En ny studie visar att i motsats till den utbredda uppfattningen inom solenergiindustrin, nya typer av solceller och paneler behöver inte nödvändigtvis hålla i 25 till 30 år för att vara ekonomiskt lönsamma på dagens marknad.

Snarare, solpaneler med en initial livslängd på så lite som 10 år kan ibland vara ekonomiskt vettigt, även för installationer i nätskala – vilket potentiellt öppnar dörren för lovande ny solcellsteknik som har ansetts vara otillräckligt hållbar för utbredd användning.

De nya rönen beskrivs i en artikel i tidskriften Joule , av Joel Jean, en före detta MIT postdoc och VD för startupföretaget Swift Solar; Vladimir Bulovic, professor i elektroteknik och datavetenskap och chef för MIT.nano; och Michael Woodhouse från National Renewable Energy Laboratory (NREL) i Colorado.

"När du pratar med människor i solfältet, de säger att alla nya solpaneler måste hålla i 25 år, " säger Jean. "Om någon kommer med en ny teknik med en 10-årig livslängd, ingen kommer att titta på det. Det anses vara allmän kunskap inom området, och det är lite förödande."

Jean tillägger att "det är en enorm barriär, eftersom du inte kan bevisa en 25-årig livstid på ett eller två år, eller till och med 10." Det antagandet, han säger, har lämnat många lovande ny teknik fast vid sidan av, eftersom konventionella kristallina kiselteknologier överväldigande dominerar den kommersiella solenergimarknaden. Men, forskarna fann, så behöver det inte vara.

"Vi måste komma ihåg att det folk bryr sig om i slutändan inte är kostnaden för panelen, det är den utjämnade kostnaden för el, säger han. Med andra ord, det är den faktiska kostnaden per levererad kilowattimme under systemets livslängd, inklusive kostnaden för panelerna, växelriktare, inredning, ledningar, landa, installationsarbete, tillåter, sammankoppling av nätet, och andra systemkomponenter, tillsammans med löpande underhållskostnader.

En del av anledningen till att ekonomin inom solcellsindustrin ser annorlunda ut idag än tidigare är att kostnaden för panelerna (även kallade moduler) har rasat så långt att nu, kostnaderna för "systembalansen" – det vill säga, allt utom själva panelerna – överstiger panelernas. Det betyder att, så länge som nyare solpaneler är elektriskt och fysiskt kompatibla med hyllorna och de elektriska systemen, det kan vara ekonomiskt vettigt att byta ut panelerna med nyare, bättre när de blir tillgängliga, samtidigt som du återanvänder resten av systemet.

"Det mesta av tekniken finns i panelen, men det mesta av kostnaden ligger i systemet, " säger Jean. "Istället för att ha ett system där du installerar det och sedan byter ut allt efter 30 år, vad händer om du byter ut panelerna tidigare och låter allt annat vara detsamma? En av anledningarna som kan fungera ekonomiskt är om du ersätter dem med mer effektiva paneler, " vilket sannolikt kommer att vara fallet eftersom en mängd olika mer effektiva och billigare tekniker utforskas runt om i världen.

Han säger att vad teamet fann i sin analys är att "med vissa reservationer om finansiering, du kan, i teorin, få en konkurrenskraftig kostnad, eftersom dina nya paneler blir bättre, med en livstid så kort som 15 eller till och med 10 år."

Även om kostnaderna för solceller har sjunkit år för år, Bulovic säger, "Förväntningen att man var tvungen att visa en 25-årig livslängd för någon ny solpanelsteknik har stannat som en tautologi. I denna studie visar vi att när solpanelerna blir billigare och mer effektiva, kostnadsbalansen förändras avsevärt."

Han säger att ett syfte med det nya dokumentet är att varna forskarna om att deras nya soluppfinningar kan vara kostnadseffektiva även om de är relativt kortlivade, och kan därför antas och distribueras snabbare än förväntat. På samma gång, han säger, investerare bör veta att de kommer att göra större vinster genom att välja effektiv solenergiteknik som kanske inte har visat sig hålla så länge, att veta att panelerna med jämna mellanrum kan bytas ut mot nyare, mer effektiva sådana.

"Historiska trender visar att solpanelstekniken blir mer effektiv år efter år, och dessa förbättringar kommer definitivt att fortsätta i många år framöver, " säger Bulovic. Perovskitbaserade solceller, till exempel, när den först utvecklades för mindre än ett decennium sedan, hade verkningsgrader på bara några få procent. Men nyligen översteg deras rekordprestanda 25 procent effektivitet, jämfört med 27 procent för rekordsilikoncellen och cirka 20 procent för dagens standardkiselmoduler, enligt Bulovic. Viktigt, i nya enhetsdesigner, en perovskit solcell kan staplas ovanpå en annan perovskite, kisel, eller tunnfilmscell, att höja den maximalt uppnåbara effektivitetsgränsen till över 40 procent, vilket är långt över 30 procents grundläggande gräns för dagens kiselsolteknologier. Men perovskites har problem med livslängden och har ännu inte visat sig kunna komma i närheten av att uppfylla 25-årsstandarden.

Bulovic hoppas att studien kommer att "skifta paradigmet för vad som har accepterats som en global sanning." Tills nu, han säger, "många lovande tekniker kom aldrig ens igång, eftersom ribban är för högt satt" på behovet av hållbarhet.

För deras analys, teamet tittade på tre olika typer av solenergiinstallationer:ett typiskt 6-kilowatt bostadssystem, ett kommersiellt system på 200 kilowatt, och ett stort 100 megawatt nyttoskalasystem med solspårning. De använde NREL benchmarkparametrar för amerikanska solsystem och en mängd olika antaganden om framtida framsteg inom solteknikutveckling, finansiering, och bortskaffande av de första panelerna efter utbyte, inklusive återvinning av de använda modulerna. Modellerna validerades med fyra oberoende verktyg för att beräkna den utjämnade elkostnaden (LCOE), ett standardmått för att jämföra den ekonomiska bärkraften för olika elkällor.

I alla tre installationstyperna, de hittade, beroende på de lokala förhållandena, utbyte mot nya moduler efter 10 till 15 år skulle i många fall kunna ge ekonomiska fördelar samtidigt som solkraftens många miljö- och utsläppsminskande fördelar bibehålls. Grundkravet för kostnadskonkurrenskraft är att all ny solenergiteknik som ska installeras i USA bör börja med en moduleffektivitet på minst 20 procent, en kostnad på högst 30 cent per watt, och en livstid på minst 10 år, med potential att förbättra på alla tre.

Jean påpekar att soltekniken som anses vara standard idag, mestadels kiselbaserade men även tunnfilmsvarianter som kadmiumtellurid, "var inte särskilt stabila under de första åren. Anledningen till att de håller i 25 till 30 år idag är att de har utvecklats i många decennier." Den nya analysen kan nu öppna dörren för att några av de lovande nyare teknologierna kan användas i tillräcklig skala för att bygga upp liknande nivåer av erfarenhet och förbättringar över tid och för att påverka klimatförändringarna tidigare än de skulle kunna utan modulbyte, han säger.

"Detta kan göra det möjligt för oss att lansera idéer som skulle ha dött på vinstocken" på grund av uppfattningen att längre livslängd var avgörande, säger Bulovic.