergia vastaisi noin 30% maailman energiatuotannosta vuonna 2060. Tällöin esimerkiksi aurinkosähkö olisi halvempaa kuin perinteinen energia (kuva 1). Kuva 1. Shell Internationalin skenaario maailman energiatalouden kehityksestä 1860-2060. Aurinkoenergia on strateginen innovaatio, joka lähtee liikkeelle pienellä markkinaosuudella, jota voisi kuvata nicheksi. Jos visio toteutuu, muuttuu tämä niche vallitsevaksi liiketoiminnaksi pitkällä tähtäimellä. Aurinkoenergia on siten kehityskaarensa alussa, jolloin teknologialla ja sen kehittämiselle on vielä hyvin suuri merkitys. Sopivien liiketoimintamallien löytäminen, joilla kaupallistetaan teknologia ovat yhtä lailla tärkeitä. Suomen kannalta aurinkoenergia on lyhyellä ja keskipitkällä tähtäimellä teknologiaan painottuva vientimahdollisuus. Kotimaan pienetkin aurinkoenergiamarkkinat voivat tukea teollisuuden kehittymistä ja sen kilpailukykyä (learning by doing, learning by using). Pitkällä tähtäimellä aurinkoenergian merkitys kansallisessa energiataloudessa kasvaa. Vuosisadan lopussa aurinkovety voisi olla perustana kestävälle ja lopulliselle energiaratkaisulle. Copyright SOLPROS AY, 2001 5
3. AURINKOENERGIAN LIIKETOIMINTA 3.1 Liiketoiminnan perusteet Aurinkoenergiajärjestelmien liiketoiminta käsittää useita eri tasoja ja erilaisia toimijoita. Kaupallisista tuotteista lähdettäessä aurinkoenergian liiketoiminta kattaa seuraavia teknologia- ja palvelutuotteita: suunnittelu ja projektointi; perusmateriaalien toimittajat; aurinkoenergiamoduulien valmistajat; energian varasto tai liitäntä energiajärjestelmiin; säätöyksikkö ja ohjauselektroniikka; perinteisen teknologian oheislaitteet; aurinkoenergiajärjestelmän toimittajat; asennus, huolto ja kuluttajaneuvonta. Keskeiset liiketoiminnan alueet ovat aurinkoenergiamoduulien valmistus ja kokonaisten aurinkoenergiajärjestelmien toimitus. Moduulit edustavat ydinteknologiaa, jota ilman ei synny kaupallista lopputuotetta. Järjestelmätoimittajilla on ydinosaamista, jota taas tarvitaan toimivan ja myytävän sovelluksen aikaansaamiseksi. Pienillä markkinavolyymeilla toimittaessa liiketoiminta on usein vertikaalista eli yritykset kattavat niin komponenttien, moduulien kuin järjestelmien toimittamisen. Tuotantomäärien kasvaessa on liiketoiminta selvästi muuttunut enemmän horisontaaliseksi, ts. yritykset kohdentavat toimintaansa ja erikoistuvat. Näin on syntynyt mm. pelkkiä moduulivalmistajia tai systeemitoimittajia. Aurinkoenergia-alalta löytyy runsaasti jälleenmyyjiä. 3.2 Aurinkosähköjärjestelmien arvoketju Aurinkosähköjärjestelmän ydin on aurinkosähkömoduuli, joka valmistetaan puolijohdemateriaalista. Valmistusprosessi on vaativa ja siihen liittyy useita vaiheita. Prosessin viimeisessä vaiheessa puolijohdekennot laminoidaan kokonaiseksi paneeliksi. Tämä vaihe on varsin suoraviivainen ja helposti hallittavissa. Valmiita PV-paneeleita yhdistämällä ja oheislaitteita liittämällä syntyy aurinkosähköjärjestelmä. Oheislaitteista tärkeimmät ovat säätöyksikkö, akut ja invertteri. Näin syntyvän PV-järjestelmän arvoketju on esitetty kuvassa 2. Copyright SOLPROS AY, 2001 6
