211service.com
Varför billigare solceller är nyckeln till att hantera klimatförändringar
Det snabbt sjunkande priset på solenergi har förändrat hur vi tänker om ren energi. Men det måste fortfarande bli mycket billigare.
30 juni 2021
Andrea Daquino
I slutet av 2007, mindre än 10 år in i företagets existens, kom Google ut på marknaden för ren energi. Till en fanfar av hyllningar upp och ner i Silicon Valley och långt bortom, det deklarerade RE
Det skulle vara alltför lätt att se detta som ett erkännande av misslyckande – stor teknik som spelar på en arena den inte visste något om, med den hybris som Silicon Valley är känd för. Men något annat var på gång. Googles förändring i strategi var en återspegling av den växande framgången för solsektorn . Google insåg att dess energi var bättre riktad mot att massivt skala upp befintliga förnybara tekniker som hade rasat i pris, snarare än att uppfinna nya.
Den här historien var en del av vårt julinummer 2021
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Medan Google spikade övergången från FoU till implementering, satsade det fortfarande stort på att skala upp fel teknik. I början av 2010-talet såg solloppet ut som en hård konkurrens mellan solceller (PV) och koncentrerad solenergi i bruksskala (CSP), som använder soluppvärmda vätskor för att driva kraftturbiner. Google investerade snabbt mer än 1 miljard dollar i en rad förnybara företag och verktyg, inklusive stora investeringar i CSP-outfits BrightSource Energy och eSolar. Ett decennium senare ser sådana val inte lovande ut, eftersom även CSP har förlorat på PV:s fortsatta snabba kostnadsminskningar.
Google är inte ensamt om att upprepade gånger missbedöma det sjunkande priset på solceller under de senaste decennierna och dess inverkan på hur vi tänker kring ren energi. Kostnaderna för solcellsenergi sjönk ungefär med en faktor 10 under det senaste decenniet, utöver redan imponerande kostnadsminskningar fram till den punkten, för en total minskning på omkring en faktor hundra sedan USA:s president Jimmy Carter avtäckte solpaneler i Vita huset 1979. (Ronald Reagan tog ner dem 1986, under sin andra mandatperiod som president.)
För att sätta det i perspektiv, om bensin på liknande sätt hade sjunkit i pris från 1979 års nivåer, skulle det kosta öre en gallon idag. Bensin är naturligtvis en vara, med priser som fluktuerar av ett antal tekniska, ekonomiska och politiska skäl. Solcellspriserna drivs också av alla dessa faktorer, men under åren har tekniken helt klart dominerat. (I år har priserna för solcellsmoduler ökat med cirka 18 % på grund av en tillfällig kris i kiselförsörjningskedjan.)
I sitt senaste år World Energy Outlook , förklarade International Energy Agency att solcellsenergi är den billigaste elkällan i historien för soliga platser med låg finansieringskostnad. Dessa två kvalifikationer är viktiga. Solen är uppenbar - solenergi kommer alltid att vara billigare i Phoenix, Arizona, än i New York City - men rapporten drog slutsatsen att solenergi nu är billigare än kol och naturgas på många ställen.
Solenergi måste vara så billig att det är ekonomiskt vettigt att bygga ny solenergikapacitet och slutar fungera kol- och gasanläggningar som fortfarande tjänar pengar till sina ägare.
Finansiering är nyckeln till varför detta är sant. Solceller och andra förnybara energikällor som vind har låga eller nära noll driftskostnader – initiala kostnader har alltid varit det stora hindret, och finansiering har varit en stor anledning till varför. Delvis tack vare olika regeringspolitik har solenergiinvesteringar blivit mycket mindre riskfyllda under det senaste decenniet eller så, vilket frigjort billiga pengar.
