Vilket är en bättre affär:en etablerad, hyllplan av solpaneler eller en banbrytande typ som levererar mer kraft för ett visst område men kostar mer?

Det visar sig att det är långt ifrån en enkel fråga, men ett team av forskare vid MIT och på andra håll har kommit på ett sätt att ta reda på det bästa alternativet för en given plats och typ av installation. Summan av kardemumman är att för taksystem i hushållsskala på relativt torra platser, de mer effektiva men dyrare panelerna skulle vara bättre, men för installationer i nätskala eller för dem i fuktigare klimat, den etablerade, mindre effektiva men billigare paneler är bättre.

Kostnaderna för solceller fortsätter att rasa, medan kostnaderna för installation och tillhörande utrustning förblir relativt konstanta. Så, Det har blivit mer komplicerat att ta reda på kompromisserna med att planera en ny installation. Men den nya studien ger ett tydligt sätt att uppskatta den bästa tekniken för ett givet projekt, säger författarna.

Fynden rapporteras idag i tidskriften Naturenergi , i en uppsats av MIT-studenten Sarah Sofia, docent i maskinteknik Tonio Buonassisi, forskaren I. Marius Peters, och tre andra på MIT och på First Solar och Siva Power, solenergiföretag i Kalifornien.

Studien jämförde två grundläggande varianter av solceller:standarddesigner som använder en enda typ av solcellsmaterial, och avancerad design som kombinerar två olika typer (kallade tandemceller) för att fånga upp mer av energin i solljus. För tandemcellerna, forskarna jämförde också olika sorter:de där var och en av de två cellerna är seriekopplade, kallade tandemceller med två korsningar, och de där varje cell är separat kopplad, kallas fyra-junction tandemceller.

Istället för att bara titta på hur mycket kraft varje sort kan leverera, teamet analyserade alla associerade installations- och driftskostnader över tiden, att producera ett mått som kallas den utjämnade elkostnaden (LCOE), ett mått som omfattar alla kostnader och intäkter under systemets livslängd.

"Standard single-junction celler har en maximal effektivitetsgräns på cirka 30 procent, Sofia förklarar, medan "tandemceller, använder två material, kan ha mycket högre effektivitet, över 40 procent." Men även om högre effektivitet uppenbarligen är en fördel i princip, "när du gör en tandem, du har i princip två solceller istället för en, så det är dyrare att tillverka. Så, vi ville se om det är värt det, " hon säger.

För deras analys, teamet tittade på tre typer av miljöer – torr (Arizona), tempererat (South Dakota), och fuktigt (Florida) – eftersom mängden vattenånga i luften kan påverka hur mycket solljus som når solcellen. På var och en av dessa platser, de jämförde de två standardtyperna av solceller med en korsning (kadmiumtellurid, eller CdTe, och koppar-indium-gallium-selenid, eller CIGS) med två olika typer av tandemceller, tvåkorsning eller fyrkorsning. Således, totalt fyra olika teknologier studerades i varje miljö. Dessutom, de studerade hur anläggningarnas totala LCOE skulle påverkas beroende på om de totala energipriserna förblir konstanta eller sjunker över tiden, som många analytiker förväntar sig.

Resultaten var något överraskande. "För bostadssystem, vi visade att tandemsystemet med fyra terminaler [den mest effektiva solcellen som finns] var det bästa alternativet, oavsett plats, " säger Sofia. Men för installationer i skala, cellen med de lägsta produktionskostnaderna är den bästa affären, fann forskarna.

De nya fynden kan vara betydelsefulla för dem som planerar nya solcellsinstallationer, säger Sofia. "För mig, att visa att en fyrterminal tandemcell hade en tydlig möjlighet att lyckas var inte självklart. Det visar verkligen vikten av att ha en hög energiutbyte i ett bostadssystem."

Men eftersom system i skala kan fördela kostnaderna för installationen och styrsystemen på många fler paneler, och eftersom utrymmet tenderar att vara mindre begränsat i sådana installationer, "vi såg aldrig en möjlighet" för de dyrare, effektiva celler i sådana inställningar. I stora uppsättningar, "eftersom installationskostnaderna är så billiga, de vill bara ha de billigaste cellerna [per watt effekt], " hon säger.

Studien kan hjälpa till att vägleda forskningsprioriteringar inom solteknik, säger Sofia. "Det har varit mycket arbete på det här området, utan att fråga detta först [om ekonomin faktiskt skulle vara vettig]. Vi borde ställa frågan innan vi gör allt arbete. ... Jag hoppas att detta kan fungera som en vägledning till var forskningsinsatserna bör fokuseras, " hon säger.

Metoden som teamet utvecklat för att göra jämförelser bör kunna tillämpas på många andra jämförelser av solteknik, inte bara de specifika typerna som valts för denna studie, säger Sofia. "För tunnfilmstekniker, detta är generaliserbart, " hon säger.

Eftersom materialet de studerade för fallet med fyra terminaler redan är kommersialiserat, Sofia säger:"om det fanns ett företag som hade ett intresse, "praktiskt, prisvärda tandemsystem med fyra korsningar för bostadsapplikationer skulle potentiellt kunna lanseras på marknaden ganska snabbt.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.