Aurinkosähkön arvoketju (kum) Piikiekon valmistus (silicon wafer) $ 1/W p Aurinkokennon prosessointi (solar cell) $ 2-2.5/W p Aurinkopaneelin valmistus (solar module) $ 3-4 /W p Aurinkosähköjärjestelmä erilaisissa sovelluksissa (photovoltaic systems) sähköverkkoon kytketty PV (invertteri, yms.) $ 5-10/W p autonomiset energiajärjestelmät (akku, varavoima, yms.) $ 10-15/W p $ 15-20/W p $ 20-25/W p Kuva 2. Aurinkosähkön (tuotepohjainen) liiketoiminta ja arvoketju. Aurinkosähköpaneelien maailmanmarkkinahinta on tällä hetkellä noin $4/W p. Korkea kysyntä on pitänyt hinnan tasaisena jo useita vuosia, mutta tulossa olevat kapasiteetin lisäykset saattavat pudottaa hintaa. Sähköverkkoon kytketty valmis PV-järjestelmän (esim. rakennuksen PV-katto) maksaa $5-10/W p. Sähkönverkon ulkopuoliset autonomiset PVjärjestelmät ovat selvästi kalliimpia mm. akuista ja varavoimalähteestä johtuen. Esimerkiksi pienet kesämökeille tarkoitetut PV-paketit maksavat $15-20/W p. Kuvassa 3 on esitetty PV-järjestelmien kustannusjakautumaa eri komponenttien välillä. Verkkoon kytketyissä järjestelmissä PVmoduulien hinta dominoi ja voi olla jopa 80% koko järjestelmän hinnasta. Moduulit ovat tällöin usein erikoisvalmisteisia ja sopivat rakennusintegrointiin. Autonomisissa järjestelmissä PVpaneelien osuus on tyypillisesti noin puolet kokonaishinnasta. Copyright SOLPROS AY, 2001 7
Verkkoon kytketty PV invertteri 15 % muut 5 % PV-moduli 80 % Autonominen PV-järjestelmä muu 10 % akku/varavoima +säädin 40 % PV-moduli 50 % Kuva 3. Aurinkosähköjärjestelmän kustannusjakautuma. 3.3 Aurinkolämpöjärjestelmien arvoketju Aurinkolämpöjärjestelmän keskeinen komponentti on aurinkokeräin. Itse keräin on suhteellisen helposti rakennettavissa, mutta korkeaa teknologiaa edustavat siinä käytettävät materiaalit mm. selektiivinen absorptiopinta ja erikoislasikate. Aurinkokeräimen teollisen mittakaavan valmistustekniikka ja sen automatisointi ovat haasteellisia. Aurinkokeräin yhdessä oheislaitteiden, joista tärkeimmät ovat varaaja, lämmönvaihdin ja säätöyksikkö, muodostavat Copyright SOLPROS AY, 2001 8
aurinkolämpöjärjestelmän. Kuvassa 4 on hahmoteltu aurinkolämpöjärjestelmän arvoketjua edellisen pohjalta. Aurinkolämpöjärjestelmän arvoketju (kum) Absorptiopinnan valmistus Selektiiviset absorptiopinnat 150-250 mk/m 2 Musta absorptiopinta Läpinäkyvä kate Eriste Yhdysputkisto lämmön siirtämiseksi sovellukseen Keräimen lämmönsiirtoputkisto Aurinkokeräimen valmistus Suuret keräinmodulit 400-600 mk/m 2 Pienet keräinmodulit 800-1200 mk/m 2 Keräimen puinen kehysrakenne Aurinkolämpöjärjrstelmän kokoaminen Pienet aurinkolämmitysjärjestelmät 2000-4000 mk/m 2 Suuret tai integroidut aurinkolämmitysjärjestelmät 1000-1500 mk/m 2 Kuva 4. Aurinkolämmön (tuotepohjainen) liiketoiminta Copyright SOLPROS AY, 2001 9
