کاهش ۹۹ درصدی هزینه پنل‌های خورشیدی: نقش نوآوری‌های فرابخشی در انقلاب انرژی

ریشه‌های کاهش هزینه پنل‌های خورشیدی

یک مطالعه جدید در دانشگاه MIT، که در نشریه PLOS ONE منتشر شده، نشان می‌دهد که کاهش بیش از ۹۹ درصدی هزینه پنل‌های خورشیدی از دهه ۱۹۷۰، نتیجه پیشرفت‌های فنی در مجموعه‌ای از تلاش‌های تحقیقاتی و صنایع متنوع بوده است. این یافته‌ها می‌تواند به شرکت‌های انرژی تجدیدپذیر در تصمیم‌گیری‌های سرمایه‌گذاری تحقیق و توسعه و به سیاست‌گذاران در شناسایی حوزه‌های اولویت‌بندی برای تحریک رشد در تولید و استقرار کمک کند.

رویکرد مدل‌سازی محققان نشان می‌دهد که نوآوری‌های کلیدی اغلب از خارج از بخش خورشیدی سرچشمه گرفته‌اند. این نوآوری‌ها شامل پیشرفت در حوزه‌های زیر است:

• ساخت نیمه‌هادی‌ها: بهبود فرآیندهای تولید و مواد.
• متالورژی: توسعه فلزات و آلیاژهای جدید.
• تولید شیشه: ساخت شیشه‌های با کیفیت‌تر و مقاوم‌تر.
• حفاری نفت و گاز: تکنیک‌های پیشرفته حفاری که به طور غیرمستقیم به صنعت خورشیدی کمک کرده‌اند.
• فرآیندهای ساخت و ساز: روش‌های نوین نصب و استقرار.
• حوزه‌های حقوقی: تسهیل فرآیندهای مجوزدهی و مقررات.

جسیکا ترانسیک، نویسنده ارشد این مطالعه و استاد موسسه داده‌ها، سیستم‌ها و جامعه MIT، تأکید می‌کند: «نتایج ما نشان می‌دهد که فرآیند بهبود هزینه‌ها چقدر پیچیده است و پیشرفت‌های علمی و مهندسی، اغلب در سطح بسیار ابتدایی، چقدر در قلب این کاهش هزینه‌ها نقش دارند. دانش زیادی از حوزه‌ها و صنایع مختلف جمع‌آوری شده است و این شبکه دانش همان چیزی است که باعث بهبود این فناوری‌ها می‌شود.»

شناسایی و تحلیل نوآوری‌ها

این تحقیق بر اساس مدل‌های ریاضی قبلی توسعه‌یافته توسط محققان بنا شده است که تأثیر فناوری‌های مهندسی را بر هزینه ماژول‌ها و سیستم‌های فتوولتائیک بررسی می‌کنند. در این مطالعه، محققان با ترکیب مدل هزینه کمی خود با یک تحلیل کیفی دقیق، به بررسی عمیق‌تر پیشرفت‌های علمی که منجر به کاهش هزینه‌ها شده‌اند، پرداختند.

گوکسین کاولاک، یکی از نویسندگان مقاله، توضیح می‌دهد: «مدل هزینه کمی ما، تحلیل کیفی را هدایت کرد و به ما این امکان را داد تا نوآوری‌ها را در حوزه‌هایی که به دلیل کمبود داده‌های کمی، اندازه‌گیری آنها دشوار است، از نزدیک بررسی کنیم.»

محققان با تکیه بر کارهای قبلی که محرک‌های کلیدی هزینه (مانند تعداد سلول‌های خورشیدی در هر ماژول، راندمان سیم‌کشی و مساحت ویفر سیلیکونی) را شناسایی می‌کردند، یک بررسی ساختارمند از ادبیات موضوع برای نوآوری‌هایی که احتمالاً بر این محرک‌ها تأثیر می‌گذارند، انجام دادند. آنها ۸۱ نوآوری منحصر‌به‌فرد را شناسایی کردند که از سال ۱۹۷۰ بر هزینه‌های سیستم فتوولتائیک تأثیر گذاشته‌اند؛ از پیشرفت در شیشه‌های روکش‌دار ضد انعکاس گرفته تا پیاده‌سازی رابط‌های مجوزدهی کاملاً آنلاین.

ترانسیک می‌افزاید: «با نوآوری‌ها، همیشه می‌توانید به سطح عمیق‌تری بروید، به چیز‌هایی مانند تکنیک‌های پردازش مواد اولیه، بنابراین دانستن زمان توقف چالش‌برانگیز بود. داشتن آن مدل کمی برای پایه‌گذاری تحلیل کیفی ما واقعاً کمک کرد.»

تفکیک هزینه‌های ماژول و تعادل سیستم (BOS)

محققان هزینه‌های ماژول فتوولتائیک را از هزینه‌های تعادل سیستم (BOS) جدا کردند. هزینه‌های BOS شامل مواردی مانند سیستم‌های نصب، اینورترها و سیم‌کشی است. ماژول‌های فتوولتائیک به صورت انبوه تولید و صادر می‌شوند، در حالی که بسیاری از اجزای BOS در سطح محلی طراحی، ساخته و فروخته می‌شوند.

