Fotovoltaik modül maliyetleri son 40 yılda neden %99 oranında düştü?

Fotovoltaik modül maliyetleri son 40 yılda neden %99 oranında düştü?
Gökşin Kavlak, Boğaziçi Üniversitesi Endüstri Mühendisliği’nden mezun olduktan sonra Yale Üniversitesi Ekoloji Bilimleri'nde Yüksek Lisans, MIT’de doktora çalışmasını tamamladı.  MIT Veri, Sistem ve Toplum Enstitüsü’nde doktora sonrası çalışmalarını sürdürüyor. Kavlak’ın, MIT Veri, Sistem ve Toplum Enstitüsü Doçenti Jessika Trancik ile birlikte fotovoltaik modüllerin maliyet düşüşlerindeki faktörler üzerine yapılan araştırma temelinde, bir araştırmanın nasıl bir anlayışla kurgulanabileceği, teknoloji evriminin temel itici güçlerinin neler olduğu ve teknolojiler zaman içinde neden geliştiği üzerine yaptığı söyleşinin bir özetini okurlarımızla paylaşıyoruz.

Jessika Trancik: Hem enerji sistemleri üzerinde hem de zaman içinde teknoloji evriminin itici güçleri üzerinde çalışıyoruz, bu da önemli, çünkü iklim değişikliğini ele almadaki zorluklardan biri enerji teknolojilerinin evrimini uygun fiyatlı, düşük karbon emisyonlu enerji altyapısına doğru yönlendirmektir. Üzerinde çalıştığımız başlıca sorulardan ikisi şudur: Birincisi, bugün karbon yayan enerji altyapısından hızla geçiş yapmak için farklı teknolojileri nasıl birleştirebiliriz ve optimize edebiliriz? Bu noktada, enerji depolama teknolojilerini güneş, rüzgâr ve diğer düşük karbonlu, elektrik üretebilme seçeneklerinin kombinasyonlarıyla en iyi birleştirmeyi nasıl yapacağımıza bakıyoruz. İkincisi, ne tür enerji depolama teknolojilerine ihtiyacımız var? Örneğin, ulaşımda enerji talebini, elektrikli araçlarla karşılayabiliriz, bu şekilde ulaşım enerji hizmetlerini elektrikle birlikte karbondan arındırırsınız. Bu noktada çevreci elektriğin, şebekeye nasıl entegre edileceği sorusuna uygun yanıt arıyoruz.
Üzerinde çalıştığımız bir başka soru kümesi, teknolojilerin zaman içinde nasıl değiştiğini anlamak üzerine. İlk soru kümesini yanıtlayarak, enerji depolama teknolojileri veya güneş enerjisi maliyeti için hedefler bulabiliriz. İkinci alanda, örneğin güneş enerjisinde veya pil teknolojilerindeki maliyet düşüşünü nasıl hızlandırabilirsiniz? Teknoloji evriminin temel itici güçleri nelerdir? Teknolojiler zaman içinde neden gelişiyor? Bu üzerinde çalıştığımız bir konu. Gökşin Kavlak, geçtiğimiz günlerde fotovoltaik modüller ve maliyetlerinin neden son 40 yılda %99 oranında düştüğü hakkında bir makale yayınladı. Sizce bu makaleden elde edilecek en ilginç sonuçlar nelerdi?

Gökşin Kavlak: PV fotovoltaik modül maliyetleri, bahsettiğiniz gibi, son kırk yılda önemli ölçüde düştü. Bu makalede yaptığımız, PV'de bu maliyet düşüşünün neden gerçekleştiği hakkındaki bu soruyu cevaplamaya bir yaklaşım getiren bir yöntem geliştirmekti. Soruyu, esas olarak maliyet azaltma mekanizmalarının iki seviyesini, düşük seviye mekanizmalarını ve yüksek seviye maliyet azaltma mekanizmalarını belirleyerek cevaplıyoruz.
Düşük seviyeli mekanizmalar, teknolojinin kendisiyle ilgili mekanizmalardır: PV modülleri için modül verimliliği, silikon miktarı, silikon modülünde kullanılan diğer malzemelerin miktarı, verim, üretim verimliliği, malzeme kullanımı, vb. 
Bu tür değişkenlerdeki değişiklikler, düşük seviyeli mekanizmalar olarak adlandırdığımız şeydir. PV modülleri için modül verimliliğindeki gelişmelerin ana düşük seviye mekanizma olduğunu ve 1980'lerden bu yana maliyet azaltımının yaklaşık %25'ine katkıda bulunduğunu tespit ettik. 1980'lerden bu yana maliyet azaltımının yüzde ellisi malzeme ile ilgili düşük seviyeli mekanizmalardaki gelişmelerden kaynaklanmıştır. Bunlar silikon fiyatı, diğer malzeme kullanımındaki azalma, malzeme fiyatlarındaki azalma vb. 