Aurinkokeräinten hinta riippuu tuotantovolyymistä ja automaatioasteesta. Hinta vaihtelee välillä 400-1200 mk/m 2. Suuruudesta saatavat hintahyödyt näkyvät myös kokonaisen aurinkolämpöjärjestelmän hinnassa. Vaihteluväli on 1000-4000 mk/m 2, jossa ylempi hinta vastaa pientalon aurinkolämpöjärjestelmän ylärajaa ja alempi hinta suuren aurinkolämpölaitoksen alarajaa. Kuvassa 5 on esitetty järjestelmän kustannusjakautumaa. Aurinkokeräin on merkittävä kustannuserä etenkin suurissa kohteissa. Pienissä järjestelmissä lämpövarasto on merkittävä kustannus. Asennuskustannukset ovat selvä menoerä myös. Suuret aurinkolämpöjärjestelmät Muut 10 % Asennus 15 % Lämmönvaihdin/ Varaaja 15 % Pienet aurinkolämpöjärjestelmät Muut 10 % Aurinkokeräin 60 % Asennus 20 % Aurinkokeräin 35 % Varaaja 35 % Kuva 5. Aurinkolämpöjärjestelmän kustannusjakautuma. Copyright SOLPROS AY, 2001 10
4. AURINKOENERGIAN MARKKINAT JA NÄKYMÄT Aurinkoenergian liiketoiminnan voi karkeasti jakaa kahteen alueeseen: aurinkosähkö ja aurinkolämpö. Tämä lisäksi löytyy joukko sovelluspohjaisia pienempiä liiketoiminta-alueita, jotka usein ovat osa talotekniikkaa (mm. passiivinen aurinkolämpö, luonnon valo, aurinkojäähdytys), mutta nämä jäävät tämän selvityksen ulkopuolella. Aurinkosähkön maailmanlaajuinen liiketoimintavolyymi oli vuonna 2000 noin 13 mrd. mk. Aurinkolämpöjärjestelmien kohdalla tämä on vastaavasti noin 5 mrd mk. Vuosittainen markkinoiden kasvu on ollut keskimäärin luokkaa 15% viime vuosikymmenen ajan. EU:n tavoite uusiutuvan energian käytön kaksinkertaistamiseksi vuoteen 2010 merkitsisi lyhyellä tähtäimellä 200 mrd. mk investointeja aurinkoenergiaan. Shellin skenaario liiketoiminnaksi muutettuna vastaa ylipitkällä tähtäimellä 10.000 mrd. mk aurinkoenergiaan. 4.1. Aurinkolämpö 4.1.1 Aurinkolämpöjärjestelmien markkinat Aurinkolämmön kapasiteettia kuvaava perusyksikkö on aurinkokeräin-m 2. Miljoona m 2 eli 1 km 2 tuottaa Suomessa vajaat 0,5 TWh lämpöä vuodessa. Maailmassa on yhteensä noin 30 milj. m 2 aurinkokeräimiä käytössä. EU:ssa on runsas 9 milj. m 2 aurinkolämpöä käytössä. USA:ssa ja Japanissa on suurinpiirtein saman verran. Aurinkolämpöjärjestelmien markkinat ovat EU:ssa kasvaneet vuosittain keskimäärin 18% 1994-1999. Vuonna 1999 asennettiin aurinkokeräimiä yhteensä 0,9 milj. m 2, kun vastaava luku vuonna 1993 oli hieman alle 0,4 milj. m 2. Samana ajanjaksona aurinkolämmön käyttö EU:ssa on kaksinkertaistunut. Markkinoiden painopiste on keski-euroopassa ja erityisesti Saksassa, joka vastaa lähes puolesta koko EU:n aurinkolämpömarkkinoista tällä hetkellä (kuva 6). Saksa ja Itävalta yhdessä ovat yli 60% Euroopan aurinkolämpömarkkinoista. Etelä-Euroopan maiden osuus on 25%. Pohjoismaiden markkina-osuus on 5%. Suomen markkinat ovat vielä kehittymättömät eli alle 0,2% koko EU:sta. Copyright SOLPROS AY, 2001 11
50 Osuus Euroopan markkinoista, % 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Saksa Kreikka Itävalta Espanja Sveitsi Hollanti Italia Tanska Iso-Britannia Ruotsi Ranska Portugali Belgia Suomi Kuva 6. Aurinkolämpöjärjestelmien markkinat EU:ssa vuonna 1999. Asennettu kokonaispinta-ala oli 890.000 m 2. 