本文约6700字，阅读时长35分钟，时间杠杆率=2[1]，欢迎关注，交个朋友。![]()
[插入图1:太阳能光伏(PV)面板价格历年变化图]太阳能光伏(PV)面板的价格几十年来每年都在下降约12%。这种下降是因为:![]()
我们一直在安装越来越多的太阳能电池板。它们现在是像美国这样的国家新增发电容量的主要来源:![]()
我们生产的太阳能电池板越多,它们就变得越便宜。如果这一趋势持续几年,未来电力可能便宜到无需计量。事实上,太阳能已经是最便宜的电力来源。![]()
但是等等:根据那张图,2021年至2023年间太阳能发电成本增加了约30-100% -就像所有能源一样。这里是太阳能和风能的放大图:![]()
注意Y轴在25美元处截断。根据这个图,过去5年太阳能发电成本有所增长。部分原因是COVID期间供应链中断和随后的通胀,但这就是全部原因吗?还是有其他因素?我们能指望太阳能发电成本进一步下降吗,还是我们正面临廉价能源承诺无法实现的未来?这将是灾难性的,因为我们的能源消耗现在已经停滞了几十年。![]()
这被称为亨利·亚当斯曲线(Henry Adams Curve),它描述了总能源使用量约7%的年增长率的长期趋势。我们在1970年左右偏离了这一趋势。![]()
想想看。如果我们保持在亚当斯曲线上,我们现在的能源消耗量将是现在的2-5倍。对中国来说,这意味着今天的人均GDP不会是目前的1.27万美元,而是2.54-6.35万美元。我们没有更多能源是一场灾难:我们本应该更富有。能源停滞使我们变穷。如果我们想变得更富有,我们必须生产更多的能源,实现这一目标的最好方法是让能源变得一文不值。下图显示了在住宅安装太阳能电池板的成本,比较了硬件("单位成本",青色)和"软成本"(红色),后者传统上包括许可、检查、互连费、输电线路、销售税、运营和安装商的利润。![]()
今天,如果你想在家里使用太阳能发电,实际太阳能电池板的成本是最小的。超过60%的成本是软成本!这些成本和电池板以外的其他成本更难缩减。例如,正如读者John Arnold指出的,土地和劳动力是通货膨胀的。2024年,劳动力和工程成本分别增长了23%和22%。利率的上升也显著提高了成本,以及连接到电网和同时有这么多其他太阳能电站在生产电力,造成电网拥堵的事实。其他成本增加的来源包括互连延迟、许可障碍、缺乏输电、最佳地点已开发、对太阳能电池板的关税等...如果我们想知道未来太阳能发电成本是否会继续下降,我们需要分解其成本,并弄清楚每一项成本在多大程度上可以缩减。首先,我们需要缩小关注范围。太阳能安装主要有三种类型:住宅(你的家),商业(企业),和公用事业级(主要目的是生产和销售电力的公司)。![]()
2023年公用事业级安装量大幅增长的一个重要原因是拜登的《通胀削减法案》(Inflation Reduction Act)。有一项太阳能电池板关税豁免在2024年6月到期,公用事业公司必须在购买后6个月内完成新容量的安装。这就是为什么2024年新增公用事业太阳能容量与2023年相似,但2025年可能会有所下降,然后再次增长,这要归功于行业的自然演变。如你所见,绝大多数已安装容量是公用事业级的,考虑到太阳能发电现在如此便宜且有大笔钱可赚,这在未来可能会更加明显。所以我们需要关注公用事业级太阳能成本。那么,一个公用事业级太阳能电站的成本,按类型分解是什么样的呢?![]()
