Przełom wykraczał poza technologię, obejmując politykę, oprogramowanie i bardziej wydajne procesy instalacji.
REKLAMA
Od lat 70. ubiegłego wieku cena paneli słonecznych spadła o ponad 99 procent. To sprawiło, że niegdyś kosztowna technologia stała się powszechnie wykorzystywanym źródłem energii dla milionów domów, które zmieniło rynki energetyczne na całym świecie.
Nowe badanie MIT opublikowane w PLOS ONE ujawniło, dlaczego ceny energii słonecznej spadły tak bardzo, ujawniając skomplikowaną sieć ukrytych przełomów, które sprawiły, że systemy fotowoltaiczne (PV) stały się globalnym motorem zmian w zakresie celów zerowych netto.
Odkrycia pokazują, w jaki sposób dziesięciolecia innowacji, w dużej mierze spoza sektora energetycznego, wprowadziły energię słoneczną do głównego nurtu. Oferują one również cenne lekcje, które mogą pomóc obniżyć koszty innych technologii odnawialnych.
Kaskada przełomowych rozwiązań
Naukowcy z MIT prześledzili 81 różnych innowacji, które obniżyły koszty systemów fotowoltaicznych od 1970 roku. Obejmowały one zmiany wewnątrz paneli - takie jak piłowanie drutu, technika stosowana do cięcia dużych bloków krzemu na cienkie płytki ogniw słonecznych, co znacznie zmniejsza ilość odpadów krzemowych - po ulepszenia systemowe, takie jak szybsze procedury wydawania pozwoleń na nowe projekty.
Te przełomowe odkrycia nie pochodzą wyłącznie ze świata energii słonecznej. Innowacje w tak różnych dziedzinach, jak półprzewodniki, obróbka metali, produkcja szkła, a nawet reformy prawne, odegrały zaskakującą rolę w obniżaniu kosztów i zwiększaniu wydajności energii słonecznej.
Kostantsa Rangelova, analityk ds. globalnej energii elektrycznej w think tanku energetycznym Ember, wyjaśnia, że te stopniowe ulepszenia są najbardziej skuteczne w połączeniu z "mechanizmami wyższego poziomu, takimi jak uczenie się przez działanie i korzyści skali", co oznacza, że wraz ze wzrostem produkcji niewielkie zyski są powiększane do znacznych redukcji kosztów.
"Historia tego, w jaki sposób energia słoneczna stała się najtańszą formą energii elektrycznej w historii, według słów Międzynarodowej Agencji Energii, jest opowieścią o stałym tempie systemowych innowacji przyrostowych, które wprowadzały nowe materiały, narzędzia i procesy, często łącząc te elementy w celu poprawy wydajności i obniżenia kosztów" - mówi.
Energia słoneczna zbliża się do punktu krytycznego w Europie
Wpływ tych długoterminowych cięć kosztów jest teraz wyraźny w europejskim koszyku energetycznym.
W czerwcu po raz pierwszy w historii energia słoneczna wygenerowała więcej energii elektrycznej niż jakiekolwiek inne źródło w UE, co jest symbolicznym kamieniem milowym, który pojawia się wraz ze wzrostem inwestycji w czystą energię.
Na całym świecie w ubiegłym roku w odnawialne źródła energii zainwestowano około 1,7 bln euro, czyli o 685 mld euro więcej niż w paliwa kopalne. Eksperci twierdzą, że sektor zbliża się do pozytywnego punktu zwrotnego, czyli momentu, w którym niewielkie zmiany mogą katalizować szybki, nieodwracalny wzrost.
Morska energia wiatrowa jest obecnie o 53 procent tańsza niż paliwa kopalne, ale spadek kosztów energii słonecznej był najbardziej dramatyczny. Dziesięciolecia stałych prac badawczo-rozwojowych, masowej produkcji i transferu wiedzy z innych branż doprowadziły Europę do punktu, w którym energia słoneczna nie tylko konkuruje z paliwami kopalnymi, ale raczej przewodzi przesunięciu w kierunku źródeł odnawialnych.
Co jeszcze należy zmienić?
Dla naukowców z MIT lekcja z przeszłości energii słonecznej jest taka, że przełomy często przychodzą z nieoczekiwanych miejsc. Kolejna faza redukcji kosztów może zależeć w równym stopniu od procesów, polityk i oprogramowania, co od materiałów i sprzętu.
Autorzy twierdzą, że narzędzia projektowe oparte na sztucznej inteligencji, robotyka do szybszej instalacji i lepsza integracja z zarządzaniem siecią elektryczną mogą zapewnić nowe oszczędności i poprawę jakości.
"Jeśli chodzi o przepływ wiedzy, to co do tej pory widzieliśmy w PV, może być tak naprawdę dopiero początkiem" - powiedziała współautorka Magdalena Klemun.
Większa moc obliczeniowa już teraz umożliwia zdalne oceny lokalizacji i zautomatyzowane przeglądy inżynieryjne, co może zmniejszyć opóźnienia i koszty.
Rangelova dodaje, że kolejną kluczową lekcją płynącą ze znacznej redukcji kosztów energii słonecznej jest modułowość. Innymi słowy, projektowanie technologii takich jak panele słoneczne w taki sposób, aby były one wykonane z mniejszych, znormalizowanych i łatwo powtarzalnych części. Pozwala to na prostszą i szybszą produkcję i instalację technologii.
"Już teraz przyczynia się to do szybkiej redukcji kosztów technologii akumulatorowych" - mówi.
Jednak wraz z postępem technologicznym, inne wyzwania wymagają uwagi.
Naukowcy wypełniają lukę w recyklingu
Wraz z rosnącą liczbą instalacji solarnych, coraz więcej uwagi poświęca się zarządzaniu zużytymi bateriami.
Panele słoneczne są zbudowane tak, aby wytrzymać 30 lat lub dłużej i wytrzymać trudne warunki. Nie są one jednak tworzone z myślą o rozłożeniu ich na części. Ich trwałość sprawia, że demontaż w celu recyklingu jest trudny i kosztowny. Wzbudziło to obawy o zbliżający się problem odpadów, gdy wczesne jednostki osiągną wiek emerytalny.
Na całym świecie naukowcy zaczynają zajmować się tą kwestią.
Nowe projekty badawcze, od UE po Australię, opracowują bardziej przystępne cenowo i zrównoważone metody recyklingu, podczas gdy niektóre firmy projektują panele z myślą o ich odzyskiwaniu po zakończeniu eksploatacji. Naprawa i ponowne wykorzystanie również zyskują na popularności, utrzymując starsze panele w użyciu zamiast wysyłać je na wysypisko śmieci.
Inne odnawialne źródła energii napotykają podobne przeszkody. Chociaż 80-95 procent materiałów, z których zbudowane są turbiny wiatrowe - w tym stal, miedź, beton, a nawet niektóre żywice - można już ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi, naukowcy szacują, że do 2050 roku ilość odpadów z turbin może przekroczyć 43 miliony ton.
To sprawia, że szybkie przyjęcie tych technologii staje się jeszcze pilniejsze.
Naukowcy z MIT zauważyli, że podczas gdy większość innowacji w zakresie paneli słonecznych powstała w laboratoriach badawczych lub przez tytanów przemysłu, wiele innowacji systemowych, które pobudziły dalszy wzrost i rozwój, zostało zainicjowanych przez rządy.