4.1.2 Aurinkolämmön markkinasegmentit Markkinoilla olevat aurinkolämmitysjärjestelmät voidaan jakaa seuraaviin ryhmiin (Taulukko 1): Pientalon aurinkolkvjärjestelmät; Pientalon kombiaurinkolämmitysjärjestelmät; Asuintalojen aurinkolämmitys; Uima-altaiden järjestelmät; Ei-asuinrakennusten aurinkolämmitys; Kuivatus; Alueaurinkolämmitys. Taulukko 1. Yhteenveto aurinkolämmön markkinasegmenteistä. MARKKINASEGMENTTI ERITYISPIIRTEITÄ Pientalon ja asuintalojen lkv Tuottaa kesäajan lkv:n ja 40-60% koko lkv:stä. Pientalon/asuintalojen kombijärjestelmät Lämmitykseen ja lkv:een. Tuottaa 15-20% lämmön tarpeesta. Uima-altaat Yksinkertaisia keräimiä ilman lasia, esim. kumi Prosessilämpö ja aurinkojäähdytys Teollisuuden lämmin vesi, yritysten lkv (hotellit, urheiluhallit, camping), maatalouden sovellukset. Aurinkoaluelämpö Aurinkolämpö on täydentävä energia-muoto. Sopii esimerkiksi biomassan kanssa. Copyright SOLPROS AY, 2001 12
Uima-altaat muodostavat oman erillisen laitetyyppinsä. Aurinkokeräin on usein muovista, esimerkiksi muoviletkua. LVI-ratkaisu on sovitettu uima-altaiden tarpeeseen. Rakennustai rakennuksen yhteyteen asennettavissa sovelluksissa perusjärjestelmän kokoonpano on lähes sama. Osien ja komponenttien koko muuttuu järjestelmän koon kanssa. Pientalojen lämpimän käyttöveden järjestelmät ja uima-altaiden lämmitysjärjestelmät muodostavat noin 90% Euroopan markkinoista. Pääasiallisin keräintyyppi on selektiivinen tasokeräin (83%). Uima-altaiden lämmittämisessä käytetään pääasiassa kattamattomia keräimiä (16%). Tehokkaat tyhjiöputkikeräimet ovat vielä marginaalisia (1%), mutta kasvava alue. Kattointegroidut keräinmoduulit tai suurmoduulit ovat uusia kiinnostavia kehityssuuntia. Yksittäisiä pieniä sovelluksia löytyy myös mm. teollisuuden matalalämpötilaisen prosessilämmön tuottamisessa ja absorptiojäähdytyksessä. Uusia kasvavia markkinoita ovat asuintalojen (kerrostalot) aurinkolämpö, suuret aluelämpöjärjestelmät sekä ns. kombijärjestelmät, jotka tyydyttävät sekä lämmitys- että lämpimän käyttöveden tarvetta. Etenkin Keski-Euroopassa aurinkolämpömarkkinoiden kasvun jatkuminen näyttäisi edellyttävän siirtymää näiden segmenttien suuntaan. 4.1.3 Teollisuuden näkymät Aurinkolämpöteollisuus on varsin kirjavaa. Euroopassa on arviolta 85 aurinkokeräinten valmistajaa, joista pääosa on pieniä muutaman hengen yrityksiä. Suurimmat aurinkokeräinten valmistajat löytyvät Saksasta, Itävallasta, Kreikasta ja Tanskasta. Keräinpuolella löytyy differentioitumista erilaisiin keräintyyppeihin, joilla haetaan teknologista tai hinta kilpailuetua tai hakeudutaan uusille markkinasegmenteille: lasikatteinen tasokeräin (perinteinen aurinkokeräin); pelkkä absorptiopinta (esimerkiksi muovista); tyhjiöputkikeräin (erittäin tehokas); suurmoduulit (3-5 x tavallinen keräin); kattointegroidut keräimet (osa vesikattoa); ilmakiertoinen keräin (ilmalämmitys, kuivatus); yhdistetty PV ja terminen keräin (talon energiajärjestelmä). Copyright SOLPROS AY, 2001 13
Saksan aurinkolämpöteollisuus on kasvanut nopeasti ja 7 Euroopan 16 suurimmasta aurinkokeräinvalmistajasta löytyy sieltä. Mukana on suuriakin lvi- tai lämpötekniikan yrityksiä kuten Viessmann, Buderus tai Stiebel Eltron, jotka tarjoavat aurinkolämpötuotteita eurooppalaisilla markkinoilla. Muissa maissa on havaittavissa samanlaista kehitystä eli suuremmat lvi-yritykset harkitsevat aurinkolämmön mukaan ottamista tuotevalikoimaansa (mm. yritysostojen kautta). Aurinkokeräinvalmistuksessa on myös tapahtunut määrättyä keskittymistä. Itävallassa Green-One-Tec on suuri tuotantolaitos, joka valmistaa aurinkokeräimiä usealla