Fenomenalan pad troškova solarnih panela, koji je od sedamdesetih godina prošlog stoljeća premašio nevjerojatnih 99 posto, omogućio je masovno prihvaćanje fotonaponskih sustava diljem svijeta. Ti sustavi, koji sunčevu svjetlost pretvaraju izravno u električnu energiju, postali su ključni stup globalne energetske tranzicije. No, iza ovog impresivnog smanjenja cijena ne stoji samo jedna revolucionarna inovacija, već složena mreža tehničkih napredaka proizašlih iz raznolikih istraživačkih napora i industrijskih sektora, kako otkriva novo istraživanje s Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Ova detaljna studija, koja se dubinski bavi specifičnim inovacijama koje su omogućile tako drastično smanjenje troškova, pruža dragocjene uvide. Njezini zaključci mogu pomoći tvrtkama u sektoru obnovljivih izvora energije da donose učinkovitije odluke o ulaganju u istraživanje i razvoj, dok kreatorima politika mogu poslužiti kao smjernice za identificiranje područja koja treba prioritetno poticati kako bi se ubrzao rast proizvodnje i implementacije solarnih tehnologija.

Složena mreža znanja i inovacija

Modeliranje koje su proveli istraživači jasno pokazuje da su ključne inovacije često potjecale izvan samog solarnog sektora. To uključuje napredak u proizvodnji poluvodiča, metalurgiji, proizvodnji stakla, procesima bušenja nafte i plina, građevinskim metodama, pa čak i u pravnim okvirima. Profesorica Jessika Trancik s MIT-ovog Instituta za podatke, sustave i društvo, koja je viši autor studije, ističe složenost procesa poboljšanja troškova. Prema njezinim riječima, znanstveni i inženjerski napredak, često na vrlo temeljnoj razini, leži u srcu ovih smanjenja troškova. Velika količina znanja crpljena je iz različitih domena i industrija, a upravo ta mreža znanja omogućila je poboljšanje ovih tehnologija.

U radu, koji je objavljen u časopisu PLOS ONE, Trancik su se pridružili koautori Goksin Kavlak, bivša studentica i postdoktorandica IDSS-a, sada viša suradnica za energiju u Brattle Group; Magdalena Klemun, također bivša studentica i postdoktorandica IDSS-a, sada docentica na Sveučilištu Johns Hopkins; bivši postdoktorand MIT-a Ajinkya Kamat; te Brittany Smith i Robert Margolis iz Nacionalnog laboratorija za obnovljivu energiju (NREL).

Identifikacija ključnih inovacija

Ovo istraživanje nadovezuje se na matematičke modele koje su istraživači prethodno razvili, a koji su omogućili razdvajanje učinaka inženjerskih tehnologija na troškove fotonaponskih (PV) modula i sustava. Cilj ove studije bio je prodrijeti još dublje u znanstvene napretke koji su doveli do smanjenja troškova. Kombinirali su svoj kvantitativni model troškova s detaljnom, kvalitativnom analizom inovacija koje su utjecale na troškove materijala PV sustava, korake proizvodnje i procese implementacije.

Goksin Kavlak objašnjava da je njihov kvantitativni model troškova usmjeravao kvalitativnu analizu, omogućujući im da pomno prouče inovacije u područjima koja je teško mjeriti zbog nedostatka kvantitativnih podataka. Nadovezujući se na raniji rad koji je identificirao ključne pokretače troškova – poput broja solarnih ćelija po modulu, učinkovitosti ožičenja i površine silicijske pločice – istraživači su proveli strukturirano pretraživanje literature za inovacije koje bi mogle utjecati na te pokretače. Zatim su grupirali te inovacije kako bi identificirali obrasce, otkrivajući klastere koji su smanjili troškove poboljšanjem materijala ili prefabriciranjem komponenti radi pojednostavljenja proizvodnje i instalacije. Konačno, tim je pratio industrijsko podrijetlo i vrijeme svake inovacije te se savjetovao sa stručnjacima iz domene kako bi se usredotočio na najznačajnije inovacije.

