Tak jsem zkoušel odhadnout energetické náklady na výrobu komponent pro fotovoltaickou elektrárnu a jejich návratnost ve formě produkce elektřiny z FVE. Dopracovat se k přesným číslům je nad moje síly. Naprostá většina technologických operací při výrobě probíhá za vysokých teplot, takže je luxus nějakou zanedbat. Bohužel energetickou náročnost mnohých těchto operací nejsem zchopen zjistit. Ideální by bylo odečítat elektroměr výrobce a jeho produkci za delší období. I tak bychom do výsledku nezahrnuli energie potřebné k výrobě pomůcek a strojů, bez nichž by FVE nemohly vznikat. A spotřeba nebude malá. Jen na vytažení křemíkového ingotu z taveniny tzv. Czochralského metodou je třeba pokaždé nový kelímek z křemenného skla, které se taví při teplotách 1800-2000°C. Zkusil jsem tedy odhadnout pouze energetické náklady na výrobu FV panelů dvěma postupy:
1) Odhad energie potřebné k roztavení 3 základních surovin pro výrobu panelu - křemíku, hliníku a skla. Počítal jsem pouze s teplem potřebným k roztavení těchto surovin z pokojové teploty 20°C. Poměr surovin jsem odhadl podle složení skutečného značkového panelu. Předpokládám použití recyklovaných materiálů, což ušetří např. u hliníku až 95% energie oproti výrobě z nerostů bauxitu a kryolitu. Základem taveniny křemíku je už vyčištěný polykrystalický křemík. Opět ušetříme spoustu energie oproti výrobě z křemičitého písku, kdy musí nejprve dojít k redukci oxidu křemičitého pomocí koksu (uhlíku), pak se křemík dvojím chemickým postupem extrahuje, aby se zbavil nečistot. Vysoce čistý křemík se pak znovu roztaví a po dobu asi 2 dnů při teplotě kolem 1414°C se z taveniny v ochranné atmosféře argonu (desítky litrů za minutu) vytahuje monokrystal, který se po vychladnutí ořeže a rozřeže na plátky diamantovou pilou. Energie potřebná k udržení teploty taveniny po dobu tažení závisí na tepelných ztrátách tažičky (pece). Jak kvalitní má tažička izolaci nevím, ale její vnější plášť se musí chladit vodou asi jako blok motoru v autě. Takže to nebudou malé ztráty. Totéž platí u hliníku a skla. Jelikož tyto ztráty nemám možnost zjistit ani vypočítat, počítal jsem pouze teplo potřebné k roztavení 3 hlavních složek. V přepočtu na 1kWp jmenovitého výkonu FV panelu mi vychází 35,625kWh energie. Protože dle údajů Energostatu je poměr skutečné produkce licencovaných FVE v ČR k instalovanému výkonu 11,5%, vychází doba potřebná k pokrytí tohoto zlomku energetických nákladů na 12,9 dne provozuschopné existence FVE (včetně noci a špatného počasí).
2) Odhad energetických nákladů z ceny FV panelů za předpokladu, že energie na výrobu panelů, pomůcek, strojů a zařízení představuje 50% z ceny panelů. Jelikož energetické náklady na první pohled výrazně převyšují náklady na suroviny a u vybavení potřebného k výrobě panelů i dalších komponent je situace velmi podobná, pokusil jsem se o odhad touto cestou. Tedy 50% z ceny představuje energie, zbytek je materiál na výrobky i výrobní prostředky, mzdy, ostatní režii a zisk firem, které se na výrobě panelů podílejí. Za tohoto předpokladu a skutečné produkce FVE dle předchozího odstavce mi vychází energetické náklady, které FVE nahradí svou produkcí za více, než 4 roky provozuschopné existence. To je téměř pětina její životnosti. Energetické náklady na nosnou konstrukci (na střechách pouze hliníkové profily a úchyty, na polích masívnější kovová konstrukce s železobetonovými patkami), na měděné kabely, měniče a rozvaděče a u větších FVE i transformátory jsem nepočítal. Stejně tak náklady na dopravu surovin a výrobků a pohon techniky na stavbě FVE. Hrubě odhaduji, že celkové energetické náklady na vlastní existenci pokryje FVE za 5 let u instalací střešních a za 6 let u instalací polních.
Životnost FVE se odhaduje na cca 25 let, přičemž každým rokem elektrárna ztrácí cca 1% z původního jmenovitého výkonu vlivem stárnutí křemíkových článků. Než sama vlastní existenci zaplatí, ztratí své nejplodnější roky. I tak můžeme být rádi, že nám většinu svého času bude dávat elektřinu, která sice nebude zadarmo, ale bude po odečtení energie na výrobu FVE přebývat.
Nebudeme-li mít zdroje elektřiny, které jsou schopny vyrábět podle našich potřeb a ne podle počasí, bude nutné vybudovat energetickou soustavu jako gigantický ostrovní systém nebo spíše větší množství malých a středně velkých ostrovů. Energii z obnovitelných zdrojů bude nutné ukládat do zásoby. Existuje několik řešení. Bohužel většina dokáže vyrovnávat jen krátkodobé výkyvy. Motorgenerátory se setrvačníkem pro větrné elektrárny vyhladí kolísání výkonu při proměnlivém větru, ale bezvětří neřeší. Přečerpávací elektrárny vyžadují obrovské nádrže, terénní podmínky a jejich kapacita pokrývá jen malý zlomek potřeby. Elektrochemické akumulátory mají dnes poměrně slušné kapacity, malé ztráty a velký výkon. Jejich životnost cca 10 let a poměrně vysoká cena ale prodražuje ostrovní elektrárny celkem citelně. Zanedbatelné nejsou jejich rozměry a hmotnost. Navíc ukládání elektřiny v podobě stejnosměrné vyžaduje usměrňovače a střídače, na kterých se část energie ztrácí. Pro drobné aplikace jako je LED osvětlení lze použít i ostrovy stejnosměrné s malým napětím. Ale větší výkony při malém napětí vyžadují velmi silné vodiče pro rozvody a přenos elektřiny na větší vzdálenost se neobejde bez velkých ztrát. Je tedy třeba hledat takový model, který umožní většinu vyrobené energie ihned spotřebovávat a do akumulátorů ukládat jen nezbytné množství pro překlenutí doby nedostatku energie. Základem je kombinace zdrojů závislých na různých podmínkách (FVE, větrníky, vodní elektrárny) a většího množství spotřebičů v jednom ostrovním systému. V malých ostrovech s jedním zdrojem jsou křivky produkce i spotřeby hodně kostrbaté a veškeré rozdíly musí pokrýt akumulátory. Množství energie, kterou je nutno akumulovat, lze ještě významně snížit inteligentní regulací odběru elektřiny - celá řada zařízení nemusí běžet zrovna když není z čeho - a změnou našeho přístupu. Když se např. 10 lidí v domě dívá na stejný pořad v televizi, mohou se sejít u jednoho přijímače a ušetřit 90% energie. To bude u dnešních televizí asi kilowatt! Prospělo by to i sousedským vztahům. Společné praní prádla může posloužit k využití letního přebytku tepla z fototermických kolektorů a ušetřit elektřinu na drahý ohřev vody v pračce. Bude tak možné budovat solární kotelny s větším výkonem, takže nám dají dost tepla pro ohřev TUV i v zimě. Je dobré hledat systémy motivující k využívání energií v době jejich dostatku a naopak. I průmysl se bude muset učit vyrábět podle počasí, jako se počasím řídí zemědělci.