tuotenimellä mm. itävaltaisille ja saksalaisille aurinkolämpöjärjestelmien toimittajille. Tuotantokapasiteetti on 100.000 m 2 vuodessa, jota kautta aurinkokeräimen hintaa on saatu alas. Green-One-Tec hallitsee aurinkokeräimen suuren mittakaavan valmistustekniikan, kykenee itse suunnittelemaan tarvittavat koneet ja on hyvin laatutietoinen. Tuotantokapasiteetin lisääminen ei tuota ongelmia. Yritys suunnittelee pörssiin menoa. Pohjoismaissa Tanskassa on useita aurinkokeräinten ja aurinkolämpöjärjestelmien valmistajia. Arcon Solvärme A/S on näistä suurimpia ja se on mm. erikoistunut suurten maavaraisten keräinmoduulien valmistamiseen, joita voidaan käyttää aurinkokaukolämpölaitoksissa (mm. Oriveden aurinkolämpölaitoksessa). Batec A/S on toinen tanskalainen yritys, jolla on myös absorptiopinnan valmistusta. Selektiivisten absorptiopintojen valmistajia löytyy useita esimerkiksi Tinox, Teknoterm, Thermafin ja Interpane. Teknoterm on ruotsalainen yritys, jonka tuotantokapasiteetti on 200.000 m 2 vuodessa. Varsinaisilla aurinkolämpöjärjestelmien toimittajilla on yleensä oma aurinkokeräin joko oman tuotannon tai alihankinnan kautta. Systeemitoimittajilla on muitakin ydinteknologiaalueitaan, mm. säätöyksikkö, energiavaraaja tai/ja oheislaitteet, joilla haetaan suhteellista teknologista kilpailuetua. Asennus- ja huoltopalvelua tarjotaan myös paikallisten asennusliikkeiden kautta, jotka ovat itsenäisiä putkiliikkeitä. Suuria aurinkolämpöjärjestelmien toimittajia Euroopassa ovat mm. Sonnenkraft (A), Arcon (DK) ja Wagner (D), joiden toimitusvolyymi on yli 50.000 m 2 vuodessa. Liikevaihto liikkuu 50-150 milj. mk tasolla. Pienemmät aurinkolämpöyritykset liikkuvat muutaman miljoonan markan liikevaihdon tasolla. Copyright SOLPROS AY, 2001 14
Aurinkolämpöjärjestelmien oheislaitteista lämpövaraajat ja säätöyksiköt ovat selvimmin markkinoilla. Lämpövaraajavalmistajat ovat pääosin paikallisia tai kansallisia varaajayrityksiä. Pieniä yrityksiä, jotka ovat keskittyneet säätöyksiköiden valmistukseen löytyy Euroopasta useita. RESOL on yksi merkittävimmistä säätöyksiköiden valmistajista. Viennin osuus Euroopan aurinkokeräinvalmistajien tuotannosta on noin 25%. Keski-Euroopan markkinoiden voimakas kasvu nostanee viennin osuutta jatkossa. EU:n ulkopuolelta Kiina saattaa lähivuosina käynnistää vientiä Eurooppaan. Kiinan tyhjiöputkivalmistus on nousussa ja se tuotti vuonna 1997 2 miljoona tyhjiöputkea aurinkokeräimiin. 4.1.4 Markkinanäkymät vuoteen 2010 Euroopan Unionin tavoitteena on vuoteen 2010 mennessä nostaa aurinkolämpöjärjestelmien määrä nykyisestä vajaasta 10 milj. m 2 100 milj. m 2 :iin (40-50 TWh/v). Tämä tavoite edellyttäisi, että nykyinen 18% vuosikasvu kaksinkertaistuisi. Tavoitetta pidetään hyvin kovana ja 50-80 milj. m 2 lienee vielä realistinen mahdollisuus. Aurinkolämmön pitkän aikavälin potentiaali EU:ssa olisi runsas 350 milj. m 2. Markkinasegmenteittäin katsottuna EU:n arvioima aurinkolämmön potentiaali jakautuisi seuraavasti (Taulukko 2): Taulukko 2. Tuloksia aurinkolämmön markkinaskenaarioista. Markkinasegmentti/sovellus 1994 (milj. m 2 ) 2010 (milj. m 2 ) Pientalojen aurinkolämpö 4 37 Aluelämpö, asuinkerrostalot 