Den dramatiska minskningen av kostnaden för solcellsmoduler (PV), som har minskat med 99 procent under de senaste fyra decennierna, ropas ofta som en stor framgångssaga för teknik för förnybar energi. Men en fråga har aldrig tagits upp till fullo:Vad exakt står för det fantastiska fallet?

En ny analys av MIT-forskare har pekat ut vad som orsakade besparingarna, inklusive de policy- och teknikförändringar som betydde mest. Till exempel, de fann att regeringens politik för att hjälpa växande marknader spelade en avgörande roll för att minska kostnaderna för denna teknik. På enhetsnivå, den dominerande faktorn var en ökning av "konverteringseffektiviteten, " eller mängden energi som genereras från en given mängd solljus.

Insikterna kan hjälpa till att informera framtida policyer och utvärdera om liknande förbättringar kan uppnås inom andra tekniker. Fynden rapporteras idag i tidskriften Energipolitik , i en artikel av MIT docent Jessika Trancik, postdoc Goksin Kavlak, och forskaren James McNerney.

Teamet tittade på faktorer på tekniknivå ("lågnivå") som har påverkat kostnaden genom att ändra modulerna och tillverkningsprocessen. Solcellstekniken har förbättrats avsevärt; till exempel, cellerna har blivit mycket effektivare på att omvandla solljus till elektricitet. Faktorer som denna, Trancik förklarar, faller i en kategori av lågnivåmekanismer som hanterar själva de fysiska produkterna.

Teamet uppskattade också kostnadseffekterna av "högnivå"-mekanismer, inklusive lärande genom att göra, forskning och utveckling, och stordriftsfördelar. Exempel inkluderar hur förbättrade produktionsprocesser har minskat antalet defekta celler som produceras och därmed förbättrat utbytet, och det faktum att mycket större fabriker har lett till betydande stordriftsfördelar.

Studien, som omfattade åren 1980 till 2012 (under vilka modulkostnaderna sjönk med 97 procent), fann att det fanns sex lågnivåfaktorer som stod för mer än 10 procent var och en av den totala kostnadsminskningen, och fyra av dessa faktorer stod för minst 15 procent vardera. Resultaten pekar på "vikten av att ha många olika "rattar" att vrida, för att uppnå en stadig kostnadsminskning, " säger Trancik. Ju fler olika möjligheter det finns att minska kostnaderna, desto mindre sannolikt är det att de snabbt blir uttömda.

Faktorernas relativa betydelse har förändrats över tiden, studien visar. Tidigare år, forskning och utveckling var den dominerande kostnadsreducerande högnivåmekanismen, genom förbättringar av själva enheterna och av tillverkningsmetoder. Under ungefär det senaste decenniet, dock, den största enskilda högnivåfaktorn i den fortsatta kostnadsminskningen har varit skalfördelar, eftersom solcells- och modultillverkningsanläggningar har blivit allt större.

"Detta väcker frågan om vilka faktorer som kan bidra till att fortsätta kostnadsminskningen, " säger Trancik. "Vilka är gränserna för storleken på plantorna?"

När det gäller regeringens politik, Trancik säger, politik som stimulerade marknadstillväxt stod för cirka 60 procent av den totala kostnadsminskningen, så "det spelade en viktig roll för att minska kostnaderna." Policyer som stimulerar marknadstillväxten omfattade åtgärder som standarder för förnybara portföljer, inmatningsavgifter, och en mängd olika subventioner. Statligt finansierad FoU stod för de övriga 40 procenten – även om offentlig FoU spelade en större roll de tidigare åren, hon säger.

Detta är viktig information, lägger hon till, för att "under lång tid har det pågått en debatt om huruvida dessa policyer fungerar - drivit de verkligen på teknisk förbättring? vi kan inte bara svara på den frågan, vi kan säga med hur mycket."

Detta fynd, som är baserad på modellering av mekanismer på enhetsnivå snarare än ren korrelationsanalys, ger starka bevis på en "dygdig cykel" som kan skapas mellan teknisk innovation och politik för att minska utsläppen, säger Trancik. När utsläppspolicyer implementeras, marknaderna för teknik med låga koldioxidutsläpp växer, teknik förbättras, och kostnaderna för framtida utsläppsminskningar kan minska. "Denna analys hjälper oss att förstå varför detta händer, och hur starka feedbacken kan vara."

Trancik och hennes medarbetare planerar att tillämpa liknande metodik för att analysera andra teknologier, som kärnkraft, såväl som de andra delarna av solcellsinstallationer - den så kallade balansen av system, inklusive monteringsstrukturer och effektkontroller som behövs för solcellsmodulerna – som inte ingick i denna studie. "Metoden vi utvecklade kan användas som ett verktyg för att bedöma kostnaderna för olika teknologier, både retrospektivt och prospektivt, " säger Kavlak.

"Detta öppnar upp ett annat sätt att modellera teknisk förändring, från enhetsnivå hela vägen upp till policyåtgärder, och allt däremellan, " säger Trancik. "Vi öppnar den svarta lådan av teknisk innovation."

"Går framåt, vi kan förbättra vår intuition om vilka faktorer i allmänhet som gör att teknologier förbättras snabbt. Tillämpningen av detta verktyg på solenergi är bara början på vad vi kan göra, " säger McNerney.

Medan studien fokuserade på tidigare resultat, de faktorer som identifierats tyder på att "det ser ut som att det finns möjligheter till ytterligare kostnadsförbättringar med denna teknik." Resultaten tyder också på att forskare bör fortsätta arbeta med alternativa tekniker till kristallint kisel, som är den dominerande formen av solcellsteknik idag, men många andra sorter undersöks aktivt med potentiellt högre effektivitet eller lägre materialkostnader.

Studien belyser också vikten av att fortsätta framstegen med att förbättra effektiviteten i tillverkningssystemen, vars roll i att driva ner kostnaderna har varit viktig. "Det finns sannolikt fler vinster att göra i den här riktningen, " säger Trankik.