İkinci seviye; yüksek seviye mekanizmalardır. Bunlar düşük seviyeli mekanizmaların arkasındaki itici güçlerdir. Bunlar, Ar-Ge - araştırma ve geliştirme, yaparak öğrenme, deneyim geliştirme, ölçek ekonomileri gibi - teknolojilerde gelişmeyi teşvik etmek için kullanılan politikalarla daha uyumlu olan itici güçlerdir.
Maliyet azaltımının çoğu Ar-Ge ile ilgili iyileştirmelerden kaynaklanmıştır. Bahsettiğim, verimlilikte değişiklikler, malzeme kullanımındaki değişiklikler ve üretim verimlilikleri gibi düşük seviyeli mekanizmalar da özellikle 1980'lerden başlayarak teknolojinin başlangıcında Ar-Ge tarafından yönlendirildi. 2000 yılından sonra, artan üretim tesisi hacimleri ile ölçek ekonomileri önem kazandı. Ölçek ekonomileri Ar-Ge ile eşit öneme sahip üst düzey bir mekanizma haline geldi.
Düşük seviyeli ve yüksek seviyeli mekanizmaların etkilerini belirledikten, ölçümledikten sonra, politikalarla ilgili soruyu da yanıtlamaya çalıştık. Hangi politikalar bu mekanizmaları yönlendirdi? Bu makalede ele aldığımız ana soru, bunun kamu Ar-Ge'si mi yoksa tarifelerdeki teşvikler mi olduğu, yenilenebilir enerji portföy standartları ve benzeri gibi pazar genişleme politikalarının mı maliyet azaltımının ana itici gücü olduğu idi. Bu yazıda, hem kamu Ar-Ge çalışmalarının, hem de pazar genişleme politikalarının önemli olduğunu, ancak pazar genişleme politikalarının kamu Ar-Ge'sinden biraz daha önemli olduğunu ve 1980'den bu yana PV modüllerindeki maliyet azalmasının yaklaşık %60'ını oluşturduğunu tespit ettik.
Jessika Trancik: İlginçti, çünkü orada olan önemli sorulardan biri: Hükümet politikası, öncelikle bir teknolojinin gelişimini sağlamada etkili olmalı mı, olmamalı mı? Hükümet politikalarının gerçekten kritik olduğunu ve bu düşük karbon teknolojisinde %99’luk maliyet düşüşünü getirdiğini görüyoruz, böylece bugün maliyet 40 yıl öncesinin %1'i mertebesine geldi. Bu, bu teknolojide büyük bir değişiklik ve gelişme.
İnsanların sorduğu bir başka soru, hükümetin araştırma ve geliştirmeyi finanse etmeye odaklanıp odaklanmayacağı veya iklim değişikliği konusunu hedefleyen güneş enerjisi gibi teknolojilerin pazar büyümesini teşvik etmeye müdahil olup olmayacağıdır. İklim etkileri bugün elektrik fiyatına yansımıyor, bu yüzden bunu fiyata yansıtabilmek için başka tür politikalar gerekiyor. İnsanlar, hükümetin, bir anlamda, iklim etkilerini fiyata yansıtarak veya özellikle güneş enerjisinin pazardaki büyümesini hedefleyen politikalar yoluyla piyasalara müdahale etmesini mi istiyor? Yoksa sadece kamu Ar-Ge'sine, araştırma ve geliştirmeye fon sağlamaya mı odaklanmasını bekliyorlar?
Gökşin’in dediği gibi, çalışmalarımızda, mevcut durumda, güneş enerjisi söz konusu olduğunda, bu pazar genişleme politikalarının bahsettiğimiz maliyet düşüşünü sağlamada gerçekten önemli olduğunu gördük. Teknolojinin derinliklerine indiğimizde ve bahsettiğiniz bu materyallerle ilgili maliyetleri (dönüşüm verimliliği vb) neyin değiştirdiğine baktığımızda, bunların bazılarının devlet tarafından finanse edilen Ar-Ge sonucunda gerçekleştiğini görüyoruz, ancak birçoğu özel sektör Ar-Ge ve ölçek ekonomileri ile öğrenme sonucu ortaya çıkmıştır. Bunlar, bu pazar genişleme politikaları olmadan gerçekleşmezdi.
Hükümet politikaları iklim değişikliği çözümünün önemli bir parçası olan; teknolojide hızlı bir değişime yol açmıştır. Diğer düşük karbon teknolojilerinde bu tür iyileştirmelerden daha fazlasına ihtiyacımız var. Güneş ve diğer teknolojilerden gördüğümüz bu örneği çoğaltabileceğimizi düşünüyorum. Ayrıca, pazar genişleme politikalarının gerçekten önemli olduğunu ve Ar-Ge için hükümet fonlarının yanında takip edilmesi gerektiğini öğrendik. Araştırmacılar olarak, hükümetin ne yapması veya yapmaması gerektiğini söylemek bizim rolümüz değil, ancak bu sonuçlara bakıldığında, bu pazar genişleme politikalarının önemli olduğu açıktır. Bunlar, Almanya'da tarife garantileri ve Japonya'daki erken sübvansiyonlar ve ABD'deki yenilenebilir portföy standartları gibi, gerçekten önemli olan farklı politikaların bir karışımıydı. Sadece araştırma ve geliştirme için devlet finansmanına odaklansaydık, güneş enerjisinde bu görünüm ortaya çıkmayabilirdi. Bence bu paket çözüm, gerçekten önemli.