方便的是,今天太阳能电站每瓦容量的成本约为1美元,所以我们可以简化并互换使用成本百分比(如PV模块的39%)和直接的美分数(如0.39美元)。PV(光伏)模块仍占成本的39%(每瓦约0.39美元)。这将快速下降- 可能比历史上12%的年降幅更快,因为现在的投资要高得多。世界平均水平已经在0.25美元/瓦左右。在美国的一些地方,太阳能电池板的成本已经降到0.20美元/瓦。在海外,它可以低至0.10-0.12美元/瓦。太阳能制造商正在投资数千亿美元扩大产能,在每年面板价格下降15-25%的背景下,为市场份额展开全面战争。有一个极端的经济驱动力推动快速改进,并最终趋向于理想的太阳能电池板- 一些20微米厚的硅层支撑在100微米厚的塑料层上从卷筒上卷下来 - 或者一些比纸还薄还便宜的其他技术。——Casey Handmer太阳能电池板基本上是用智慧重新配置的沙子原子。沙子到处都是。它很便宜。我们可以大幅降低PV面板的成本。当面板成本降到0.05美元/瓦时,世界会是什么样子?0.01美元/瓦呢?这里有一个本文的关键洞察:长期以来,PV面板如此昂贵,以至于其他成本都不重要。所有的重点都放在提高面板效率上,其他成本不计较。我们可以浪费除PV面板之外的一切,经济性几乎没有变化。这不是我们今天生活的世界。首次,太阳能电站设计者必须完全改变他们的思维方式。他们必须停止考虑优化面板,转而开始专注于削减其他成本。这将如何改变它们?要建设一个太阳能电站,你需要我在上图中用棕色标注的所有东西:- 设计和工程,以确定如何布置你的农场(成本的~3%)
- 土建工程,以使场地适应卡车、机械和太阳能电池板(成本的~8%)
- 系统平衡(BOS),用于建设太阳能电站所需的所有其他材料(成本的~17%)
- 直接人工,安装PV和BOS成本(总成本的~12%)。
这些项目加起来约占太阳能安装成本的43% -比面板还多!要开始建设太阳能电站,你需要设计和工程,以使面板适应土地。![]()
然后你为场地铺设地基。例如,添加碎石,这样运送材料的卡车就不会陷在泥里,或者挖沟(用来隐藏电缆)。这就是土建工程。![]()
土建成本(或为太阳能电站准备地面)不太可能大幅下降。一旦你的场地准备好了,你就开始安装面板。结构性系统平衡(SBOS)指的是用来支撑面板的基础设施成本。![]()
然后,如果你想让你的太阳能电池板跟踪太阳以最大化发电量,你需要让面板在一天中旋转的跟踪器。![]()
![]()
[插入图14:太阳能支架图]一旦你有了带面板的支架,你需要把它们全部连接起来。这就是电气系统平衡(EBOS)的意思:布线、开关、电子控制系统、电池管理系统等。![]()
![]()
一方面,这些是已经存在很长时间且难以改变的硬成本。劳动力成本通常会增加,而钢铁、铝、电线等也不太可能下降。但请记住:它们从未被优化过!我们的范式是:"不惜一切代价充分利用每一块太阳能电池板!"如果我们改变这种范式,现在面板便宜得很,我们如何彻底重新思考安装过程?这里有一个例子:历史上,太阳能电池板制造商通过提高面板收集阳光的效率来降低太阳能成本。现在安装成本占如此大的份额,他们已经开始重新设计面板以降低这些BOS成本。最近重新设计的一个例子是更大的面板:每个面板越大,所需的支架和布线就越少。或者考虑整个结构:跟踪器让面板旋转以跟随太阳,支架高高在上以留出移动空间并保护面板免受地面危险,深入地下的强大桩来支撑所有这些重量...但如果你的面板很便宜,你基本上可以把它们扔在地上!不需要桩、支架、跟踪器。几乎没有SBOS!而且由于你不需要运输重型材料,你的物流成本下降,你几乎不需要任何土建工程:不需要大卡车进入农场,不需要无限的沟渠来隐藏地下电缆。这不是空中楼阁。一些公司已经在这样做了,比如Erthos:![]()
该公司没有分享太多细节,但看起来面板是在某种轨道系统上。据制造这些面板的公司称,它可以通过以下方式将CAPEX(资本支出;固定前期成本)降低20%:- 使用双面玻璃的模块,而不需要更结实的支架费用。双面玻璃面板更可靠,寿命更长。
这也意味着更低的运营成本:因为植物几乎不会在下面生长,所以几乎不需要割草,更容易清洁,由于像跟踪器这样的移动部件更少,维护也更少。为了表明这不是一个一次性的空洞承诺,这里是Jurchen Technology的PEG系统:![]()
[插入图18: Jurchen Technology PEG系统图]面板距地面约1米高,但关键是它们没有活动部件,只是放在你看到的基本钢筋上。以下是它的安装方式:![]()
