談到半導體就想到“摩爾定律”,而在太陽能領域,也有相對應的“史旺森定律”(Swanson’slaw),這個定律敘述當太陽能電池面板生產量越多,廠商累積的經驗越豐富,成本也就越下降。定律的名稱,是來自于美國龍頭晶矽太陽能廠太陽能源(SunPower)創辦人理察-史旺森(Rid“Dick”Swanson),但是史旺森本人卻說:“這定律不是我發明的。”
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“史旺森定律”,或是應該正名為學習曲線定律,是這樣描述太陽能產業的:當太陽能電池模組累積產量加倍,價格平均會下降約20%。史旺森表示,這個定律從太陽能產業發展初期就相當準確,到了現在也還是一樣適用,唯一的問題是,這個定律不該以史旺森命名,因為不是他發明這個定律的,但經年累月以來,產業界都把這條定律和他連結在一起,2017年11月,史旺森特別發布文章以正視聽。
理察˙史旺森。(Source:德拉瓦大學)
那么這條定律又是從哪來的?史旺森話說從頭,他最早是在1975年聽到這條學習曲線定律,當時是在光電專業論壇(Photovoltaic Specialists Conference),來自德州儀器(Texas Instruments),日后就職于美國能源部的講者保羅-梅考克(Paul Maycock),告訴與會者了解學習曲線對產業有相當大的幫助。說明學習曲線就是:價格的對數,與累積總產量的對數,成一個比例關系。保羅-梅考克之所以對學習曲線有如此了解,來自于當年德儀身為芯片大廠,在芯片制造過程累積的經驗,當時德儀發現這個學習曲線關系后,就用來預測未來芯片的成本。
目前也在能源部工作的羅伯-馬高利司(Robert Margolis)則于2002年在其哈佛博士學位論文《了解能源領域科技創新:以光電為例》(Understanding Technological Innovation in the Energy Sector:The Case of Photovoltaics)中闡述,幾乎所有制造業產品,在學習曲線圖上,也就是價格的對數與累積總產量的對數,都成一個固定的比例關系,那就是累積總生產量倍增時,生產成本就會下降20%。
學習曲線定律也是各國政府之所以敢于大力補貼太陽能的原因,因為補貼使總產量拉高,最終會增快太陽能降價的速度,而很快不用補貼,2011年以后太陽能產業的發展正印證了這個理論。太陽能的確在各國政府補貼引爆大規模量產后,很快大降價,如今在世界各地的太陽能標案連續開出新低價,越來越多地區太陽能達到電網平價,已經很快就不再需要補貼。
但是學習曲線定律為何不是叫“德儀定律”,或是以論文作者馬高利司為名,而和史旺森扯上關系呢?這來自一場不怎么美麗的誤會。史旺森于1985年接受美國能源部及電力研究院(Electric Power Research Institute)資助創立太陽能源,成為全球發展太陽能的先鋒,1990年代到2000年代初期,當時太陽能價格極高,太陽能產業主要只在航太等專業領域應用,產業發展并不被看好;當時為了闡述太陽能產業的發展潛力,他在許多發布會,引用德儀學習曲線,說明太陽能未來也可以是普及的能源。
當時記錄他演講的記者,由于沒有產業界的背景知識,不知道他引述的學習曲線最初來自德儀,竟以為是史旺森本人發現的,于是撰寫報導時,就稱之為“史旺森定律”,而這條曲線又相當引人注意,于是一傳十、十傳百,這下整個產業界都知道“史旺森定律”,而且還成為太陽能產業的專屬定律,事實上學習曲線定律的發現與史旺森無關,他只是轉述,而學習曲線定律也不只適用于太陽能產業,而是所有制造業。
在產業界有一條以自己為名的定律應該是很光榮的,不過在史旺森的例子,卻是很尷尬的事,因為盡管媒體與大眾瘋炒史旺森定律,甚至連太陽能源本身都很樂于拿史旺森定律跟摩爾定律相提并論,提升公司的權威感,但是,整個產業界致力于研究成本下降預測的專家,統統都知道這條曲線的發現跟史旺森無關,于是他只好特別為文澄清。
雖然史旺森定律之所以叫史旺森是一場烏龍,但是定律本身的內容則無庸置疑地準確,因此史旺森也預期,未來太陽能電池模組的價格,仍然會依照學習曲線定律下降,在當前太陽能出貨量遠較過去激增的情況下,太陽能進一步降價速度也相當可期。史旺森認為,即使沒有補貼,太陽能也很快就會成為最便宜的電力來源。
以如今占太陽能電池市場約三分之一的鈍化發射極背面接觸(Passivatedemitter and rearcell,PERC)太陽能電池為例,2年前市場規模僅5吉瓦(gigawatt),2017年市場規模預期將有35吉瓦,累積總產量已超過“倍增再倍增再倍增”,若以史旺森定律推估,成本將低于下降2成再2成再2成,即只剩原本的51.2%不到。
在產能大量開出使得總累積產量倍增速度加快的現況下,史旺森的樂觀預估在模組部分很快就會成真。不過,史旺森定律只適用于模組硬件制造部分,如今太陽能成本已經大多來自“軟”成本,尤其是行政、行銷、財務等成本,這些部分不受史旺森定律影響,未來太陽能成本將如何進一步下降,有賴于該如何簡化行政程序等制造以外的因素。