太阳能电池界的“摩尔定律”-“史旺森定律”

谈到半导体就想到“摩尔定律”，而在太阳能领域，也有相对应的“史旺森定律”(Swanson’s law)，这个定律叙述当太阳能电池面板生产量越多，厂商累积的经验越丰富，成本也就越下降。定律的名称，是来自于美国龙头晶矽太阳能厂太阳能源(SunPower)创办人理察·史旺森(Richard “Dick” Swanson)，但是史旺森本人却说：“这定律不是我发明的。”

“史旺森定律”，或是应该正名为学习曲线定律，是这样描述太阳能产业的：当太阳能电池模组累积产量加倍，价格平均会下降约 20%。史旺森表示，这个定律从太阳能产业发展初期就相当准确，到了现在也还是一样适用，唯一的问题是，这个定律不该以史旺森命名，因为不是他发明这个定律的，但经年累月以来，产业界都把这条定律和他连结在一起，2017 年 11 月，史旺森特别发布文章以正视听。

▲ 理察·史旺森。(Source：德拉瓦大学)

那么这条定律又是从哪来的?史旺森话说从头，他最早是在 1975 年听到这条学习曲线定律，当时是在光电专业论坛(Photovoltaic Specialists Conference)，来自德州仪器(Texas Instruments)，日后就职于美国能源部的讲者保罗·梅考克(Paul Maycock)，告诉与会者了解学习曲线对产业有相当大的帮助。说明学习曲线就是：价格的对数，与累积总产量的对数，成一个比例关系。保罗·梅考克之所以对学习曲线有如此了解，来自于当年德仪身为芯片大厂，在芯片制造过程累积的经验，当时德仪发现这个学习曲线关系后，就用来预测未来芯片的成本。

目前也在能源部工作的罗伯·马高利司(Robert Margolis)则于 2002 年在其哈佛博士学位论文《了解能源领域科技创新：以光电为例》(Understanding Technological Innovation in the Energy Sector: The Case of Photovoltaics)中阐述，几乎所有制造业产品，在学习曲线图上，也就是价格的对数与累积总产量的对数，都成一个固定的比例关系，那就是累积总生产量倍增时，生产成本就会下降 20%。

学习曲线定律也是各国政府之所以敢于大力补贴太阳能的原因，因为补贴使总产量拉高，最终会增快太阳能降价的速度，而很快不用补贴，2011 年以后太阳能产业的发展正印证了这个理论。太阳能的确在各国政府补贴引爆大规模量产后，很快大降价，如今在世界各地的太阳能标案连续开出新低价，越来越多地区太阳能达到电网平价，已经很快就不再需要补贴。

但是学习曲线定律为何不是叫“德仪定律”，或是以论文作者马高利司为名，而和史旺森扯上关系呢?这来自一场不怎么美丽的误会。史旺森于 1985 年接受美国能源部及电力研究院( Electric Power Research Institute )资助创立太阳能源，成为全球发展太阳能的先锋，1990 年代到 2000 年代初期，当时太阳能价格极高，太阳能产业主要只在航太等专业领域应用，产业发展并不被看好;当时为了阐述太阳能产业的发展潜力，他在许多发布会，引用德仪学习曲线，说明太阳能未来也可以是普及的能源。

当时记录他演讲的记者，由于没有产业界的背景知识，不知道他引述的学习曲线最初来自德仪，竟以为是史旺森本人发现的，于是撰写报导时，就称之为“史旺森定律”，而这条曲线又相当引人注意，于是一传十、十传百，这下整个产业界都知道“史旺森定律”，而且还成为太阳能产业的专属定律，事实上学习曲线定律的发现与史旺森无关，他只是转述，而学习曲线定律也不只适用于太阳能产业，而是所有制造业。

在产业界有一条以自己为名的定律应该是很光荣的，不过在史旺森的例子，却是很尴尬的事，因为尽管媒体与大众疯炒史旺森定律，甚至连太阳能源本身都很乐于拿史旺森定律跟摩尔定律相提并论，提升公司的权威感，但是，整个产业界致力于研究成本下降预测的专家，统统都知道这条曲线的发现跟史旺森无关，于是他只好特别为文澄清。

虽然史旺森定律之所以叫史旺森是一场乌龙，但是定律本身的内容则无庸置疑地准确，因此史旺森也预期，未来太阳能电池模组的价格，仍然会依照学习曲线定律下降，在当前太阳能出货量远较过去激增的情况下，太阳能进一步降价速度也相当可期。史旺森认为，即使没有补贴，太阳能也很快就会成为最便宜的电力来源。

以如今占太阳能电池市场约三分之一的钝化发射极背面接触(Passivated emitter and rear cell，PERC)太阳能电池为例，2 年前市场规模仅 5 吉瓦(gigawatt)，2017 年市场规模预期将有 35 吉瓦，累积总产量已超过“倍增再倍增再倍增”，若以史旺森定律推估，成本将低于下降 2 成再 2 成再 2 成，即只剩原本的 51.2% 不到。

在产能大量开出使得总累积产量倍增速度加快的现况下，史旺森的乐观预估在模组部分很快就会成真。不过，史旺森定律只适用于模组硬件制造部分，如今太阳能成本已经大多来自“软”成本，尤其是行政、行销、财务等成本，这些部分不受史旺森定律影响，未来太阳能成本将如何进一步下降，有赖于该如何简化行政程序等制造以外的因素。