科学家建议超越硬件来改进太阳能和其他清洁能源技术

麻省理工学院的研究人员表示，为了继续降低太阳能和其他清洁能源技术的成本，科学家和工程师可能需要(至少部分地)专注于改进不基于硬件的技术功能。他们在《自然能源》杂志上描述了这一发现及其背后的机制。

虽然自1980年以来安装太阳能系统的成本已下降了99%以上，但这项新的分析表明，“软技术”的特点，例如成文的许可实践、供应链管理技术以及部署过程中的系统设计流程太阳能发电厂仅贡献了总成本下降的10%至15%。硬件功能的改进占了大部分。

但该研究的资深作者、麻省理工学院数据研究所教授杰西卡·特兰西克(JessikaTrancik)表示，由于软技术越来越主导安装太阳能系统的总成本，这种趋势可能会减缓未来的成本节约速度，并阻碍全球向清洁能源的过渡。系统与社会(IDSS)。

Trancik的合著者包括主要作者MagdalenaM.Klemun，她是前IDSS研究生和博士后，现为香港科技大学助理教授;GoksinKavlak，前IDSS研究生和博士后，现任BrattleGroup研究员;詹姆斯·麦克纳尼(JamesMcNerney)，前IDSS博士后，现任哈佛大学肯尼迪学院高级研究员。

该团队创建了一个定量模型来分析太阳能系统的成本演变，该模型捕获了硬件技术特征和软技术特征的贡献。

该框架表明，随着时间的推移，软技术并没有多大改进，而且软技术功能对总体成本下降的贡献甚至比之前估计的还要少。

他们的研究结果表明，为了扭转这一趋势并加速成本下降，工程师可以考虑从一开始就减少太阳能系统对软技术的依赖，或者他们可以通过改进低效的部署流程来直接解决问题。

“真正了解效率低下的地方，以及如何解决这些效率低下的问题，对于支持清洁能源转型至关重要。我们正在为此投入巨额公共资金，而软技术对于筹集这些资金至关重要计数，”特兰西克说。

“然而，”克莱蒙补充道，“我们并没有像考虑硬件那样系统地考虑软技术设计。这种情况需要改变。”

关于软成本的残酷事实

研究人员观察到，建设太阳能发电厂的所谓“软成本”(设计和安装发电厂的成本)在总成本中所占的比例越来越大。事实上，现在软成本的份额通常在35%到64%之间。

“我们想仔细研究这些软成本从何而来，以及为什么它们没有像硬件成本那样随着时间的推移而下降，”Trancik说。

过去，科学家通过将总成本划分为附加组件(硬件组件和非硬件组件)来模拟太阳能成本的变化，然后跟踪这些组件如何随时间变化。

“但如果你真的想了解这些变化率从何而来，你需要更深入地了解技术特征。然后事情就会以不同的方式出现，”特兰西克说。

研究人员开发了一种定量方法，通过分配对各个技术特征(包括硬件特征和软技术特征)的贡献来模拟太阳能成本随时间的变化。

例如，他们的框架将捕获系统安装成本(软成本)的下降有多少是由于经过认证的安装人员的标准化实践(软技术功能)造成的。它还将捕捉到相同的软成本如何受到光伏组件效率提高(硬件技术特征)的影响。

通过这种方法，研究人员发现硬件的改进对降低太阳能系统的软成本影响最大。例如，1980年至2017年间，光伏组件的效率翻了一番，整体系统成本降低了17%。但总体下降的约40%可归因于与组件效率提高相关的软成本降低。

该框架表明，虽然硬件技术特性往往会改善许多成本组件，但软技术特性只影响少数。

“甚至在收集有关技术如何随时间变化的数据之前，您就可以看到这种结构性差异。这就是为什么绘制出技术的成本依赖性网络是确定太阳能光伏发电和其他技术的变革杠杆的有用的第一步。好吧，”克莱蒙指出。

静态软技术

研究人员使用他们的模型研究了几个国家，因为世界各地的软成本差异很大。例如，德国的太阳能软成本比美国低约50%

分析显示，硬件技术改进往往在全球范围内共享，这一事实导致过去几十年各地成本大幅下降。软技术创新通常不会跨境共享。此外，研究小组发现，20年前软技术表现较好的国家今天仍然有较好的表现，而表现较差的国家则没有看到太大的改善。

特兰西克说，这种国与国之间的差异可能是由监管和许可程序、文化因素或市场动态(例如企业之间的互动方式)驱动的。

“但并不是所有的软技术变量都是你想要朝着降低成本的方向改变的，比如降低工资。因此，除了降低技术成本之外，我们还需要考虑其他因素解释这些结果，”她说。

他们的分析指出了降低软成本的两种策略。其一，科学家可以专注于开发硬件改进，使软成本更多地依赖于硬件技术变量，而不是软技术变量，例如通过创建更简单、更标准化的设备来减少现场安装时间。

或者，研究人员可以直接瞄准软技术功能，而无需更改硬件，或许可以通过为系统安装或自动化许可平台创建更高效​​的工作流程。

“在实践中，工程师通常会同时采用这两种方法，但在正式模型中将这两种方法分开可以更轻松地利用技术特征和成本之间的特定关系来进行创新工作，”克莱蒙说。

“通常，当我们考虑信息处理时，我们会忽略那些仍然通过人们相互交流以非常低技术的方式发生的过程。但将其视为一种技术与设计一样重要奇特的软件，”Trancik指出。

未来，她和她的合作者希望应用他们的定量模型来研究与其他技术相关的软成本，例如电动汽车充电和核裂变。他们还对更好地了解软技术改进的局限性以及如何从一开始就设计出更好的软技术感兴趣。

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