谈到半导体就想到“摩尔定律”,而在太阳能领域,也有相对应的“史旺森定律”(Swanson’slaw),这个定律叙述当太阳能电池面板生产量越多,厂商累积的经验越丰富,成本也就越下降。定律的名称,是来自于美国龙头晶矽太阳能厂太阳能源(SunPower)创办人理察˙史旺森(Rid“Dick”Swanson),但是史旺森本人却说:“这定律不是我发明的。”
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“史旺森定律”,或是应该正名为学习曲线定律,是这样描述太阳能产业的:当太阳能电池模组累积产量加倍,价格平均会下降约20%。史旺森表示,这个定律从太阳能产业发展初期就相当准确,到了现在也还是一样适用,唯一的问题是,这个定律不该以史旺森命名,因为不是他发明这个定律的,但经年累月以来,产业界都把这条定律和他连结在一起,2017年11月,史旺森特别发布文章以正视听。
理察˙史旺森。(Source:德拉瓦大学)
那么这条定律又是从哪来的?史旺森话说从头,他最早是在1975年听到这条学习曲线定律,当时是在光电专业论坛(Photovoltaic Specialists Conference),来自德州仪器(Texas Instruments),日后就职于美国能源部的讲者保罗˙梅考克(Paul Maycock),告诉与会者了解学习曲线对产业有相当大的帮助。说明学习曲线就是:价格的对数,与累积总产量的对数,成一个比例关系。保罗˙梅考克之所以对学习曲线有如此了解,来自于当年德仪身为芯片大厂,在芯片制造过程累积的经验,当时德仪发现这个学习曲线关系后,就用来预测未来芯片的成本。
目前也在能源部工作的罗伯˙马高利司(Robert Margolis)则于2002年在其哈佛博士学位论文《了解能源领域科技创新:以光电为例》(Understanding Technological Innovation in the Energy Sector:The Case of Photovoltaics)中阐述,几乎所有制造业产品,在学习曲线图上,也就是价格的对数与累积总产量的对数,都成一个固定的比例关系,那就是累积总生产量倍增时,生产成本就会下降20%。
学习曲线定律也是各国政府之所以敢于大力补贴太阳能的原因,因为补贴使总产量拉高,最终会增快太阳能降价的速度,而很快不用补贴,2011年以后太阳能产业的发展正印证了这个理论。太阳能的确在各国政府补贴引爆大规模量产后,很快大降价,如今在世界各地的太阳能标案连续开出新低价,越来越多地区太阳能达到电网平价,已经很快就不再需要补贴。
但是学习曲线定律为何不是叫“德仪定律”,或是以论文作者马高利司为名,而和史旺森扯上关系呢?这来自一场不怎么美丽的误会。史旺森于1985年接受美国能源部及电力研究院(ElectricPowerResearchInstitute)资助创立太阳能源,成为全球发展太阳能的先锋,1990年代到2000年代初期,当时太阳能价格极高,太阳能产业主要只在航太等专业领域应用,产业发展并不被看好;当时为了阐述太阳能产业的发展潜力,他在许多发布会,引用德仪学习曲线,说明太阳能未来也可以是普及的能源。
当时记录他演讲的记者,由于没有产业界的背景知识,不知道他引述的学习曲线最初来自德仪,竟以为是史旺森本人发现的,于是撰写报导时,就称之为“史旺森定律”,而这条曲线又相当引人注意,于是一传十、十传百,这下整个产业界都知道“史旺森定律”,而且还成为太阳能产业的专属定律,事实上学习曲线定律的发现与史旺森无关,他只是转述,而学习曲线定律也不只适用于太阳能产业,而是所有制造业。
在产业界有一条以自己为名的定律应该是很光荣的,不过在史旺森的例子,却是很尴尬的事,因为尽管媒体与大众疯炒史旺森定律,甚至连太阳能源本身都很乐于拿史旺森定律跟摩尔定律相提并论,提升公司的权威感,但是,整个产业界致力于研究成本下降预测的专家,统统都知道这条曲线的发现跟史旺森无关,于是他只好特别为文澄清。
虽然史旺森定律之所以叫史旺森是一场乌龙,但是定律本身的内容则无庸置疑地准确,因此史旺森也预期,未来太阳能电池模组的价格,仍然会依照学习曲线定律下降,在当前太阳能出货量远较过去激增的情况下,太阳能进一步降价速度也相当可期。史旺森认为,即使没有补贴,太阳能也很快就会成为最便宜的电力来源。
以如今占太阳能电池市场约三分之一的钝化发射极背面接触(Passivatedemitterandrearcell,PERC)太阳能电池为例,2年前市场规模仅5吉瓦(gigawatt),2017年市场规模预期将有35吉瓦,累积总产量已超过“倍增再倍增再倍增”,若以史旺森定律推估,成本将低于下降2成再2成再2成,即只剩原本的51.2%不到。
在产能大量开出使得总累积产量倍增速度加快的现况下,史旺森的乐观预估在模组部分很快就会成真。不过,史旺森定律只适用于模组硬件制造部分,如今太阳能成本已经大多来自“软”成本,尤其是行政、行销、财务等成本,这些部分不受史旺森定律影响,未来太阳能成本将如何进一步下降,有赖于该如何简化行政程序等制造以外的因素。