Som ett resultat har användningen av solceller ökat snabbt; det är nu den snabbast växande elkällan globalt, och siffror kommer att vara det ett tag framöver. Det börjar från en låg bas av installerad kapacitet, dock långt bakom kol, gas, vattenkraft, kärnkraft – till och med vind, som har varit billigt längre. Och däri ligger ett av de största problemen för solceller. Det kan vara den billigaste formen av el för många, men det i sig gör inte övergången till ren energi tillnärmelsevis snabb nog.
Vi behöver allt fler tekniska framsteg. Varför stanna vid nätparitet, punkten där det är lika billigt att bygga och driva solcellsenergi som att leverera el via fossila energikällor? Varför inte 10% billigare? Varför inte sträva efter att minska kostnaderna med ytterligare en faktor 10 inom ett decennium? Sådana droppar behövs eftersom det heliga målet för nätparitet är missvisande – den verkliga frågan är vid vilken tidpunkt kraftverk faktiskt kommer att överge befintliga kolanläggningar och byta till solenergi, snarare än att bara undvika att lägga till ny kolkapacitet. Solenergi måste vara så billig att det är ekonomiskt vettigt att bygga ny solenergikapacitet och slutar fungera kol- och gasanläggningar som fortfarande tjänar pengar till sina ägare.
Allt som kräver politik för att både driva på befintlig solteknik och stödja FoU inom ny teknik. Hela paketet inkluderar teknisk forskning, utveckling, demonstration, distribution och spridning. Varje steg längs denna kedja förtjänar direkt statligt stöd, med tanke på att det också blir allt dyrare ju längre ner i kedjan man kommer.
Hur man blir billigare
För att bättre optimera investeringar för att komma till ännu billigare solenergi, är det värt att förstå vilka faktorer som har drivit ned kostnaden för förnybar energi under de senaste decennierna.
MIT energisystemforskare Jessika Trancik och hennes grupp finner att de dramatiska kostnadsminskningarna för solceller under loppet av tre decennier till stor del kan tillskrivas tre faktorer: FoU som direkt leder till förbättringar i moduleffektivitet (hur mycket av solljuset som omvandlas till elektricitet) och andra grundläggande tekniska framsteg ; skalfördelar som tillskrivs storleken på solcellstillverkningsanläggningar och den ökande volymen av insatsvaror som kisel; och förbättringar som uppnåtts genom learning by doing.
Inget av det är alltför förvånande, men det som är mindre uppenbart är att det relativa bidraget för var och en varierar mycket över tiden. Från 1980 till 2000 stod FoU för omkring 60 % av kostnadsminskningarna, med stordriftsfördelar på 20 % och lärande genom att göra en avlägsen tredjedel på omkring 5 %; andra till stor del otillförbara faktorer står för balansen. Det verkar vettigt; det var en period av imponerande framsteg när det gäller solcellers effektivitet men inte en tid av betydande tillverkning och utbyggnad. Sedan dess har pendeln svängt från FoU och grundläggande tekniska förbättringar mot stordriftsfördelar inom tillverkning, som nu står för över 40 % av kostnadsminskningarna. Det är dock värt att notera att forskningsframsteg fortfarande står för cirka 40 % av nedgångarna.
Lärdomen för framtida investeringar som syftar till att göra solenergi ännu billigare: det bör finnas direkt stöd för alla tre, snedställda mot skalfördelar. Tranciks resultat tar bara hänsyn till själva solcellsmodulen. Det kvarstår fortfarande installation, anslutning till nätet och andra faktorer som utgör de totala systemkostnaderna. Detta är områden som sannolikt kommer att förbättras i takt med att tekniker och företag blir mer erfarna. Medan resultaten av subventioner för att öka solcellsinstallationer verkar vara blandade i bästa fall, policyer som inmatningstariffer, som erbjuder gynnsamma långsiktiga kontrakt till solcellsproducenter, och förnybar portfölj eller standarder för ren energi, som fastställer kvantitetsmål för förnybara energikällor, visar tydliga resultat för att driva på den övergripande utbyggnaden.