0.25 25 Uima-altaat 1.2 13 Markkinoiden arvioidaan kasvavan nopeinten Saksassa (kuva 7). Vuonna 2003 vuosivolyymi voisi siellä ylittää jo 2 milj. m 2 rajan. Vuonna 2010 Saksan markkinaosuus nousisi 10 vuodessa 70 %:iin koko EU:sta. Saksan energiapolitiikka tukee voimakkaasti aurinkoenergiaa. Kolme johtavaa maata (Saksa, Itävalta, Kreikka) vastaisivat 90% kaikesta asennetusta aurinkolämmöstä EU:ssa vuonna 2010. Pohjois-Euroopassa Hollannin viralliset tavoitteet vuodelle 2010 ovat 400.000 aurinkolämmitysjärjestelmää. Etelä-Eurooppaan ennustetaan myös merkittävää markkinakasvua. Euroopan aurinkolämpöteollisuuden liikevaihto on tällä hetkellä 3,3 mrd. mk ja vuosittainen kasvu on ollut keskimäärin 18%. Mikäli EU:n asettamat tavoitteet aurinkolämmölle toteutuvat vuonna 2000, merkitsee se noin 150 mrd. mk:n investointeja aurinkolämpöön seuraavan kymmenen vuoden Copyright SOLPROS AY, 2001 15
aikana. Komission Campaign of Take-Off kampanja, joka tukee EU:n uusiutuvien energialähteiden käytön kaksinkertaistamistavoitetta, tähtää jo vuonna 2003 15 milj. m 2 lisäykseen, mikä vastaisi 30 mrd. mk investointeja. Asennettu keräinala, milj. m2 60 50 40 30 20 10 0 55 10.4 9.8 3 2 2.5 1999 2010 4.5 3 0.25 1.36 0.35 0.25 0.002 0.2 0.007 0.1 Saksa Itävalta Kreikka Hollanti Espanja Italia Belgia Suomi Kuva 7. Aurinkolämpöjärjestelmien markkinanäkymät EU:ssa vuoteen 2010. Eri lähteistä saatujen markkinaennusteiden pohjalta on kuvassa 8 hahmoteltu mahdollisia kehityspolkuja aurinkolämmölle EU:ssa seuraavien kymmenen vuoden aikana. Taulukossa 3 on yhteenveto tuloksista. Alarajana aurinkolämmön markkinoille EU:ssa vuonna 2010 voidaan pitää 5-10 mrd. mk/v ja ylärajana 20-30 mrd. mk/v. Yläraja määräytyy pitkälti Saksan markkinatilanteen mukaan. EU:n valkoisessa kirjassa asetettu tavoite näyttäisi nykytilanteessa liian haastavalta. EU:n tavoitteeseen pääseminen edellyttäisi jo lainsäädännöllisiä toimia perinteisten tukimuotojen ohella. Aurinkolämmön vaikutus primäärienergiaan olisi 1,5-5 Mtoe. Taulukko 3. Tuloksia aurinkolämmön markkinaskenaarioista. Aurinkolämpöskenaario Kasvu Myynti 2010 Lisäys Markkinat %/v milj. m 2 milj.m 2 mrd. mk/v 2000 2005 2010 BAU- Business as usual 18 5,5 31 3,3 8 15 MIN- Minimi 10 2,5 19 3,3 5 9 EU - EU:n tavoite 35 24,4 92 3,3 15 50 Copyright SOLPROS AY, 2001 16
25 BAU (18%/v) MIN (10%/V) EU (35%/v) 20 vuosimyynti, m2 15 10 5 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 vuosi Kuva 8. Aurinkolämpöjärjestelmien markkinaskenaarioita EU:ssa vuoteen 2010. 4.2 Aurinkosähkö 4.2.1 Aurinkosähkön markkinat Aurinkosähkön (photovoltaics, lyh. PV) kapasiteettia kuvataan huippuwatilla (W p=huippuwatti, paneelin teho auringonpaisteessa). 1 W p tuottaa Suomessa parhaimmillaan 1 kwh sähköä vuodessa. 1.000 MW p vastaa noin 6 km 2 aurinkosähköpaneelia ja se tuottaa 1 TWh sähköä vuodessa. Aurinkosähköä on maailmassa 1.150 MW p Aurinkopaneelien tuotantokapasiteetti on kasvanut keski-määrin 15% vuodessa 1990-luvulla ja se on nyt 200 MW p (kuva 9). Alan liiketoimintavolyymi on 12-13 mrd. mk, josta aurinkopaneelien osuus on noin puolet. Tuotannon lisäykset, tuotantolaitosten koon kasvu ja etenkin aurinkopaneelien hyötysuhteen parantaminen on pudottanut PV:n hintaa (kuva 10). Copyright SOLPROS AY, 2001 17
