Hvorfor billigere solcelleanlæg er nøglen til at håndtere klimaændringer

Den hurtigt faldende pris på solenergi har ændret, hvordan vi tænker om ren energi. Men det skal stadig blive en hel del billigere.

Ved

• Gernot Wagner arkiv side

30. juni 2021

Andrea Daquino

I slutningen af ​​2007, mindre end 10 år efter virksomhedens eksistens, kom Google ud med at svinge på fronten med ren energi. Til en fanfare af ros op og ned af Silicon Valley og langt ud over det erklæret RE : gør vedvarende energi billigere end kul. Virksomheden investerede titusindvis af millioner dollars i forskning og udvikling fra koncentreret solenergi til hydrotermisk boring. Fire år senere var denne indsats blevet skrottet.

Det ville være alt for nemt at se dette som en indrømmelse af fiasko – stor teknologi, der spiller på en arena, den intet vidste om, med den hybris, som Silicon Valley er kendt for. Men noget andet foregik. Googles skift i strategi var en afspejling af den voksende succes solsektoren . Google indså, at deres energier var bedre rettet mod massivt at opskalere eksisterende vedvarende teknologier, der var faldet i pris, i stedet for at opfinde nye.

Denne historie var en del af vores juli 2021-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Mens Google klarede skiftet fra R&D til implementering, satsede det nok stadig stort på at opskalere den forkerte teknologi. I begyndelsen af ​​2010'erne lignede solløbet en tæt konkurrence mellem solcelleanlæg (PV) og koncentreret solenergi i brugsskala (CSP), som bruger solopvarmede væsker til at drive kraftturbiner. Google investerede hurtigt mere end 1 milliard dollars i en række vedvarende energiselskaber og forsyningsselskaber, herunder store investeringer i CSP-outfits BrightSource Energy og eSolar. Et årti senere ser sådanne valg ikke lovende ud, da CSP også har tabt til PV's fortsatte hurtige omkostningsfald.

Google er ikke alene om gentagne gange at fejlvurdere den faldende pris på solceller i løbet af de sidste par årtier og dens indvirkning på, hvordan vi tænker om ren energi. Omkostningerne til solcelleanlæg faldt omtrent med en faktor 10 i det seneste årti, oven i allerede imponerende omkostningsfald indtil da, til et samlet fald på omkring en faktor hundrede siden den amerikanske præsident Jimmy Carter afslørede solpaneler i Det Hvide Hus i 1979. (Ronald Reagan tog dem ned i 1986, under sin anden periode som præsident.)

For at sætte det i perspektiv, hvis benzin på samme måde var faldet i pris fra 1979-niveauer, ville det koste øre en gallon i dag. Benzin er selvfølgelig en råvare, hvor priserne svinger af en række teknologiske, økonomiske og politiske årsager. Priserne på solceller er også drevet af alle disse faktorer, men gennem årene har teknologien klart domineret. (I år er priserne på solcellemoduler steget med omkring 18 % på grund af en midlertidig krise i siliciumforsyningskæden.)

I dens seneste årlige Verdens energiudsigt , Det Internationale Energiagentur erklærede solcelleanlæg for at være den billigste kilde til elektricitet i historien til solrige lokaliteter med lave finansieringsomkostninger. Disse to kvalifikationer er vigtige. Solen er indlysende - solenergi vil altid være billigere i Phoenix, Arizona end i New York City - men rapporten konkluderede, at solenergi nu er billigere end kul og naturgas mange steder.

Solenergi skal være så billig, at det giver økonomisk mening at bygge ny solcellekapacitet og lukke kul- og gasværker, der stadig tjener penge til deres ejere.

Finansiering er nøglen til, hvorfor dette er sandt. Solar PV og andre vedvarende energikilder såsom vind har lave eller tæt på nul driftsomkostninger - forudgående omkostninger har altid været den store hindring, og finansiering har været en stor grund til hvorfor. Til dels takket være forskellige regeringspolitikker er solenergiinvesteringer blevet meget mindre risikable i løbet af det sidste årti eller deromkring, hvilket har frigjort billige penge.