Ukupno su identificirali 81 jedinstvenu inovaciju koja je utjecala na troškove PV sustava od 1970. godine, od poboljšanja antirefleksnog stakla do implementacije potpuno online sučelja za izdavanje dozvola. Trancik napominje da se s inovacijama uvijek može ići na dublju razinu, sve do tehnika obrade sirovina, pa je bilo izazovno znati kada stati. Kvantitativni model im je uvelike pomogao u utemeljenju kvalitativne analize.

Moduli i "mekani" troškovi: Dva lica solarnih sustava

Istraživači su odlučili odvojiti troškove PV modula od takozvanih troškova ravnoteže sustava (BOS - Balance-of-System), koji pokrivaju stvari poput sustava za montažu, pretvarača i ožičenja. PV moduli, koji su međusobno povezani kako bi formirali solarne panele, masovno se proizvode i mogu se izvoziti, dok se mnoge BOS komponente dizajniraju, grade i prodaju na lokalnoj razini. Kavlak objašnjava da su ispitivanjem inovacija na razini BOS-a i unutar modula identificirali različite vrste inovacija koje su se pojavile u ova dva dijela PV tehnologije.

Troškovi BOS-a više ovise o "mekanim tehnologijama" – nefizičkim elementima poput postupaka izdavanja dozvola, koji su značajno manje doprinijeli dosadašnjem poboljšanju troškova PV-a u usporedbi s hardverskim inovacijama. Trancik ističe da se često radi o kašnjenjima. Vrijeme je novac, a kašnjenja na gradilištima i nepredvidivi procesi utječu na ove troškove ravnoteže sustava. Inovacije poput automatiziranog softvera za izdavanje dozvola, koji označava sustave usklađene s propisima za ubrzano odobrenje, pokazuju obećanje. Iako u ovoj studiji još nisu kvantificirani, okvir tima mogao bi podržati buduću analizu njihovog ekonomskog utjecaja i sličnih inovacija koje pojednostavljuju procese implementacije.

Primjerice, u Hrvatskoj i drugim zemljama Europske unije, proces dobivanja dozvola za solarne elektrane često je bio dugotrajan i birokratski. Uvođenje digitalnih platformi za podnošenje zahtjeva, standardizacija dokumentacije i ubrzanje administrativnih procedura ključni su za smanjenje ovih "mekanih" troškova. Takve promjene ne samo da smanjuju financijske izdatke, već i skraćuju vrijeme potrebno za realizaciju projekata, što je iznimno važno za investitore i krajnje korisnike.

Međusobno povezane industrije i prijenos znanja

Istraživači su otkrili da su inovacije iz industrije poluvodiča, elektronike, metalurgije i nafte imale veliku ulogu u smanjenju troškova PV-a i BOS-a. Međutim, na troškove BOS-a utjecale su i inovacije u softverskom inženjerstvu i elektroenergetici. Nefaktori inovacija, poput dobitaka u učinkovitosti od masovne kupnje i akumulacije znanja u industriji solarne energije, također su smanjili neke varijable troškova.

Osim toga, dok je većina inovacija u PV panelima potjecala iz istraživačkih organizacija ili industrije, mnoge BOS inovacije razvile su gradske vlasti, američke države ili profesionalna udruženja. Trancik je izrazila iznenađenje raznolikošću svih ovih polja i njihovom bliskom povezanošću, te činjenicom da se ta mreža jasno vidi kroz ovu analizu. Klemun dodaje da je PV bio vrlo dobro pozicioniran za apsorpciju inovacija iz drugih industrija – zahvaljujući pravom vremenu, fizičkoj kompatibilnosti i poticajnim politikama za prilagodbu inovacija za PV primjene.

