Резкое падение стоимости солнечных фотоэлектрических (PV) модулей, которая за последние четыре десятилетия упала на 99 процентов, часто рекламируется как история успеха технологии возобновляемых источников энергии. Но один вопрос никогда не был полностью решен: что именно объясняет это ошеломляющее падение?
Новый анализ, проведенный исследователями Массачусетского технологического института, точно определил, что вызвало экономию, включая политику и технологические изменения, которые имели наибольшее значение. Например, они обнаружили, что государственная политика по содействию росту рынков сыграла решающую роль в снижении затрат на эту технологию. На уровне устройства доминирующим фактором было увеличение «эффективности преобразования», или количества энергии, генерируемой из заданного количества солнечного света.
Эта информация может помочь в разработке будущих политик и оценке возможности достижения аналогичных улучшений в других технологиях. Результаты были опубликованы сегодня в журнале Energy Policy в статье доцента Массачусетского технологического института Джессики Транчик, постдока Гоксина Кавлака и исследователя Джеймса МакНерни..
Команда рассмотрела факторы технологического уровня («низкого уровня»), которые повлияли на стоимость, за счет изменения модулей и производственного процесса. Технология солнечных батарей значительно улучшилась; например, клетки стали намного эффективнее преобразовывать солнечный свет в электричество. Такие факторы, как объясняет Трансик, относятся к категории низкоуровневых механизмов, которые имеют дело с самими физическими продуктами.
Команда также оценила влияние на стоимость механизмов «высокого уровня», включая обучение на практике, исследования и разработки, а также эффект масштаба. Примеры включают то, как улучшенные производственные процессы сократили количество производимых дефектных элементов и, таким образом, повысили выход продукции, а также тот факт, что гораздо более крупные заводы привели к значительной экономии за счет масштаба.
Исследование, которое охватывало период с 1980 по 2012 год (в течение которого затраты на модули упали на 97 процентов), выявило шесть факторов низкого уровня, на каждый из которых приходилось более 10 процентов общего снижения затрат, и четыре из этих факторов составляли не менее 15 процентов каждый. Результаты указывают на «важность наличия множества различных «ручек» для постоянного снижения затрат», - говорит Транчик. Чем больше различных возможностей для снижения затрат, тем меньше вероятность того, что они будут быстро исчерпаны.
Относительная важность факторов менялась с течением времени, как показывает исследование. В прежние годы исследования и разработки были доминирующим механизмом высокого уровня снижения затрат за счет совершенствования самих устройств и методов производства. Однако в течение примерно последнего десятилетия самым значительным фактором высокого уровня продолжающегося снижения затрат была экономия за счет масштаба, поскольку заводы по производству солнечных элементов и модулей становились все больше..
«Это поднимает вопрос о том, какие факторы могут способствовать дальнейшему снижению затрат», - говорит Транчик. «Каковы пределы размеров растений?»
С точки зрения государственной политики, говорит Транчик, на политику, стимулирующую рост рынка, приходится около 60 процентов общего снижения затрат, так что «это сыграло важную роль в снижении затрат». Политика, стимулирующая рост рынка, включала такие меры, как стандарты портфеля возобновляемых источников энергии, льготные тарифы и различные субсидии. На финансируемые государством исследования и разработки приходилось остальные 40 процентов, хотя в предыдущие годы государственные исследования и разработки играли большую роль, говорит она.
Это важная информация, добавляет она, потому что «в течение долгого времени ведутся споры о том, работают ли эти политики - действительно ли они способствовали технологическому совершенствованию? Теперь мы можем не только ответить на этот вопрос, мы можем сказать, на сколько."
Это открытие, основанное на моделировании механизмов на уровне устройств, а не на чисто корреляционном анализе, дает убедительные доказательства существования «благотворного цикла», который может быть создан между технологическими инновациями и политикой по сокращению выбросов, говорит Транчик. По мере реализации политики по выбросам растут рынки низкоуглеродных технологий, совершенствуются технологии, а затраты на сокращение выбросов в будущем могут снизиться. «Этот анализ помогает нам понять, почему это происходит и насколько сильной может быть обратная связь».
Транчик и ее коллеги планируют применить аналогичную методологию для анализа других технологий, таких как ядерная энергетика, а также других частей солнечных установок - так называемый баланс систем, включая монтажные конструкции и силовые установки. контроллеры, необходимые для солнечных модулей, которые не были включены в это исследование.«Разработанный нами метод можно использовать в качестве инструмента для оценки стоимости различных технологий как ретроспективно, так и перспективно», - говорит Кавлак.
«Это открывает новый способ моделирования технологических изменений, от уровня устройств до политических мер и всего, что между ними», - говорит Транчик. «Мы открываем черный ящик технологических инноваций».
«Двигаясь вперед, мы можем улучшить нашу интуицию в отношении того, какие факторы в целом способствуют быстрому совершенствованию технологий. Применение этого инструмента к фотоэлектрическим солнечным батареям - это только начало того, что мы можем сделать», - говорит МакНерни.
Хотя исследование было сосредоточено на прошлой производительности, выявленные факторы предполагают, что «похоже, что с помощью этой технологии есть возможности для дальнейшего снижения затрат». Полученные данные также предполагают, что исследователи должны продолжить работу над технологиями, альтернативными кристаллическому кремнию, который сегодня является доминирующей формой солнечной фотоэлектрической технологии, но многие другие разновидности активно изучаются с потенциально более высокой эффективностью или более низкой стоимостью материалов.
В исследовании также подчеркивается важность дальнейшего прогресса в повышении эффективности производственных систем, чья роль в снижении затрат была важной. «Вероятно, в этом направлении можно добиться большего», - говорит Транчик.