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麻省理工学院分析 1980 年以来太阳能模组跌价 99% 的主要因素

2024-12-24 208

太阳能从以前给人昂贵的印象,到如今给人崩盘的印象,1980 年至 2012 年,太阳能模组跌价 99%,但是麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)研究团队认为,之后还有得跌!

麻省理工学院研究过去 40 年的太阳能产业,发表报告指出 1980 年以来跌价 99%,主因是来自于各国官方与民间投入的研发资源,以及太阳能电池的转换效率提升。转换效率提升使得同一面积的太阳能电池能发出更多电力,以电力为单位计算时,相对成本下降。

研究团队把上述太阳能 40 年来的成本下降原因分成两种解读方式,第一种是观察直接降低成本的因素,如原物料等直接影响制造成本的因素,称为低阶成本下降机制,其中转换效率提升是 1980 年到 2012 年间太阳能价格下降最主要成因,占 23%,其次依序是非硅原材料成本降低占 21%、硅材料价格下降占 16%、硅用量减少占 14%、硅晶圆面积提升占 11%,太阳能厂规模提升占 11%,良率提升则占 7%。

若以 2001 年为分界点,1980 到 2001 年,成本下降的最大原因仍是转换效率提升,占 24%,之后其他因素的排序与比例也雷同,但 2001 年以后,价格下降的主因有了很明显的改变,最大因素变成是太阳能厂规模,占 36%,其次是晶圆面积,占 16%,再次是非硅原物料成本,占 15%,转换率提升的影响仅占 12%,而硅用量仅占 8%,良率提升仅占 7%,硅价格的影响更仅剩 3%。

第二种解读方式是找寻这些直接降低成本因素的背后因素,称为高阶成本下降因素,包括以下因素:各国官方与民间投注的研发资源、“做中学”制造生产过程累积的经验、经济规模,以及其他因素,其中,贡献最大的是投注研发资源,占高阶成本下降因素的近 6 成,不过,若只看 2001 年以后,规模经济的影响超越研发投资,两者都约占 4 成多。

国家实验室、大学实验室以及企业的研发能量,是推动太阳能转换效率提升的主要动能,其他包括晶圆面积提升,晶圆厚度降低而减少硅用量,单晶硅与多晶硅制造技术提升而降低硅成本,模组设计进步而减少非硅材料用量而降低非硅材料成本等,这些都归功于研发;另一方面,制造经验的提升也有助于提升晶圆面积以及减少硅用量,但最主要影响是在于良率的提升。

2000 年代中期以前,太阳能产业的硅材料,主要来自于品级不足无法供应半导体产业而遭淘汰下来的硅材,可说当时太阳能的硅材料来源是附属于半导体产业,其成本下降主要靠半导体产业驱动,但是 2006 年以后,太阳能产业对硅的需求超过半导体产业,造成供应短缺与价格上涨,生产商也因此扩大规模,规模经济成为 2001 到 2012 年时硅材料价格下降的主要因素。在非硅材料方面,规模经济也与研发有同等重要的影响力。

最终该报告讨论政策对价格降低的影响,鼓励太阳能发展的政策,如提供高额趸购电价奖励,对民间投资有刺激作用,因此可提升研发、制造经验、规模经济。研究团队发现,研发的贡献度,政府、学校等公家机构与民间约是 1:1,扣除公家机构的研发贡献后,其他部分都是可受市场政策影响的因素,研究团队认为,如此计算下,研究团队认为奖励政策对太阳能价格下降的影响度贡献可达 6 成。

奖励政策为未来下滑主要动能

这些价格下降因素都会持续,因此,太阳能还在继续走成本下降之路。那么,展望未来,不同的策略将如何影响太阳能价格下降幅度?研究团队认为,奖励政策仍然将继续支持太阳能成本下降,但是现世代以硅为基础的太阳能模组技术可能已经逐渐逼近最大潜力,如转换效率离最大理论值越来越接近,也就更难再大幅度提升,太阳能厂规模已经相当大,再更大规模也很难进一步提升规模经济效益。

这种状况下,纯粹靠市场政策刺激,激发的成本下降效益将递减,若要稳健持续让太阳能价格继续降低,公家机关的研发能量将扮演重要角色。

产业界也认为,太阳能前期的价格下降来自欧美的研发能量,之后由中国接手以规模经济冲刺第二波的大幅降价,但是如今规模经济已经冲到顶,又会回到研发为主。太阳能产业的焦点将会到太阳能电池结构、模组设计等方面。

市调机构伍德麦肯兹(Wood Mackenzie)认为,未来 5 年内,太阳能电池模组价格将从每瓦(watt)0.3 美元降至 0.18 美元,降幅达 40%,研发是其中因素之一,其他因素包括工厂制程自动化程度提升,使用钻石线锯切割以减少材料损耗,制造设备的能源效率提升降低电力消耗,以及所有原材料价格都还继续下降,因此,太阳能模组还将继续走低。

不过,太阳能模组如今只占太阳能成的不到三分之一,随着硬件价格直直落,“软成本”如今才是太阳能成本的大宗,要再大幅降低总体太阳能成本,模组的影响有限,如何降低“软成本”才是焦点。不论如何,如今的太阳能成本,在美国许多州都已经能与燃气发电以及燃煤发电竞争,太阳能已经逼近不需补贴就能有经济竞争力的临界点。

  • Why PV Costs Have Fallen So Far—and Will Fall Further
  • Evaluating the causes of cost reduction in photovoltaic modules

(首图来源:shutterstock)

2019-03-10 19:31:00

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