一项新研究表明，与太阳能发电行业普遍的看法相反，新型太阳能电池和太阳能板不一定需要使用25至30年，才能在当今市场上具有经济可行性。
相反，初始使用寿命短至10年的太阳能板有时也能具有经济意义，甚至适用于电网规模的装置，从而有可能为那些被认为耐用性不足、无法广泛使用的新型光伏技术打开大门。
这些新发现发表于一篇论文，刊登在期刊《Joule》上，作者包括前麻省理工学院博士后、初创公司Swift Solar首席执行官Joel Jean，Swift Solar；麻省理工学院电气工程与计算机科学教授、MIT.nano主任Vladimir Bulović；以及科罗拉多州国家可再生能源实验室（NREL）的Michael Woodhouse。
“当你与太阳能领域的人士交谈时，他们会说任何新型太阳能板都必须使用25年，”Jean说，“如果有人提出使用寿命为10年的新技术，没有人会去关注它。这在该领域被视为常识，而这在某种程度上造成了严重的束缚。”
Jean补充道，“这是一个巨大的障碍，因为你无法在一两年内，甚至十年内证明其具有25年的使用寿命。”他表示，这种预设使许多有前景的新技术被搁置一旁，而传统晶体硅技术在商业太阳能市场上占据了绝对主导地位。但研究人员发现，情况并非必然如此。
“我们必须记住，人们最终关心的并不是板材的成本，而是平准化电力成本，”他说。换言之，这是指系统在其有效使用寿命内每千瓦时所交付电力的实际成本，其中包括板材、逆变器、支架、线路、土地、安装人工、许可、并网以及其他系统组件的成本，同时也包括持续的维护成本。
太阳能行业的经济状况今天与过去不同，部分原因在于板材（也称为组件）的成本已大幅下降，以至于现在“系统平衡”成本（即除板材本身以外的所有成本）已超过板材的成本。这意味着，只要较新的太阳能板在电气和物理上与支架及电气系统兼容，在较新、性能更好的板材问世时，用其替换原有板材，同时保留系统的其余部分，在经济上就可能是可行的。
“技术主要体现在板材上，但成本主要体现在系统上，”Jean说，“与其安装一套系统、在30年后全部更换，不如提前更换板材，同时保持其他部分不变，会怎样？在经济上可能可行的原因之一，是如果你更换为效率更高的板材，”这种情况很可能会出现，因为全球正在探索多种效率更高、成本更低的技术。
他表示，研究团队在分析中发现，“在融资方面存在一些需要注意的事项的前提下，理论上，你可以达到具有竞争力的成本，因为你的新板材性能在不断提升，使用寿命短至15年甚至10年。”
Bulović表示，尽管太阳能电池的成本逐年下降，但“任何新型太阳能板技术都必须证明其具有25年使用寿命的预期，一直被视为一个不证自明的道理。在这项研究中，我们表明，随着太阳能板变得更便宜、效率更高，成本平衡会发生显著变化。”
他表示，这篇新论文的目的之一，是提醒研究人员，即使使用寿命相对较短，其新型太阳能发明仍可能具有成本效益，因此可能比预期更快地被采用和部署。与此同时，他表示，投资者应当认识到，选择那些可能尚未证明寿命较长的高效太阳能技术，有望获得更大的利润，因为板材可以定期更换为更新、更高效的产品。
“历史趋势表明，太阳能板技术的效率逐年持续提升，这些改进在未来数年内必将持续，”Bulović表示。例如，钙钛矿太阳能电池在不到十年前首次开发时，效率仅为百分之几。但据Bulović介绍，近期其创纪录的性能已超过25%的效率，而创纪录的硅电池效率为27%，当今标准硅组件的效率约为20%。重要的是，在新型器件设计中，钙钛矿太阳能电池可以堆叠在另一块钙钛矿、硅或薄膜电池之上，从而将可达到的最高效率上限提升至40%以上，这远高于当今硅基太阳能技术30%的基本极限。但钙钛矿在运行寿命方面存在问题，目前尚未证明其能够接近25年的标准。
Bulović希望这项研究能够“改变被公认为全球真理的范式”。他表示，到目前为止，“许多有前景的技术甚至从未起步，因为对耐用性的要求门槛被设定得过高”。
在分析中，研究团队考察了三种不同类型的太阳能装置：典型的6千瓦住宅系统、200千瓦商业系统，以及配备太阳能跟踪装置的大型100兆瓦公用事业规模系统。他们采用了NREL针对美国太阳能系统的基准参数，并对太阳能技术的未来发展、融资以及初始板材更换后的处置（包括对使用过的组件进行回收）做出了多种假设。这些模型通过四种独立的平准化电力成本（LCOE）计算工具进行了验证，LCOE是比较不同电力来源经济可行性的标准指标。
他们发现，在所有三种装置类型中，根据当地具体条件，在10至15年后更换新组件，在许多情况下都能带来经济优势，同时保持太阳能发电在环境保护和减排方面的诸多益处。成本竞争力的基本要求是，任何将在美国安装的新型太阳能技术，其组件效率应至少为20%，成本不超过每瓦30美分，使用寿命至少为10年，并有可能在这三个方面均有所提升。
Jean指出，当今被视为标准的太阳能技术（主要是硅基技术，也包括碲化镉等薄膜变体）“在早期并不十分稳定。它们如今能够使用25至30年，是因为经过了数十年的发展。”他表示，这项新分析可能会为一些有前景的新技术打开大门，使其能够以足够大的规模部署，从而积累类似的经验并随时间不断改进，并比在没有组件更换的情况下更早地对气候变化产生影响。
“这可能使我们能够推出那些本会因人们认为必须具有更长使用寿命而夭折的想法，”Bulović表示。
该研究得到了Tata-MIT GridEdge Solar研究项目的支持。