Gökşin Kavlak: Bahsettiğiniz gibi aslında PV modüllerinin maliyetini azaltmada etkili olan çoklu unsurlu bir paket vardı. Verimlilikte iyileşmelerin maliyetleri etkilemesi biraz bekleniyordu. Benim için şaşırtıcı olan şey, unsurların bu çeşitliliği ve çok sayıda düşük seviyeli mekanizmanın maliyetleri etkilemesiydi. Bahsettiğiniz gibi, şimdi bu düşük seviyeli mekanizmaları inceliyoruz. Soruyoruz, ne oldu ve ne değişti? Bu düşük seviyeli mekanizmaları etkili kılan nedir? Bu alt düzey mekanizmaların her birinin arkasındaki yenilikler nelerdi?
Temel olarak, bir PV sisteminin maliyet modeli ile başlıyoruz. Bu, sistem dengesini denklemimize, sistem sınırımıza dahil ettiğimiz anlamına gelir. Daha önce modüllere bakmıştık. Ancak şimdi tüm süreçleri; modülün kurulumu, izinlerin alınması ve ara bağlantılar gibi pek çok unsuru da düşünüyoruz. Buna sistem dengesi denir. PV modüllerindeki yenilikler, son yıllarda farklı alanlarda kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Şu anda, sistem dengesi maliyetini azaltan yeniliklere de bakıyoruz, çünkü sistem maliyetleri dengesi çok daha yüksektir ve modül maliyetlerinden daha az azalma göstermiştir. Şimdi çalışmaya sistem dengesini dahil etmemizin nedenlerinden biri de bu. Temel olarak, modül verimliliği gibi her düşük seviyeli mekanizmaya bakıyoruz ve bu düşük seviyeli mekanizmanın arkasındaki yenilikler nelerdi diye soruyoruz. Kapsamlı bir literatür taraması ve araştırmadan sonra, her bir alt düzey mekanizma için bir takım yenilikler belirledik. Hücre üretim düzeyinde, modül düzeyinde vb.
Şu anda bu yazıda yaptığımız şey yenilikler için bir tipoloji geliştirmektir. Temel olarak, hangi yenilik türlerinin modül maliyetlerini ve sistem maliyetleri dengesini etkilediğini anlamak istiyoruz. Çok sayıda yeniliği belirledikten sonra, şimdi inovasyon türlerinin kalıplarını görebiliriz. Temel olarak, bu yeni araştırma ile bu iki tür teknoloji arasındaki farklılıkları görebiliriz.
Aslında mevcut çalışmalarımızda politikaları da inceliyoruz. Hedefimiz, politikalardan başlayarak ve üst düzey mekanizmaları, düşük seviyeli mekanizmaları harekete geçiren ve aralarındaki yenilikleri belirleyen teknolojik gelişmelerin tam bir resmini oluşturmaktır. 
Jessika Trancik: İklim değişikliğini ele almak için ihtiyacımız olan tüm teknolojiye sahip miyiz? Bazıları ihtiyacımız olan teknolojiye sahip olduğumuzu, ihtiyacımız olanın politika olduğunu iddia eder. Ya da diğerleri, birkaç kilit teknolojiye odaklanalım ve politikayı beklemeyelim der veya politikaya ihtiyacımız yok, teknoloji kendi başına gelişebilmelidir diye düşünür. 
Bence bu çalışmada, bu görüşlerden biri veya diğeri tercih edilmedi. Çok katmanlı bir yaklaşımımız var. Bir teknolojinin neden geliştiğini ve ileride onu geliştirmenin yolunu açıklamanın yöntemi, tüm bu düzeylerdeki çabalara bakmaktır. Şu bir gerçek ki; hükümet politikalarıyla teşvikler olmasaydı bu işi yapılamazdı. Bu çabaları bu hükümet politikası olmadan göremezdik. 
Gökşin Kavlak: Şahsen, bir sonraki adım olarak, her şeyden önce güneşte öğrendiklerimizi rüzgâra uygulamak istiyorum, kişisel olarak güneşe bakarak çok zaman geçirdiğimi söyleyebilirim. Rüzgâr enerjisi kesinlikle bir diğer önemli yenilenebilir enerji teknolojisidir. Bu yöntemi kesinlikle rüzgâra uygulamak istiyorum ve aslında enerji depolama uygulamasını gerçekten çok merak ediyorum.
PV modülleri hakkındaki makalemizin Aralık 2018'de Enerji Politikası dergisinde yayınlandığını eklemek istiyorum. Yöntem ve sonuçlarımız hakkında daha fazla bilgi edinmek isteniyorsa, makaleye göz atılabilir. Bunu takip eden doğrultuda başka makalelerimiz de var, bizi trancik.mit.edu adresli web sitemizden takip edebilirsiniz. 
Kaynak: energy.mit.edu sitesinde “Energy technology evolution” başlıklı podcast