کاولاک می‌گوید: «با بررسی نوآوری‌ها چه در سطح BOS و چه در داخل ماژول‌ها، انواع مختلف نوآوری‌هایی را که در این دو بخش از فناوری فتوولتائیک پدیدار شده‌اند، شناسایی می‌کنیم.»

هزینه‌های BOS بیشتر به فناوری‌های نرم (عناصر غیرفیزیکی مانند رویه‌های صدور مجوز) بستگی دارد که در مقایسه با نوآوری‌های سخت‌افزاری، سهم بسیار کمتری در بهبود هزینه‌های گذشته PV داشته‌اند. ترانسیک اشاره می‌کند: «اغلب، همه چیز به تأخیرها برمی‌گردد. زمان، پول است و اگر در سایت‌های ساخت‌وساز تأخیر داشته باشید و فرآیندهای غیرقابل‌پیش‌بینی رخ دهد، این بر هزینه‌های تراز سیستم تأثیر می‌گذارد.»

نوآوری‌هایی مانند نرم‌افزار صدور مجوز خودکار، که سیستم‌های منطبق با کد را برای تأیید سریع علامت‌گذاری می‌کند، نویدبخش هستند. محققان دریافتند که نوآوری‌های صنایع نیمه‌هادی، الکترونیک، متالورژی و نفت نقش عمده‌ای در کاهش هزینه‌های PV و BOS داشته‌اند، اما هزینه‌های BOS تحت تأثیر نوآوری‌های مهندسی نرم‌افزار و شرکت‌های برق نیز قرار گرفته است.

علاوه بر این، در حالی که بیشتر نوآوری‌های پنل‌های فتوولتائیک از سازمان‌های تحقیقاتی یا صنایع سرچشمه گرفته‌اند، بسیاری از نوآوری‌های BOS توسط دولت‌های شهری، ایالت‌های ایالات متحده یا انجمن‌های حرفه‌ای توسعه یافته‌اند.

مگدالنا کلمون، یکی دیگر از نویسندگان، اضافه می‌کند: «به لطف زمان‌بندی مناسب، سازگاری فیزیکی و سیاست‌های حمایتی برای تطبیق نوآوری‌ها با کاربردهای فتوولتائیک، صنعت فتوولتائیک در موقعیت بسیار خوبی برای جذب نوآوری‌ها از صنایع دیگر قرار داشت.»

چشم‌انداز آینده و تأثیر محاسبات پیشرفته

این تحلیل همچنین نقشی را که قدرت محاسباتی بیشتر می‌تواند در کاهش هزینه‌های BOS از طریق پیشرفت‌هایی مانند سیستم‌های بررسی مهندسی خودکار و نرم‌افزار ارزیابی سایت از راه دور ایفا کند، آشکار می‌کند. کلمون با اشاره به نقش رو به گسترش رباتیک و ابزارهای دیجیتال مبتنی بر هوش مصنوعی در کاهش هزینه‌ها و بهبود کیفیت در آینده می‌گوید: «از نظر سرریز دانش، آنچه تاکنون در PV دیده‌ایم، ممکن است فقط آغاز راه باشد.»

محققان نشان دادند که چگونه می‌توان از این روش برای تخمین تأثیر کمی یک نوآوری خاص استفاده کرد. برای مثال، آنها تخمین می‌زنند که اره‌کاری سیم، تکنیکی که در دهه ۱۹۸۰ معرفی شد، با کاهش تلفات سیلیکون و افزایش توان عملیاتی در طول ساخت، منجر به کاهش ۵ دلار در هر وات هزینه کلی سیستم فتوولتائیک شده است.

ترانسیک می‌گوید: «از طریق این تحلیل گذشته‌نگر، شما چیزهای ارزشمندی برای استراتژی آینده یاد می‌گیرید، زیرا می‌توانید ببینید چه چیزی کارساز بوده و چه چیزی کارساز نبوده است، و این مدل‌ها همچنین می‌توانند به صورت آینده‌نگر به کار گرفته شوند. همچنین مفید است بدانید که کدام بخش‌های مجاور ممکن است به پشتیبانی از بهبود در یک فناوری خاص کمک کنند.»

محققان قصد دارند در ادامه این روش را در طیف وسیعی از فناوری‌ها، از جمله سایر سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، به کار گیرند. آنها همچنین می‌خواهند فناوری نرم را بیشتر مطالعه کنند تا نوآوری‌ها یا فرآیندهایی را شناسایی کنند که می‌توانند کاهش هزینه‌ها را تسریع کنند.

ترانسیک در پایان می‌گوید: «اگرچه فرآیند نوآوری فناوری ممکن است مانند یک جعبه سیاه به نظر برسد، ما نشان داده‌ایم که می‌توانید آن را درست مانند هر پدیده دیگری مطالعه کنید.»