Ingen gratis lunch
Trots det sjunkande priset på solenergi kommer övergången till förnybar energi fortfarande att bli kostsam. Den stora frågan är förstås hur dyrt jämfört med vad – även klimatförändringar kommer med kostnader. Billig solel blir ännu mer ekonomiskt attraktiv för utvecklare om de sociala och miljömässiga kostnaderna för koldioxidutsläpp från fossila bränslen beaktas.
Mycket här beror på den sociala kostnaden för kol (SCC), en sammanställning av den ekonomiska skada varje metriskt ton koldioxid som släpps ut idag orsakar ekonomin, samhället och miljön – och i förlängningen, hur mycket varje ton koldioxid släpps ut bör kosta. Det är en siffra som säger mycket om den verkliga kostnaden för kol och andra fossila bränslen – och om det lämpliga stödet för solceller och andra förnybara energikällor.
Relaterad berättelse
Hur fallande solkostnader har förnyat förhoppningar om rent väte När nationer räknar ut hur de ska uppfylla sina klimatmål, framstår grönt väte alltmer som nödvändigt.De senaste amerikanska SCC , beräknat av Biden-administrationen, sätter siffran på cirka $50 för ett ton CO2 som släpps ut nu. Men det är säkert en underskattning. Vissa beräknar att SCC kommer att gå över 300 USD per ton CO2, efter att ha tagit full hänsyn till framtida skador orsakade av koldioxidutsläpp och för osäkerheten om klimatförändringar.
Oavsett vilket nummer du lägger dig på, betyder det att kol, olja och naturgas kommer att bli mycket dyrare om du står för hela kostnaderna för växthusgasutsläpp. Först då kommer teknik med låga koldioxidutsläpp att vara på samma spelplan som fossila bränslen.
Ett uttryckligt koldioxidpris via ett system för handel med skatter eller utsläppsrätter borde vara ett av dessa steg – men det borde inte stanna där. För en sak, förnybar portfölj eller ren energi standarder också fastställa ett pris på kol. USA:s nuvarande standarder för förnybar portfölj på delstatsnivå översätter till ekvivalenta koldioxidpriser på cirka 60 till 300 USD per ton CO2, väl inom intervallet för de senaste SCC-uppskattningarna. A federal ren elstandard , en del av Biden-administrationens föreslagna amerikanska jobbplan, skulle kunna ligga inom ett liknande intervall och skulle vara lika motiverat på grundval av uppdaterade SCC-intervall.
En sådan federal standard för ren el skulle vara en verklig välsignelse för solceller och andra förnybara energikällor, men klimatpolitiken får inte sluta med prissättning av kol. Det måste också inkludera direkta subventioner för utbyggnad och stöd till FoU.
Den mest produktiva politiska sekvensen kan se ut ungefär så här: sänk först kostnaderna för förnybar energi för att skapa ett ekonomiskt lönsamt alternativ till koldioxidrika bränslen, prissätt sedan kol via ett direktpris, en ren elstandard eller något liknande. Kombinationen av de två bör sedan leda till en snabb utbyggnad av förnybar energi i stor skala. På många sätt är det precis vad som har hänt, och det pekar på det tydliga behovet för Biden-administrationen och andra att driva på ett pris på kol i vilken form det än kan hända.
Men om målet är mycket billigare solceller, kommer det också att vara avgörande att öka FoU för att driva på ytterligare förbättringar av solcellers effektivitet och hitta framsteg i tillverkningen som möjliggör ännu större besparingar. Och det är viktigt att fortsätta utforska de vetenskapliga gränserna i jakten på andra solmaterial som en dag kan bli ännu effektivare och billigare.
Solar PV är billigt, men det är inte gratis. Att betala priset för att göra det ännu billigare kommer att vara väl värt kostnaden.
Gernot Wagner undervisar i klimatekonomi vid New York University. Han är författaren till det kommande Geoengineering: The Gamble.