Som følge heraf er udbredelsen af ​​solceller steget hurtigt; det er nu den hurtigst voksende kilde til elektricitet globalt, og tal vil være det i nogen tid fremover. Det starter fra en lav base af installeret kapacitet, dog langt bagefter kul, gas, vandkraft, atomkraft – ja selv vind, som har været billigt i længere tid. Og deri ligger et af de største problemer for solcelleanlæg. Det er måske den billigste form for elektricitet for mange, men det i sig selv gør ikke overgangen til ren energi nær hurtig nok.

Vi har brug for stadig flere teknologiske fremskridt. Hvorfor stoppe ved netparitet, det punkt, hvor det er lige så billigt at bygge og drive solcelleanlæg som at levere elektricitet via fossile energikilder? Hvorfor ikke 10% billigere? Hvorfor ikke stræbe efter at skære omkostningerne ned med endnu en faktor 10 inden for et årti? Sådanne fald er nødvendige, fordi det hellige netparitetsmål er misvisende - det virkelige spørgsmål er, på hvilket tidspunkt forsyningsselskaber rent faktisk vil opgive eksisterende kulværker og skifte til solenergi i stedet for blot at undgå at tilføje ny kulkapacitet. Solenergi skal være så billig, at det giver økonomisk mening at bygge ny solcellekapacitet og lukke kul- og gasværker, der stadig tjener penge til deres ejere.

Alt dette kræver en politik, der både skubber eksisterende solteknologi og understøtter forskning og udvikling inden for nye teknologier. Hele pakken inkluderer teknologisk forskning, udvikling, demonstration, implementering og spredning. Hvert trin i denne kæde fortjener direkte statsstøtte, mens man husker på, at det også bliver stadig dyrere, jo længere ned i kæden man bevæger sig.

Sådan bliver du billigere

For bedre at optimere investeringerne for at komme til endnu billigere solenergi, er det umagen værd at forstå, hvilke faktorer der har drevet prisen på vedvarende energi ned i løbet af de sidste par årtier.

MIT energisystemforsker Jessika Trancik og hendes gruppe finder, at de dramatiske omkostningsfald i solceller i løbet af tre årtier i høj grad kan tilskrives tre faktorer: F&U, der direkte fører til forbedringer i moduleffektivitet (hvor meget af sollyset, der omdannes til elektricitet) og andre fundamentale teknologiske fremskridt. ; stordriftsfordele, der tilskrives størrelsen af ​​solcelleproduktionsanlæg og den stigende mængde input såsom silicium; og forbedringer opnået gennem learning by doing.

Intet af det er for overraskende, men hvad der er mindre indlysende er, at det relative bidrag fra hver enkelt varierer meget over tid. Fra 1980 til 2000 tegnede F&U sig for omkring 60 % af omkostningsfaldene, med stordriftsfordele på 20 %, og læring ved at gøre en fjern tredjedel på omkring 5 %; andre faktorer, der stort set ikke kan henføres til saldoen. Det giver mening; det var en periode med imponerende fremskridt i solcellernes effektivitet, men ikke en tid med betydelig fremstilling og implementering. Siden da har pendulet svinget fra F&U og fundamentale teknologiske forbedringer i retning af stordriftsfordele i fremstilling, som nu tegner sig for over 40 % af omkostningsfaldene. Det er dog værd at bemærke, at forskningsfremskridt stadig tegner sig for omkring 40 % af faldet.

Læren for fremtidige investeringer, der sigter mod at gøre solenergi endnu billigere: Der bør være direkte støtte til alle tre, skævt mod stordriftsfordele. Tranciks resultater tager kun selve solcellemodulet i betragtning. Det efterlader stadig installation, tilslutning til nettet og andre faktorer, der udgør de samlede systemomkostninger. Dette er områder, der sandsynligvis vil blive forbedret, efterhånden som teknikere og virksomheder bliver mere erfarne. Mens resultaterne af tilskud til forøgelse af solcelleanlæg i bedste fald ser ud til at være blandede, kan politikker som f.eks. feed-in tariffer, der tilbyder gunstige langsigtede kontrakter til solcelleproducenter, og vedvarende portefølje eller ren energistandarder, som fastsætter mængdemål for vedvarende energi, viser klare resultater med hensyn til at drive den samlede implementering.