Ovaj prijenos znanja, poznat kao "knowledge spillovers", ključan je za brzi napredak. Na primjer, tehnike precizne obrade i automatizacije razvijene za proizvodnju mikročipova u poluvodičkoj industriji izravno su primijenjene na proizvodnju silicijskih pločica za solarne ćelije, omogućujući tanje, učinkovitije i jeftinije ćelije. Slično tome, napredak u metalurgiji doveo je do razvoja novih legura za okvire solarnih panela i nosače, koje su lakše, izdržljivije i otpornije na koroziju, smanjujući troškove transporta i instalacije. Inovacije u proizvodnji stakla, poput razvoja stakla s niskim udjelom željeza i antirefleksnim premazima, značajno su poboljšale propusnost svjetlosti i smanjile gubitke, čime su povećale ukupnu učinkovitost panela.

Digitalna revolucija i budućnost solarnih tehnologija

Analiza također otkriva ulogu koju veća računalna snaga može igrati u smanjenju troškova BOS-a kroz napredak poput automatiziranih sustava za inženjerski pregled i softvera za daljinsku procjenu lokacije. Klemun ističe da je, u smislu prijenosa znanja, ono što smo do sada vidjeli u PV-u možda tek početak, ukazujući na sve veću ulogu robotike i digitalnih alata pogonjenih umjetnom inteligencijom u poticanju budućih smanjenja troškova i poboljšanja kvalitete.

Umjetna inteligencija (AI) već sada transformira solarnu industriju. AI algoritmi mogu optimizirati dizajn solarnih farmi, predviđati proizvodnju energije na temelju vremenskih uvjeta i povijesnih podataka, te upravljati distribucijom energije u mreži. Roboti se sve više koriste za automatiziranu montažu modula, instalaciju na terenu, pa čak i za čišćenje i održavanje solarnih panela, smanjujući potrebu za ljudskim radom i povećavajući sigurnost. Digitalni blizanci (digital twins) – virtualne replike fizičkih solarnih elektrana – omogućuju praćenje performansi u stvarnom vremenu, predviđanje kvarova i optimizaciju rada, što dodatno smanjuje operativne troškove.

Osim kvalitativne analize, istraživači su pokazali kako se ova metodologija može koristiti za procjenu kvantitativnog utjecaja određene inovacije ako su dostupni numerički podaci za uvrštavanje u jednadžbu troškova. Na primjer, koristeći informacije o cijenama materijala i proizvodnim postupcima, procjenjuju da je žično piljenje (wire sawing), tehnika uvedena osamdesetih godina prošlog stoljeća, dovela do ukupnog smanjenja troškova PV sustava za 5 dolara po vatu smanjenjem gubitaka silicija i povećanjem propusnosti tijekom proizvodnje. Ova tehnika omogućila je rezanje silicijskih ingota na mnogo tanje pločice s manje otpada, što je izravno utjecalo na smanjenje troškova po vatu.

Lekcije za budućnost i šira primjena

Trancik naglašava da se kroz ovu retrospektivnu analizu uči nešto vrijedno za buduću strategiju jer se može vidjeti što je funkcioniralo, a što nije, a modeli se također mogu primijeniti prospektivno. Korisno je znati i koji susjedni sektori mogu pomoći u podršci poboljšanju određene tehnologije. U budućnosti, istraživači planiraju primijeniti ovu metodologiju na širok raspon tehnologija, uključujući druge sustave obnovljive energije poput vjetroelektrana, geotermalnih sustava i sustava za pohranu energije. Također žele dodatno proučiti "mekane tehnologije" kako bi identificirali inovacije ili procese koji bi mogli ubrzati smanjenje troškova.

Iako se proces tehnoloških inovacija može činiti kao "crna kutija", istraživači su pokazali da se može proučavati kao i svaki drugi fenomen. Razumijevanje složenih interakcija između različitih industrija, znanstvenih disciplina i regulatornih okvira ključno je za daljnji napredak u razvoju i implementaciji čistih energetskih tehnologija. Ova studija s MIT-a pruža snažan okvir za analizu prošlih uspjeha i usmjeravanje budućih napora, osiguravajući da put prema održivoj energetskoj budućnosti bude što učinkovitiji i isplativiji.