De dramatische daling van de kosten van fotovoltaïsche (PV) zonnepanelen, die de afgelopen vier decennia met 99 procent is gedaald, wordt vaak aangeprezen als een belangrijk succesverhaal voor technologie voor hernieuwbare energie. Maar één vraag is nooit volledig beantwoord:wat is precies de oorzaak van die verbluffende daling?

Een nieuwe analyse door MIT-onderzoekers heeft vastgesteld wat de besparingen veroorzaakte, inclusief de beleids- en technologische veranderingen die er het meest toe deden. Bijvoorbeeld, ze ontdekten dat het overheidsbeleid om markten te helpen groeien een cruciale rol speelde bij het verlagen van de kosten van deze technologie. Op apparaatniveau is de dominante factor was een toename van de "conversie-efficiëntie, " of de hoeveelheid stroom die wordt opgewekt door een bepaalde hoeveelheid zonlicht.

De inzichten kunnen helpen om toekomstig beleid te informeren en te evalueren of soortgelijke verbeteringen in andere technologieën kunnen worden bereikt. De bevindingen worden vandaag gerapporteerd in het tijdschrift Energiebeleid , in een paper van MIT Associate Professor Jessika Trancek, postdoc Goksin Kavlak, en onderzoekswetenschapper James McNerney.

Het team heeft gekeken naar de factoren op technologieniveau ("low-level") die de kosten hebben beïnvloed door de modules en het productieproces te veranderen. De zonneceltechnologie is sterk verbeterd; bijvoorbeeld, de cellen zijn veel efficiënter geworden in het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Factoren zoals deze, Trancek legt uit, vallen in een categorie van low-level mechanismen die te maken hebben met de fysieke producten zelf.

Het team schatte ook de kosteneffecten van "high-level" mechanismen, inclusief leren door te doen, onderzoek en ontwikkeling, en schaalvoordelen. Voorbeelden hiervan zijn de manier waarop verbeterde productieprocessen het aantal geproduceerde defecte cellen hebben verminderd en dus de opbrengsten hebben verbeterd, en het feit dat veel grotere fabrieken tot aanzienlijke schaalvoordelen hebben geleid.

De studie, die de jaren 1980 tot en met 2012 bestreken (waarin de modulekosten met 97 procent daalden), ontdekte dat er zes lage factoren waren die elk meer dan 10 procent van de totale kostendaling voor hun rekening namen, en vier van die factoren waren elk goed voor ten minste 15 procent. De resultaten wijzen op "het belang van het hebben van veel verschillende 'knoppen' om aan te draaien, om een ​​gestage daling van de kosten te bereiken, ", zegt Trancik. Hoe meer verschillende mogelijkheden er zijn om de kosten te verlagen, hoe kleiner de kans is dat ze snel uitgeput raken.

Het relatieve belang van de factoren is in de loop van de tijd veranderd, blijkt uit de studie. In vroegere jaren, onderzoek en ontwikkeling was het dominante kostenbesparende mechanisme op hoog niveau, door verbeteringen aan de apparaten zelf en aan productiemethoden. Gedurende ongeveer het laatste decennium, echter, de grootste factor op hoog niveau in de aanhoudende kostendaling waren schaalvoordelen, aangezien de fabrieken voor zonnecellen en modules steeds groter zijn geworden.

"Dit roept de vraag op welke factoren kunnen helpen de kostendaling voort te zetten, "zegt Trancik. "Wat zijn de grenzen aan de grootte van de planten?"

Wat het overheidsbeleid betreft, Trancek zegt, beleid dat de marktgroei stimuleerde, goed voor ongeveer 60 procent van de totale kostendaling, dus "dat speelde een belangrijke rol bij het verlagen van de kosten." Beleid dat de marktgroei stimuleerde, omvatte maatregelen zoals normen voor duurzame portefeuilles, teruglevertarieven, en diverse subsidies. Door de overheid gefinancierde R&D was goed voor de overige 40 procent, hoewel publieke R&D in de voorgaande jaren een grotere rol speelde, ze zegt.

Dit is belangrijke informatie, zij voegt toe, want "er is lange tijd gedebatteerd over de vraag of dit beleid werkt - waren ze echt de drijvende kracht achter technologische verbetering? Nu, we kunnen niet alleen die vraag beantwoorden, we kunnen zeggen met hoeveel."

Deze vonst, die is gebaseerd op het modelleren van mechanismen op apparaatniveau in plaats van louter correlatieanalyse, levert sterk bewijs van een "heilzame cyclus" die kan worden gecreëerd tussen technologische innovatie en beleid om emissies te verminderen, zegt Trancek. Naarmate het emissiebeleid wordt uitgevoerd, koolstofarme technologiemarkten groeien, technologieën verbeteren, en de kosten van toekomstige emissiereducties kunnen dalen. "Deze analyse helpt ons te begrijpen waarom dit gebeurt, en hoe sterk de feedback kan zijn."

Trancik en haar collega's zijn van plan een vergelijkbare methode toe te passen bij het analyseren van andere technologieën, zoals kernenergie, evenals de andere delen van zonne-installaties - de zogenaamde balans van systemen, inclusief de montagestructuren en vermogensregelaars die nodig zijn voor de zonnemodules - die niet in deze studie waren opgenomen. "De methode die we hebben ontwikkeld, kan worden gebruikt als een hulpmiddel om de kosten van verschillende technologieën te beoordelen, zowel retrospectief als prospectief, ' zegt Kavlak.

"Dit opent een andere manier om technologische verandering te modelleren, van apparaatniveau tot beleidsmaatregelen, en alles daartussenin, "zegt Trancik. "We openen de zwarte doos van technologische innovatie."

"Vooruit gaan, we kunnen onze intuïtie verbeteren over welke factoren in het algemeen ervoor zorgen dat technologieën snel verbeteren. De toepassing van deze tool op zonne-PV is nog maar het begin van wat we kunnen doen, ' zegt McNerney.

Hoewel het onderzoek zich richtte op prestaties uit het verleden, de geïdentificeerde factoren suggereren dat "het lijkt alsof er mogelijkheden zijn voor verdere kostenverbeteringen met deze technologie." De bevindingen suggereren ook dat onderzoekers moeten blijven werken aan alternatieve technologieën voor kristallijn silicium, wat tegenwoordig de dominante vorm is van fotovoltaïsche zonnetechnologie, maar veel andere variëteiten worden actief onderzocht met mogelijk hogere efficiëntie of lagere materiaalkosten.

De studie benadrukt ook het belang van voortzetting van de vooruitgang bij het verbeteren van de efficiëntie van de productiesystemen, wiens rol bij het terugdringen van de kosten belangrijk is geweest. "Er is waarschijnlijk meer winst te behalen in deze richting, ' zegt Tranck.