如果你观看他们的视频,你会看到只需一个人就能安装这个钢筋,而且机器也小得多,安装速度比传统面板快得多。不需要沟渠、碎石路、混凝土、重型机械。由于面板高1米,工人不需要上下爬梯子。![]()
面板略微倾斜意味着它们在峰值时段捕获的光线稍少。但谁在乎呢?那是所有太阳能电站都在以最大强度生产的时候。相反,这个角度在早晨和傍晚捕获稍多的能量,这是高峰需求时间——电价更贵,而且其他竞争性太阳能电站的生产较少。由于安装如此简单,你不需要熟练工人。非熟练工人可以很容易地接受培训来完成这项工作。![]()
面板如此紧密排列意味着下面的光线很少,因此植被也很少。少量生长的植被可以用机器人割掉。或者你只需在安装面板前在地上铺一层塑料纸,就可以完全忘记植物生长的问题。由于所有面板都紧密排列,机器人很容易清洁它们,几乎不需要人工干预。![]()
这使用了75%更少的钢材,90%更少的机器成本,50%更少的物流,总体上减少了CAPEX(资本支出)40%和OPEX(农场运营)20%。当然,有了这样简单的安装,你不需要太多的土建工作或设计和工程。这只是我们可以做出的一种改变,以降低设计、物流、BOS、直接人工,甚至土建工程成本的例子。我们已经处于可以将太阳能电站这些成本(提醒一下,约占总成本的43%)减半的阶段。我们可能在未来几年内进一步降低这些成本。一旦所有这些太阳能电池板安装完毕,它们会产生持续的电流,称为直流或DC。但电网使用快速来回的电流,称为交流或AC。逆变器将电流从DC转换为AC。![]()
我假设税收、许可、互连和检查成本不会显著下降。但它们只占成本的5%。同时,我们可以预期随着公司在管理太阳能电站方面变得更加专业,成本下降(因此风险降低),竞争侵蚀这些利润率,间接成本和利润率将会下降。由于这些今天占我们面板成本的0.08美元,我们可以安全地假设它们至少会减半。还有一些太阳能电站的成本没有出现在我前面展示的图表中。我们讨论的许多成本都是前期支付的,然后太阳能电站随时间赚钱。这意味着资本成本很重要。但如果建设太阳能电站的成本下降,那么前期成本就会下降,因此风险和资本成本也会下降。剩余的少量资本必须按官方利率支付利息。利率越低,这些农场赚的钱就越多。今天,太阳能面板的利率不是太高,所以资本成本不是很大。但我们可以假设,当利率下降时,太阳能电站会稍微便宜一些,对它们的投资也会增加。我提到的很多东西都集中在降低成本上,但这不是我们唯一的杠杆。我们想要每瓦非常低的成本,所以我们可以降低成本,或增加瓦数。到目前为止,大多数效率提高都集中在将更多的太阳光子转化为电力。从2010年到2020年,平均面板效率从~10%增加到~20%。仅从效率提高,面板的输出就翻了一番。当前面板设计的理论效率是有限的。硅,即今天绝大多数光伏电池使用的材料,限制在32%。添加针对不同波长优化的多层可以理论上将效率提高到68%。使用与今天的p-n结电池不同的技术可以达到90%+的理论效率。将大规模生产的效率提高到单层25%和多层40%的p-n结面板将是一个重大成就。近期效率将继续从提高硅纯度和出现低成本多层面板等数百种小进步中增加。——Solar PV's Path to Dominance, Austin Vernon我们可以通过改进核心光伏面板来提高效率,但还有其他方法。例如,你可以有双面面板,它不仅会捕获来自太阳的太阳能,还会捕获环境中反弹的光线。![]()
