解释太阳能发电成本的急剧下降

太阳能光伏(PV)模块的成本急剧下降，在过去四十年中下降了99%，经常被吹捧为可再生能源技术的一个重要成功案例。但是，有一个问题从未得到充分解决：究竟是什么原因导致这种惊人的下降?

麻省理工学院研究人员的一项新分析确定了导致节约的原因，包括最重要的政策和技术变化。例如，他们发现帮助发展市场的政府政策在降低技术成本方面发挥了关键作用。在器件级，主要因素是“转换效率”的增加，或者从给定量的太阳光产生的功率量。

这些见解有助于为未来的政策提供信息，并评估是否可以在其他技术中实现类似的改进。今天的研究结果发表在能源政策杂志上，麻省理工学院副教授Jessika Trancik，博士后Goksin Kavlak和研究科学家James McNerney撰写。

该团队研究了通过改变模块和制造工艺影响成本的技术水平(“低水平”)因素。太阳能电池技术有了很大改进;例如，电池在将太阳光转换为电能方面变得更加有效。Trancik解释说，像这样的因素属于一种处理物理产品本身的低级机制。

该团队还估算了“高层”机制的成本影响，包括边做边学，研究和开发以及规模经济。例子包括改进的生产工艺减少了生产的缺陷细胞数量，从而提高了产量，以及更大的工厂带来了显着的规模经济。

这项涵盖1980年至2012年(模块成本下降了97%)的研究发现，有6个低水平因素占成本总体下降的10%以上，其中4个因素每个至少占15%。Trancik说，结果表明“有许多不同"旋钮"转向的重要性，以实现成本的稳步下降。”降低成本的机会越多，他们就越不可能快速耗尽。

研究表明，这些因素的相对重要性随着时间的推移而发生了变化。在早些年，通过改进设备本身和制造方法，研究和开发是主要的降低成本的高级机制。然而，在过去十年中，随着太阳能电池和模块制造工厂变得越来越大，持续成本下降中最大的单一高级因素是规模经济。

“这引发了哪些因素可以帮助延续成本下降的问题，”Trancik说。“植物大小有什么限制?”

Trancik表示，就政府政策而言，刺激市场增长的政策约占整体成本下降的60%，因此“在降低成本方面发挥了重要作用。”刺激市场增长的政策包括可再生能源组合标准，上网电价和各种补贴等措施。她表示，政府资助的研发占其他40% - 尽管公共研发在前几年发挥了更大的作用。

她补充道，这是重要的信息，因为“长期以来一直存在关于这些政策是否奏效的辩论 - 他们是否真的在推动技术改进?现在，我们不仅可以回答这个问题，我们可以说多少。 “

Trancik说，这一发现基于对设备级机制的建模，而不是纯粹的相关性分析，为技术创新和减少排放政策之间可以创造的“良性循环”提供了有力证据。随着排放政策的实施，低碳技术市场增长，技术得到改善，未来减排成本可能下降。“这种分析有助于我们理解为什么会发生这种情况，以及反馈的强大程度。”

Trancik和她的同事计划采用类似的方法来分析其他技术，如核电，以及太阳能装置的其他部分 - 所谓的系统平衡，包括安装结构和电力控制器所需的太阳能电池组件 - 未包括在本研究中。“我们开发的方法可以用作评估不同技术成本的工具，包括回顾性和前瞻性，”Kavlak说。

“这开辟了一种不同的技术变革建模方式，从设备层面到政策措施，以及介于两者之间的一切，”Trancik说。“我们正在开辟技术创新的黑匣子。”

McNerney说：“展望未来，我们可以提高我们对通常使技术迅速改进的因素的直觉。将这种工具应用于太阳能光伏只是我们能做的事情的开始。”

虽然该研究关注的是过去的表现，但它所发现的因素表明“看起来这种技术有进一步提高成本的机会。”研究结果还表明，研究人员应继续研究晶体硅的替代技术，这是当今太阳能光伏技术的主要形式，但许多其他品种正在积极探索，可能具有更高的效率或更低的材料成本。

该研究还强调了继续提高制造系统效率的重要性，制造系统在降低成本方面的作用非常重要。“在这方面可能会有更多的收获，”Trancik说。