Il drammatico calo del costo dei moduli solari fotovoltaici (PV), che è diminuito del 99 per cento negli ultimi quattro decenni, è spesso pubblicizzato come una delle principali storie di successo per la tecnologia delle energie rinnovabili. Ma una domanda non è mai stata completamente affrontata:cosa spiega esattamente questo incredibile calo?

Una nuova analisi dei ricercatori del MIT ha individuato cosa ha causato il risparmio, comprese le politiche e i cambiamenti tecnologici più importanti. Per esempio, hanno scoperto che la politica del governo per aiutare i mercati in crescita ha svolto un ruolo fondamentale nella riduzione dei costi di questa tecnologia. A livello di dispositivo, il fattore dominante è stato un aumento dell'"efficienza di conversione, " o la quantità di energia generata da una data quantità di luce solare.

Le intuizioni possono aiutare a informare le politiche future e valutare se è possibile ottenere miglioramenti simili in altre tecnologie. I risultati vengono riportati oggi sulla rivista Politica energetica , in un articolo della professoressa associata del MIT Jessika Trancik, postdottorato Goksin Kavlak, e ricercatore James McNerney.

Il team ha esaminato i fattori a livello di tecnologia ("basso livello") che hanno influito sui costi modificando i moduli e il processo di produzione. La tecnologia delle celle solari è notevolmente migliorata; Per esempio, le celle sono diventate molto più efficienti nel convertire la luce solare in elettricità. Fattori come questo, Trancik spiega, rientrano in una categoria di meccanismi di basso livello che si occupano dei prodotti fisici stessi.

Il team ha anche stimato gli impatti sui costi dei meccanismi di "alto livello", compreso l'imparare facendo, ricerca e sviluppo, ed economie di scala. Gli esempi includono il modo in cui i processi di produzione migliorati hanno ridotto il numero di celle difettose prodotte e quindi migliorato i rendimenti, e il fatto che fabbriche molto più grandi hanno portato a significative economie di scala.

Lo studio, che ha coperto gli anni dal 1980 al 2012 (durante i quali i costi dei moduli sono diminuiti del 97 percento), ha scoperto che c'erano sei fattori di basso livello che rappresentavano più del 10 percento ciascuno del calo complessivo dei costi, e quattro di questi fattori rappresentavano almeno il 15% ciascuno. I risultati sottolineano "l'importanza di avere molte 'manopole' diverse da girare, ottenere un costante calo dei costi, " Dice Trancik. Più opportunità ci sono per ridurre i costi, meno è probabile che si esauriscano rapidamente.

L'importanza relativa dei fattori è cambiata nel tempo, lo studio mostra. Negli anni precedenti, ricerca e sviluppo è stato il meccanismo dominante di alto livello per la riduzione dei costi, attraverso miglioramenti ai dispositivi stessi e ai metodi di fabbricazione. Per circa l'ultimo decennio, però, il più grande singolo fattore di alto livello nel continuo calo dei costi è stato quello delle economie di scala, poiché gli impianti di produzione di celle solari e moduli sono diventati sempre più grandi.

"Ciò solleva la questione di quali fattori possono aiutare a continuare il calo dei costi, " Dice Trancik. "Quali sono i limiti alla dimensione delle piante?"

Per quanto riguarda la politica del governo, Trancik dice, le politiche che hanno stimolato la crescita del mercato hanno rappresentato circa il 60 per cento del calo complessivo dei costi, quindi "che ha giocato un ruolo importante nella riduzione dei costi". Le politiche che stimolano la crescita del mercato includevano misure come standard di portafoglio rinnovabili, tariffe incentivanti, e una serie di sussidi. La R&S finanziata dal governo ha rappresentato il restante 40%, sebbene la R&S pubblica abbia svolto un ruolo maggiore negli anni precedenti, lei dice.

Questa è un'informazione importante, lei aggiunge, perché "per molto tempo c'è stato un dibattito sul funzionamento di queste politiche:stavano davvero guidando il miglioramento tecnologico? Ora, non solo possiamo rispondere a questa domanda, possiamo dire di quanto».

Questa constatazione, che si basa sulla modellazione di meccanismi a livello di dispositivo piuttosto che sull'analisi puramente correlazionale, fornisce una forte evidenza di un "circolo virtuoso" che si può creare tra innovazione tecnologica e politiche di riduzione delle emissioni, dice Trancik. Con l'attuazione delle politiche sulle emissioni, crescono i mercati delle tecnologie a basse emissioni di carbonio, le tecnologie migliorano, e i costi delle future riduzioni delle emissioni possono diminuire. "Questa analisi ci aiuta a capire perché questo accade, e quanto possono essere forti i feedback."

Trancik e i suoi collaboratori intendono applicare una metodologia simile all'analisi di altre tecnologie, come il nucleare, così come le altre parti degli impianti solari, il cosiddetto equilibrio dei sistemi, comprese le strutture di montaggio e i regolatori di potenza necessari per i moduli solari, che non sono stati inclusi in questo studio. "Il metodo che abbiamo sviluppato può essere utilizzato come strumento per valutare i costi di diverse tecnologie, sia retrospettivamente che prospetticamente, " dice Kavlak.

"Questo apre un modo diverso di modellare il cambiamento tecnologico, dal livello del dispositivo fino alle misure politiche, e tutto il resto, " Dice Trancik. "Stiamo aprendo la scatola nera dell'innovazione tecnologica".

"Andando avanti, possiamo migliorare la nostra intuizione su quali fattori in generale fanno migliorare rapidamente le tecnologie. L'applicazione di questo strumento al solare fotovoltaico è solo l'inizio di ciò che possiamo fare, " dice McNerney.

Mentre lo studio si è concentrato sulle prestazioni passate, i fattori identificati suggeriscono che "sembra che ci siano opportunità per ulteriori miglioramenti dei costi con questa tecnologia". I risultati suggeriscono anche che i ricercatori dovrebbero continuare a lavorare su tecnologie alternative al silicio cristallino, che è la forma dominante di tecnologia solare fotovoltaica oggi, ma molte altre varietà vengono attivamente esplorate con efficienze potenzialmente più elevate o costi dei materiali inferiori.

Lo studio sottolinea inoltre l'importanza di proseguire i progressi nel miglioramento dell'efficienza dei sistemi di produzione, il cui ruolo nella riduzione dei costi è stato importante. "Ci sono probabilmente più guadagni in questa direzione, " dice Tranci.