200 180 Maailman aurinkokennotuotanto (MWp) 1977-1999 200 160 155 MWp 140 120 100 80 60 40 20 0 0.5 0.6 1 2 4 5 55.4 58.2 61 20 23 22.5 26 29 33.6 40.2 46.5 81.4 85 70.7 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 126 Kuva 9. Aurinkosähkötuotannon kehittyminen 1977-1999. Aurinkopaneelien hintakehitys ($/Wp) 1977-1999 35 30 25 $/Wp 20 15 10 5 0 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 Kuva10. Aurinkopaneelien hintakehitys 1977-1999. Copyright SOLPROS AY, 2001 18
4.2.2 Aurinkosähkön markkinasegmentit Aurinkosähkön keskeiset markkinasegmentit ovat seuraavat: (1) Autonomiset aurinkosähköjärjestelmät kuluttajasovellukset (esim. kesämökkipaketit); ammattilaissovellukset (esim. telekommunikaatio); maaseudun sähköistys (esim. veden pumppaus); (2) Sähköverkkoon kytketyt aurinkosähköjärjestelmät PV rakennuksissa (esim. PV-fasadit) Näistä (1) on kilpailukykyinen markkinoilla, (2) edellyttää vielä julkista tukea. Noin 30% markkinasta on kehitysmaissa (Afrikka, Kiina, Intia, E- Amerikka). Päämarkkinasegmentit ovat maaseudun sähköistys ja ammattilaiskäyttö. Kehitysyhteistyöhankkeet ovat tärkeitä (mm. Maailmanpankki). Yksittäiset hankkeet kehitysmaissa saattavat olla hyvin suuria, mm. Indonesiassa 1 miljoona Solar Home järjestelmää. Noin 70% markkinoista on teollisuusmaissa. Tästä Japani on 60%, USA 15% ja EU 22%. Euroopan markkinoilla Saksa on 60%, Hollanti 11%, Sveitsi 7%, Espanja 5%, Pohjoismaat alle 5%, Suomi alle 0,5%. Päämarkkinasegmentit ovat sähkö-verkkoon kytketyt PV-järjestelmät ja kuluttajasovellukset. OECD:n PVtuotannosta menee 40% vientiin. Taulukossa 4 on asennettu PV (kum) maittain. 1% kaikesta PV:stä on asennettu Pohjoismaihin. Niiden PVmarkkinat olivat 1999 1,231 MWp (4,5% EU:n markkinoista, 0,6% globaalista markkinasta). Pohjoismaissa kuluttajasovellukset ovat tärkeitä, mutta PV rakennuksissa kasvaa. Taulukko 4. Asennettu PV teollisuusmaissa vuonna 1999. PV kapasiteetti, MW p Kasvu 1998-1999, % Saksa 66,2 22,8 Italia 18,5 4,6 Ranska 10,0 25,0 Hollanti 9,5 47,0 Espanja 9,0 12,5 Itävalta 3,5 21,0 Muu EU 7,4 13,4 USA 147,0 14,9 Japani 190,0 42,5 Verkkoon ja rakennuksiin kytketty PV on kasvanut nopeasti Copyright SOLPROS AY, 2001 19
(keskimäärin 30% 1995-2000) suurista tukiohjelmista johtuen (kuva 11). Kuluttajasovellusten osuus koko markkinasta on länsimaissa laskeva (kasvu keskimäärin 13% 1995-2000). MWp 300 250 200 150 sähköverkon ulkopuolinen PV(1), MWp sähköverkkoon kytketty PV (2), MWp PV (1), % PV (2), % 50 40 30 K a s v u, 100 20 %/v 50 10 0 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 0 Kuva 11. Aurinkosähkön markkinakehitys OECD-maissa 1993-1999. 