双面面板。当然,这种设置可能与面板放在地上的设置不兼容,但你可以把它放在栅栏上。我们可能在未来几年将效率提高一倍。但要将效率提高到40%以上,需要一个突破。据我所知,这些成本计算中通常不包括土地成本,因为它们很低,而且根据位置的不同变化很大。但我看过的大多数来源引用的成本在总安装成本的2%到20%之间。然而,土地不是通货紧缩的。它是我们无法制造更多的唯一东西,而地球上的人类却越来越多。固定供应和不断增加的需求意味着价格上涨。因此,太阳能电站的成本将趋向于土地成本。此外,最好的地点已经被占用了。未来的地点可能需要更贵或更远——这会以其他方式增加成本。另一方面,在大多数地方,土地是充足且便宜的。我们之前分享的同样的力量也会发挥作用:随着太阳能电站成本的下降,土地将成为成本的更大份额,因此太阳能电站运营商将有更强烈的动机寻找最便宜的土地。这些地方将获得大量太阳能面板,从而保持整体太阳能价格低廉。太阳能光伏的一大优势是其周期有多快。建立一个太阳能电站不需要很长时间,而且建设成本很低,所以学习循环非常快,因此成本降低往往比其他行业(如核能)实现得更快。- 太阳能面板成本从每瓦直流0.39美元下降到0.05美元。
- 建设成本(设计、工程、土建工程、系统平衡、直接人工和逆变器)从约每瓦直流0.47美元下降到~0.10美元。为什么?今天,这些成本已经减半。我认为期望这个成本再减半是合理的。
- 税收、许可等可能保持固定(今天约0.05美元),但利润率可能会在绝对值上压缩。
仅凭这些措施,我们将见证太阳能成本从~1美元下降到~0.25美元,降低4倍。然后你有资本成本的下降(更小的贷款、更少的风险、更快的安装、未来可能更低的利率),以及可能会被追求的更便宜的土地。总的来说,让我们假设这些也都缩小4倍。然后我们有效率的提高,这可能使我们的能量生产翻倍,这将再次将每瓦成本减半。除非PV面板技术出现突破,否则进一步的减少将很难实现。如果我们把所有这些放在一起,并且我的假设是合理的,这意味着我们应该看到太阳能成本降低约8倍,之后收益将放缓。我到目前为止告诉你的一切主要是关于太阳能电池板在阳光照射时产生的直流电。但还有一些事实完全改变了结论,并预示了未来十年能源世界将如何演变:1.间歇性:太阳能电池板只在白天产生电力。这意味着我们需要方法来储存能量以供夜间或阴天使用。2.电网整合:随着更多太阳能进入电网,我们需要投资基础设施来处理太阳能的可变性质。3.能源存储:电池技术将在使太阳能成为主要电力来源方面发挥关键作用。能源存储解决方案的成本和效率将极大地影响太阳能电力的总体成本。4.输电和配电:即使太阳能电池板成本大幅下降,我们仍然需要考虑将这种能源传输和分配给消费者的成本。5.峰值需求与峰值生产:太阳能生产在正午达到高峰,而能源需求通常在傍晚达到高峰。这种不匹配需要智能电网解决方案和能源管理系统。6.政策和监管:政府政策、补贴和法规将继续在太阳能的采用和成本方面发挥重要作用。7.市场动态:随着太阳能变得更加普遍,它可能会影响自身的经济性。例如,随着更多太阳能上线,白天电力的价值可能会下降,可能影响新太阳能装置的经济性。这些因素意味着,虽然产生太阳能电力的成本可能会显著下降,但消费者的成本可能不会以相同的速度下降。廉价能源的未来将不仅取决于廉价的太阳能电池板,还取决于能源存储、电网管理和政策框架的进步。然而,大幅降低太阳能成本的潜力仍然是一个游戏改变者。它为以前不经济的电力新应用开辟了可能性,从大规模海水淡化到碳捕获技术。它还可能加速交通和供暖的电气化,进一步减少我们对化石燃料的依赖。总之,虽然我们可以期待太阳能电池板和安装成本的显著降低,但通往廉价、丰富能源的道路比仅仅廉价面板更复杂。它将需要一种整体方法来处理能源系统,包括存储、分配和智能消费。未来几十年可能会看到我们的能源格局的转变,这将由太阳能技术的这些进步和充分利用其潜力所需的支持基础设施驱动。文章来源：https://unchartedterritories.tomaspueyo.com/p/can-solar-costs-keep-shrinking![]()
以上内容均来自公开内容整理，翻译来自Claude 3.5，作为学习笔记，仅供参考，如有幻觉，欢迎指出。我们还有个有趣有料的星球（聚焦于能源、AI和个人成长），为了感谢读者的长期喜爱和支持，星球放出一些优惠券（-265元），只需35元即可，限量限时。
![]()
当然，也欢迎加入我们的微信群（欢迎推荐转发，过期了加个人微信拉进）：![]()
