Ученые предлагают выходить за рамки аппаратного обеспечения для улучшения солнечной и других технологий чистой энергии

Кредит: Pixabay/CC0 Общественный домен

Чтобы продолжить снижение затрат на солнечную энергию и другие технологии чистой энергии, ученым и инженерам, вероятно, необходимо сосредоточиться, по крайней мере частично, на улучшении технологических функций, которые не основаны на оборудовании, по словам исследователей MIT.Они описывают это открытие и механизмы, лежащие в основе энергии природы.

Несмотря на то, что стоимость установки солнечной энергетической системы снизилась более чем на 99% с 1980 года, этот новый анализ показывает, что функции «мягкие технологии», такие как кодифицированные методы разрешения, методы управления цепочками поставок и процессы проектирования системы, которые входят в развертываниеЗавод солнечной энергии, внес только от 10 до 15% от общего снижения стоимости.Улучшения в области аппаратных функций были ответственны за долю льва.

Но поскольку мягкие технологии все чаще доминируют в общих затратах на установку систем солнечной энергии, эта тенденция угрожает замедлить будущие экономии средств и затруднить глобальный переход к чистой энергии, говорит старший автор исследования Джессика Транчик, профессор в Институте данных MIT по данным,Системы и общество (IDSS).

Среди соавторов Trancik входят ведущий автор Магдалены М. Клемюн, бывший аспирант и постдок IDSS, который в настоящее время является доцентом в Гонконгском университете науки и технологии;Goksin Kavlak, бывший аспирант IDSS и постдок, который сейчас является партнером в группе Brattle;и Джеймс Макнерни, бывший постдок IDSS, а ныне старший научный сотрудник в школе Гарварда Кеннеди.

Команда создала количественную модель для анализа эволюции затрат солнечных энергетических систем, которая отражает вклад как функций аппаратной технологии, так и функций мягких технологий.

Структура показывает, что мягкие технологии не значительно улучшились с течением времени, и что мягкие технологии способствовали еще меньше общего снижения затрат, чем ранее.

Их выводы показывают, что для обращения этой тенденции и ускорения снижения затрат инженеры могут рассмотреть вопрос о том, чтобы сделать солнечные энергетические системы менее зависимыми от мягких технологий, или они могут решить проблему непосредственно, улучшив неэффективные процессы развертывания.

«Действительно понимание того, где эффективность и неэффективность и как решать эти неэффективность, имеет решающее значение для поддержки перехода чистой энергии. Мы делаем огромные инвестиции в общественные доллары, и мягкие технологии будут абсолютно необходимы для создания этих средствСчитай », - говорит Трансик.

«Тем не менее, - добавляет Клемен, - мы не думали о разработке мягких технологий так же систематически, как и для оборудования. Это должно измениться».

Исследователи отметили, что так называемые «мягкие затраты» на строительство солнечной электростанции-затраты на проектирование и установку завода-становятся гораздо большей доли общих затрат.Фактически, доля мягких затрат в настоящее время обычно составляет от 35 до 64%.

«Мы хотели поближе познакомиться с тем, откуда поступают эти мягкие расходы и почему они не снижались со временем так же быстро, как расходы на оборудование», - говорит Трансик.

В прошлом ученые смоделировали изменение затрат на солнечную энергию, разделяя общие затраты на аддитивные компоненты-компоненты Hardware и компоненты, не связанные с хард-программным обеспечением, и затем отслеживая, как эти компоненты изменились с течением времени.

«Но если вы действительно хотите понять, откуда поступают эти скорости изменений, вам нужно пройти на один уровень глубже, чтобы взглянуть на технологические функции. Тогда все по -разному распределяется», - говорит Трансик.

Исследователи разработали количественный подход, который с течением времени моделирует изменения в затратах на солнечную энергию, путем назначения вкладов в отдельные технологические функции, включая как аппаратные функции, так и функции мягких технологий.