4.2.3 PV-teollisuuden näkymät lähivuosina Aurinkosähkön valmistusvolyymi kasvaa todennäköisesti lähivuosina ja vuonna 2003 tuotantokapasiteettia olisi käytettävissä korkeimmillaan 200-350 MW p lisää nykyiseen verrattuna. Aurinkopaneelinen valmistajia löytyisi seuraavasti: 10 suurta valmistajaa (>25 MW p/yr); 50 pientä (< 2 MW p/yr). Markkinajohtajat ovat BP Solar, Kyocera, Siemens Solar, Sharp, Shell. Crystalox (UK) ja Scanwafer (N) ovat keskeisiä aurinkokennomateriaalien myyjiä Euroopassa, kun Bayern Solar (20% maailman tuotannosta) integroitui aurinkomoduulivalmistajaksi. Tärkeitä puhtaan piin tuottajia ovat Dow Corning (USA), Wacker (D) ja Elkem (N). BP-Solar investoi aurinkosähköön noin 50 ja Shell 40 milj. $ vuodessa. Japanilaiset yritykset kaksinkertaistanevat parissa vuodessa nykyisen 100 MW p tuotantonsa osana Japanin suurta kansallista aurinkosähkökatto-ohjelmaa. Copyright SOLPROS AY, 2001 20
Suuret valmistajat ovat usein vertikaalisesti integroituja ja toimittavat moduuleista kokonaisiin aurinkosähköjärjestelmiin. Systeemien toimittaminen on kannattavaa ja voitollista. Sen sijaan pelkkä moduulien tuotanto on pääosin ollut tappiollista toimintaa ja vaatinut hyvän rahoituspohjan. Moduulituotannon kasvaessa ovat suuret valmistajat muuttumassa voitollisiksi (Shellin tavoite vuonna 2010 on 100 milj. $ voittoa ja 15% kasvu). Mikäli PV:stä tulee massatuote, muuttuu yritystoiminta horisontaalisemmaksi. 4.2.4 PV-markkinat vuonna 2010 Markkinoiden kasvu tulee todennäköisesti kohdentumaan seuraaviin markkinasegmentteihin: Sähköverkkoon kytketyt aurinkosähköjärjestelmät lähinnä teollisuusmaissa PV rakennuksissa (esim. PV-fasadit); tärkeimmät markkina-alueet Japani, EU (etenkin Saksa), USA. Autonomiset aurinkosähköjärjestelmät kehitysmaissa ammattilaissovellukset ja maaseudun sähköistys; tärkeimmät markkina-alueet Intia, Kiina, Etelä-Afrikka, Keski-Aasia, Indonesia. Kansainvälisissä markkinakatsauksissa PV-ala kasvaa keskimäärin 15%/v vuoteen 2010 (business-as-usual). Alan liiketoimintavolyymi olisi tällöin 8, ylärajana 12 mrd. $. Asennettu PV-teho asettuisi 600-900 MW p välille. Aurinkopaneelien hintataso tullee putoamaan vuoteen 2010 mennessä tasolle $2/W p, mikä avaa uusia markkinoita etenkin rakennus- ja talosektorilla (verkkoon kytketty PV). EU hintaarvio on 3 EUR/W p vuonna 2005 ja 2,5 EUR/W p vuonna 2010. Teollisuusmaissa aurinkosähkön markkinoiden kasvu kohdentuu pääosin PV-rakennuksiin. Aurinkosähkön kilpailukyky tällä sektorilla ei vielä ole riittävä perussähköön verrattuna ja valtiot tukevat PV:tä mm. rakennusohjelmin. Suunniteltujen julkisten PV-rakennuksissa ohjelmien volyymi on lähemmäs 3.000 MW p. Euroopan Komission valkoinen kirja uusiutuvista energialähteistä on asettanut tavoitteeksi näiden käytön kaksinkertaistamisen vuoteen 2010 mennessä. EU:n ehdotus käsittää 500 MW p EU:ssa ja 500 MW p kehitysmaissa, jolloin 2 Copyright SOLPROS AY, 2001 21
prosentissa EU:n uusista rakennuksista olisi PV. Komissio valmistelee direktiiviä, jossa jäsenmaiden edellytetään nostavan uusiutuvalla tuotetun sähkön mm. PV:n määrää vuoteen 2010. Saksassa astui 1.4.2000 voimaan laki (Erneuerbare-Energien- Gesetz), joka mm. määrittää kuluttajan sähköverkkoon syöttämän PV-sähkön hyvityshinnaksi vähintään 99 pf/kwh. Tällä hinnalla PV on taloudellisesti kilpailukykyinen Saksassa. Vuodesta 2002 eteenpäin uusien PV-järjestelmien hyvityshintaa pudotetaan 5% vuosittain. Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa tärkein markkinasegmentti on kuluttajasovellukset. Copyright SOLPROS AY, 2001 22