Ingen gratis frokost

På trods af den faldende pris på solenergi vil overgangen til vedvarende energi stadig være dyr. Det store spørgsmål er selvfølgelig, hvor dyrt sammenlignet med hvad - klimaændringer kommer også med omkostninger. Billig solenergi bliver endnu mere økonomisk attraktiv for udviklere, hvis de sociale og miljømæssige omkostninger ved kulstofemissioner fra fossile brændstoffer tages i betragtning.

Meget her afhænger af de sociale omkostninger ved kulstof (SCC), en oversigt over den økonomiske skade, hvert ton kuldioxid, der udledes i dag, forårsager økonomien, samfundet og miljøet – og i forlængelse heraf, hvor meget hvert ton CO2 udledt skal koste. Det er et tal, der siger meget om de sande omkostninger ved kul og andre fossile brændstoffer - og om den passende støtte til solceller og andre vedvarende energikilder.

Relateret historie

Hvordan faldende solomkostninger har fornyet håb om rent brint Efterhånden som nationer laver det hårde regnestykke om, hvordan de opfylder deres klimamål, fremstår grøn brint i stigende grad som essentiel.

Det seneste US SCC , beregnet af Biden-administrationen, sætter tallet til omkring $50 for et ton CO2, der udledes nu. Men det er bestemt en undervurdering. Nogle beregner SCC til at gå over $300 pr. ton CO2, efter fuldt ud at have taget højde for den fremtidige skade forårsaget af kulstofemissioner og for usikkerheden om klimaændringer.

Uanset hvilket tal du nøjes med, betyder det, at kul, olie og naturgas bliver langt dyrere, hvis du tager højde for de fulde omkostninger ved drivhusgasemissioner. Først da vil kulstoffattige teknologier være på samme vilkår som fossile brændstoffer.

En eksplicit kulstofpris via et afgifts- eller emissionshandelssystem burde være blandt disse trin - men det burde ikke stoppe der. For det første fastlægger vedvarende energiportefølje eller standarder for ren energi også en pris på kulstof. De nuværende amerikanske standarder for vedvarende energiporteføljer på delstatsniveau udmønter sig i ækvivalente kulstofpriser på omkring $60 til $300 pr. ton CO2, et godt stykke inden for rækkevidden af ​​de seneste SCC-estimater. EN føderal ren el-standard , som er en del af Biden-administrationens foreslåede amerikanske jobplan, kunne være inden for et lignende område og ville være tilsvarende retfærdiggjort på grundlag af opdaterede SCC-intervaller.

En sådan føderal ren el-standard ville være en reel velsignelse for solceller og andre vedvarende energikilder, men klimapolitikken må ikke ende med at prissætte kulstof. Det skal også omfatte direkte tilskud til implementering og støtte til F&U.

Den mest produktive politiske sekvens kan gå nogenlunde sådan her: Sæt først prisen på vedvarende energi ned for at skabe et økonomisk levedygtigt alternativ til brændstoffer med højt kulstofindhold, prissæt derefter kulstof via en direkte pris, en ren elstandard eller noget lignende. Kombinationen af ​​de to skulle så føre til hurtig udbredelse af vedvarende energi i stor skala. På mange måder er det præcis, hvad der er sket, og det peger på det klare behov for Biden-administrationen og andre for at presse på for en pris på kulstof, uanset hvilken form det måtte ske.

Men hvis langt billigere solceller er målet, vil det også være afgørende at øge F&U for at fremme yderligere forbedringer i solcellernes effektivitet og finde fremskridt i fremstillingen, der vil tillade endnu større besparelser. Og det er vigtigt at blive ved med at udforske de videnskabelige grænser i jagten på andre solmaterialer, der en dag kunne blive endnu mere effektive og billigere.

Solcelleanlæg er billigt, men det er ikke gratis. At betale prisen for at gøre det stadig billigere vil være prisen værd.

Gernot Wagner underviser i klimaøkonomi ved New York University. Han er forfatter til det kommende Geoengineering: The Gamble.

skjule