太陽能光伏(PV)模塊的成本急劇下降，在過去四十年中下降了99%，經(jīng)常被吹捧為可再生能源技術(shù)的一個重要成功案例。但是，有一個問題從未得到充分解決：究竟是什么原因?qū)е逻@種驚人的下降?
麻省理工學(xué)院研究人員的一項新分析確定了導(dǎo)致節(jié)約的原因，包括最重要的政策和技術(shù)變化。例如，他們發(fā)現(xiàn)幫助發(fā)展市場的政府政策在降低技術(shù)成本方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在器件級，主要因素是“轉(zhuǎn)換效率”的增加，或者從給定量的太陽光產(chǎn)生的功率量。
這些見解有助于為未來的政策提供信息，并評估是否可以在其他技術(shù)中實現(xiàn)類似的改進(jìn)。今天的研究結(jié)果發(fā)表在能源政策雜志上，麻省理工學(xué)院副教授Jessika Trancik，博士后Goksin Kavlak和研究科學(xué)家James McNerney撰寫。
該團(tuán)隊研究了通過改變模塊和制造工藝影響成本的技術(shù)水平(“低水平”)因素。太陽能電池技術(shù)有了很大改進(jìn);例如，電池在將太陽光轉(zhuǎn)換為電能方面變得更加有效。Trancik解釋說，像這樣的因素屬于一種處理物理產(chǎn)品本身的低級機(jī)制。
該團(tuán)隊還估算了“高層”機(jī)制的成本影響，包括邊做邊學(xué)，研究和開發(fā)以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)。例子包括改進(jìn)的生產(chǎn)工藝減少了生產(chǎn)的缺陷細(xì)胞數(shù)量，從而提高了產(chǎn)量，以及更大的工廠帶來了顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
這項涵蓋1980年至2012年(模塊成本下降了97%)的研究發(fā)現(xiàn)，有6個低水平因素占成本總體下降的10%以上，其中4個因素每個至少占15%。Trancik說，結(jié)果表明“有許多不同"旋鈕"轉(zhuǎn)向的重要性，以實現(xiàn)成本的穩(wěn)步下降。”降低成本的機(jī)會越多，他們就越不可能快速耗盡。
研究表明，這些因素的相對重要性隨著時間的推移而發(fā)生了變化。在早些年，通過改進(jìn)設(shè)備本身和制造方法，研究和開發(fā)是主要的降低成本的高級機(jī)制。然而，在過去十年中，隨著太陽能電池和模塊制造工廠變得越來越大，持續(xù)成本下降中最大的單一高級因素是規(guī)模經(jīng)濟(jì)。
“這引發(fā)了哪些因素可以幫助延續(xù)成本下降的問題，”Trancik說。“植物大小有什么限制?”
Trancik表示，就政府政策而言，刺激市場增長的政策約占整體成本下降的60%，因此“在降低成本方面發(fā)揮了重要作用。”刺激市場增長的政策包括可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)，上網(wǎng)電價和各種補(bǔ)貼等措施。她表示，政府資助的研發(fā)占其他40% - 盡管公共研發(fā)在前幾年發(fā)揮了更大的作用。
她補(bǔ)充道，這是重要的信息，因為“長期以來一直存在關(guān)于這些政策是否奏效的辯論 - 他們是否真的在推動技術(shù)改進(jìn)?現(xiàn)在，我們不僅可以回答這個問題，我們可以說多少。 “
Trancik說，這一發(fā)現(xiàn)基于對設(shè)備級機(jī)制的建模，而不是純粹的相關(guān)性分析，為技術(shù)創(chuàng)新和減少排放政策之間可以創(chuàng)造的“良性循環(huán)”提供了有力證據(jù)。隨著排放政策的實施，低碳技術(shù)市場增長，技術(shù)得到改善，未來減排成本可能下降。“這種分析有助于我們理解為什么會發(fā)生這種情況，以及反饋的強(qiáng)大程度。”
Trancik和她的同事計劃采用類似的方法來分析其他技術(shù)，如核電，以及太陽能裝置的其他部分 - 所謂的系統(tǒng)平衡，包括安裝結(jié)構(gòu)和電力控制器所需的太陽能電池組件 - 未包括在本研究中。“我們開發(fā)的方法可以用作評估不同技術(shù)成本的工具，包括回顧性和前瞻性，”Kavlak說。
“這開辟了一種不同的技術(shù)變革建模方式，從設(shè)備層面到政策措施，以及介于兩者之間的一切，”Trancik說。“我們正在開辟技術(shù)創(chuàng)新的黑匣子。”
McNerney說：“展望未來，我們可以提高我們對通常使技術(shù)迅速改進(jìn)的因素的直覺。將這種工具應(yīng)用于太陽能光伏只是我們能做的事情的開始。”
雖然該研究關(guān)注的是過去的表現(xiàn)，但它所發(fā)現(xiàn)的因素表明“看起來這種技術(shù)有進(jìn)一步提高成本的機(jī)會。”研究結(jié)果還表明，研究人員應(yīng)繼續(xù)研究晶體硅的替代技術(shù)，這是當(dāng)今太陽能光伏技術(shù)的主要形式，但許多其他品種正在積極探索，可能具有更高的效率或更低的材料成本。
該研究還強(qiáng)調(diào)了繼續(xù)提高制造系統(tǒng)效率的重要性，制造系統(tǒng)在降低成本方面的作用非常重要。“在這方面可能會有更多的收獲，”Trancik說。
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