Например, их структура будет отражать, сколько снижения затрат на установку системы - мягкая стоимость - связана с стандартизированной практикой сертифицированных установщиков - функции мягкой технологии.Это также отразит, как на эту же мягкую стоимость влияет повышенная эффективность фотоэлектрического модуля - функция аппаратной технологии.

При таком подходе исследователи увидели, что улучшения в оборудовании оказали наибольшее влияние на снижение мягких затрат в солнечных энергетических системах.Например, эффективность фотоэлектрических модулей удвоилась в период с 1980 по 2017 год, снизив общие затраты на системные затраты на 17%.Но около 40% этого общего снижения можно объяснить снижением мягких затрат, связанных с повышенной эффективностью модуля.

Структура показывает, что, хотя функции аппаратных технологий имеют тенденцию улучшать многие компоненты затрат, функции мягких технологий влияют лишь на несколько.

«Вы можете увидеть эту структурную разницу еще до того, как соберете данные о том, как технологии изменились со временем. Вот почему сопоставление сети зависимостей технологии - это полезный первый шаг для определения рычагов изменений, для солнечного PV и для других технологий какНу, - отмечает Клемун.

Исследователи использовали свою модель для изучения нескольких стран, поскольку мягкие затраты могут сильно различаться по всему миру.Например, мягкие затраты на солнечную энергию в Германии примерно на 50% меньше, чем в США.

Тот факт, что улучшения аппаратной технологии часто используются во всем мире, приводил к резкому снижению затрат за последние несколько десятилетий в разных местах, показал анализ.Мягкие технологические инновации обычно не разделяются по границам.Более того, команда обнаружила, что страны с лучшей производительностью мягких технологий 20 лет назад по -прежнему имеют лучшую производительность сегодня, в то время как страны с худшей производительностью не видели большого улучшения.

По словам Транчика, это различие в стране за страной может быть обусловлено процессами регулирования и разрешения, культурными факторами или динамикой рынка, такой как то, как фирмы взаимодействуют друг с другом.

«Но не все мягкие технологические переменные-это те, которые вы хотели бы изменить в направлении снижения затрат, например, более низкая заработная плата. Таким образом, есть и другие соображения, помимо простого снижения стоимости технологии, мы должны подумать, когдаИнтерпретируя эти результаты », - говорит она.

Их анализ указывает на две стратегии снижения мягких затрат.С одной стороны, ученые могут сосредоточиться на разработке улучшений оборудования, которые делают мягкие затраты в большей степени зависимыми от переменных аппаратной технологии, а также от переменных мягких технологий, например, путем создания более простого, более стандартизированного оборудования, которое может сократить время установки на месте.

Или исследователи могут напрямую нацелиться на функции мягких технологий без изменения оборудования, возможно, создавая более эффективные рабочие процессы для установки системы или автоматических разрешений.

«На практике инженеры часто будут использовать оба подхода, но разделение их в официальной модели облегчает нацеливание на инновационные усилия, используя конкретные отношения между технологическими характеристиками и затратами», - говорит Клеман.

«Часто, когда мы думаем о обработке информации, мы исключаем процессы, которые все еще происходят очень низко технологическими, общающихся друг с другом. Но так же важно думать об этом, как и технология, как и для дизайнаПричудливое программное обеспечение », Trancick Notes.

В будущем она и ее сотрудники хотят применить свою количественную модель для изучения мягких затрат, связанных с другими технологиями, такими как зарядка электрического транспортного средства и ядерное деление.Они также заинтересованы в лучшем понимании пределов улучшения мягких технологий и того, как можно с самого начала разработать лучшие мягкие технологии.

Больше информации: «Механизмы аппаратной и мягкой технологии и последствия для тенденций затрат на солнечную энергию», Nature Energy (2023).Doi: 10.1038/s41560-023-01286-9

Эта история переиздана любезно предоставлена MIT News web.mit.edu/newsoffice/, популярный сайт, который охватывает новости о исследованиях, инновациях и преподавании MIT.