Forklarer de faldende omkostninger ved solenergi

Det dramatiske fald i prisen på solcellemoduler (PV) der er faldet med 99 procent i løbet af de sidste fire årtier, bliver ofte udråbt som en stor succeshistorie for vedvarende energiteknologi. Men ét spørgsmål er aldrig blevet besvaret fuldt ud:Hvad er det egentlig, der er årsag til det fantastiske fald?

En ny analyse fra MIT-forskere har peget på, hvad der forårsagede besparelserne, herunder de politikker og teknologiændringer, der betød mest. For eksempel, de fandt ud af, at regeringens politik for at hjælpe med at vokse markeder spillede en afgørende rolle i at reducere denne teknologis omkostninger. På enhedsniveau, den dominerende faktor var en stigning i "konverteringseffektivitet, " eller mængden af ​​strøm, der genereres fra en given mængde sollys.

Indsigten kan være med til at informere fremtidige politikker og vurdere, om lignende forbedringer kan opnås i andre teknologier. Resultaterne bliver rapporteret i dag i tidsskriftet Energipolitik , i et papir af MIT-lektor Jessika Trancik, postdoc Goksin Kavlak, og forsker James McNerney.

Holdet så på teknologi-niveau ("lavt niveau") faktorer, der har påvirket omkostningerne ved at ændre modulerne og fremstillingsprocessen. Solcelleteknologien er blevet væsentligt forbedret; for eksempel, cellerne er blevet meget mere effektive til at omdanne sollys til elektricitet. Faktorer som denne, Trancik forklarer, falder i en kategori af mekanismer på lavt niveau, der beskæftiger sig med selve de fysiske produkter.

Holdet estimerede også omkostningsvirkningerne af "højt niveau" mekanismer, herunder learning by doing, forskning og udvikling, og stordriftsfordele. Eksempler inkluderer den måde, forbedrede produktionsprocesser har reduceret antallet af defekte celler produceret og dermed forbedret udbyttet, og det faktum, at meget større fabrikker har ført til betydelige stordriftsfordele.

Studiet, som dækkede årene 1980 til 2012 (hvor modulomkostningerne faldt med 97 procent), fandt ud af, at der var seks faktorer på lavt niveau, der hver tegnede sig for mere end 10 procent af det samlede fald i omkostningerne, og fire af disse faktorer tegnede sig for mindst 15 procent hver. Resultaterne peger på "vigtigheden af ​​at have mange forskellige 'knapper' at dreje, at opnå et konstant fald i omkostningerne, "Siger Trancik. Jo flere forskellige muligheder der er for at reducere omkostninger, jo mindre sandsynligt er det, at de hurtigt bliver udmattede.

Faktorernes relative betydning har ændret sig over tid, viser undersøgelsen. I tidligere år, forskning og udvikling var den dominerende omkostningsreducerende højniveaumekanisme, gennem forbedringer af selve enhederne og til fremstillingsmetoder. I omkring det sidste årti, imidlertid, den største enkeltstående faktor på højt niveau i det fortsatte fald i omkostningerne har været stordriftsfordele, da solcelle- og modulfabrikker er blevet stadig større.

"Dette rejser spørgsmålet om, hvilke faktorer der kan hjælpe med at fortsætte omkostningsfaldet, "Siger Trancik." Hvad er grænserne for planternes størrelse? "

I forhold til regeringens politik, Trancik siger, politikker, der stimulerede markedsvækst, tegnede sig for omkring 60 procent af det samlede omkostningsfald, så "det spillede en vigtig rolle i at reducere omkostningerne." Politikker, der stimulerede markedsvækst, omfattede foranstaltninger såsom standarder for vedvarende porteføljer, feed-in takster, og en række tilskud. Statsfinansieret F&U tegnede sig for de øvrige 40 procent - selvom offentlig F&U spillede en større rolle i de tidligere år, hun siger.

Dette er vigtig information, tilføjer hun, fordi "der har i lang tid været en debat om, hvorvidt disse politikker virker - drev de virkelig teknologisk forbedring? vi kan ikke kun svare på det spørgsmål, vi kan sige med hvor meget."

Dette fund, som er baseret på modellering af mekanismer på enhedsniveau snarere end ren korrelationsanalyse, giver stærke beviser på en "dydig cyklus", der kan skabes mellem teknologisk innovation og politikker til at reducere emissioner, Trancik siger. Efterhånden som emissionspolitikker implementeres, kulstoffattige teknologimarkeder vokser, teknologier forbedres, og omkostningerne ved fremtidige emissionsreduktioner kan falde. "Denne analyse hjælper os med at forstå, hvorfor dette sker, og hvor stærke feedbacks kan være."

Trancik og hendes medarbejdere planlægger at anvende lignende metoder til at analysere andre teknologier, såsom atomkraft, såvel som de andre dele af solcelleanlæg - den såkaldte balance af systemer, inklusive monteringsstrukturer og strømstyringer, der er nødvendige for solcellemodulerne - som ikke var inkluderet i denne undersøgelse. "Den metode, vi udviklede, kan bruges som et værktøj til at vurdere omkostningerne ved forskellige teknologier, både retrospektivt og fremadrettet, " siger Kavlak.

"Dette åbner op for en anden måde at modellere teknologiske ændringer på, fra enhedsniveau og helt op til politiske foranstaltninger, og alt derimellem, "Trancik siger." Vi åbner den sorte kasse med teknologisk innovation. "

"Fremadrettet, vi kan forbedre vores intuition om, hvilke faktorer der generelt får teknologier til at forbedre sig hurtigt. Anvendelsen af ​​dette værktøj til solceller er kun begyndelsen på, hvad vi kan gøre, " siger McNerney.

Mens undersøgelsen fokuserede på tidligere præstationer, de faktorer, den identificerede, tyder på, at "det ser ud til, at der er muligheder for yderligere omkostningsforbedringer med denne teknologi." Resultaterne tyder også på, at forskere bør fortsætte med at arbejde på alternative teknologier til krystallinsk silicium, som er den dominerende form for solcelleteknologi i dag, men mange andre sorter bliver aktivt undersøgt med potentielt højere effektivitet eller lavere materialeomkostninger.

Undersøgelsen fremhæver også vigtigheden af ​​at fortsætte fremskridtene med at forbedre effektiviteten af ​​produktionssystemerne, hvis rolle i at reducere omkostningerne har været vigtig. "Der er sandsynligvis flere gevinster at hente i denne retning, " siger Trancik.