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Para continuar reduzindo os custos da energia solar e outras tecnologias de energia limpa, os cientistas e engenheiros provavelmente precisarão se concentrar, pelo menos em parte, na melhoria dos recursos tecnológicos que não são baseados em hardware, de acordo com pesquisadores do MIT. Eles descrevem esse achado e os mecanismos por trás dele em Energia da Natureza.
Embora o custo de instalação de um sistema de energia solar tenha caído mais de 99% desde 1980, esta nova análise mostra que os recursos de “tecnologia leve”, como práticas de licenciamento codificadas, técnicas de gerenciamento da cadeia de suprimentos e processos de design de sistema que entram na implantação uma usina de energia solar, contribuiu com apenas 10 a 15 por cento da queda de custo total. As melhorias nos recursos de hardware foram responsáveis pela maior parte.
Mas como a tecnologia leve está dominando cada vez mais os custos totais de instalação de sistemas de energia solar, essa tendência ameaça desacelerar futuras economias de custos e dificultar a transição global para energia limpa, diz a autora sênior do estudo, Jessika Trancik, professora do Instituto de Dados do MIT, Sistemas e Sociedade (IDSS).
Os co-autores de Trancik incluem a autora principal Magdalena M. Klemun, uma ex-aluna de graduação e pós-doutorado do IDSS que agora é professora assistente na Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong; Goksin Kavlak, um ex-aluno de graduação e pós-doutorado do IDSS que agora é associado do Brattle Group; e James McNerney, ex-pós-doutorando do IDSS e agora pesquisador sênior da Harvard Kennedy School.
A equipe criou um modelo quantitativo para analisar a evolução do custo dos sistemas de energia solar, que captura as contribuições dos recursos de tecnologia de hardware e de recursos de tecnologia leve.
A estrutura mostra que a tecnologia leve não melhorou muito ao longo do tempo — e que os recursos da tecnologia leve contribuíram ainda menos para as reduções de custos gerais do que o estimado anteriormente.
Suas descobertas indicam que, para reverter essa tendência e acelerar a queda de custos, os engenheiros poderiam considerar tornar os sistemas de energia solar menos dependentes da tecnologia leve para começar, ou poderiam resolver o problema diretamente, melhorando os processos de implantação ineficientes.
“Realmente entender onde estão as eficiências e ineficiências e como lidar com essas ineficiências é fundamental para apoiar a transição de energia limpa. Estamos fazendo grandes investimentos de dólares públicos nisso, e a tecnologia leve será absolutamente essencial para tornar esses fundos contar”, diz Trancik.
“No entanto”, acrescenta Klemun, “não temos pensado em design de tecnologia leve tão sistematicamente quanto pensamos em hardware. Isso precisa mudar.”
A dura verdade sobre os custos brandos
Os pesquisadores observaram que os chamados “custos leves” de construir uma usina de energia solar – os custos de projetar e instalar a usina – estão se tornando uma parcela muito maior dos custos totais. Na verdade, a parcela de custos intangíveis agora geralmente varia de 35 a 64 por cento.
“Queríamos examinar mais de perto de onde vinham esses custos indiretos e por que eles não diminuíam ao longo do tempo tão rapidamente quanto os custos de hardware”, diz Trancik.
No passado, os cientistas modelaram a mudança nos custos da energia solar dividindo os custos totais em componentes aditivos – componentes de hardware e componentes não-hardware – e depois rastreando como esses componentes mudaram ao longo do tempo.
“Mas se você realmente deseja entender de onde vêm essas taxas de mudança, precisa ir um nível mais fundo para observar os recursos da tecnologia. Então, as coisas se dividem de maneira diferente”, diz Trancik.
Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem quantitativa que modela a mudança nos custos de energia solar ao longo do tempo, atribuindo contribuições aos recursos de tecnologia individuais, incluindo recursos de hardware e recursos de tecnologia leve.
Por exemplo, sua estrutura capturaria quanto do declínio nos custos de instalação do sistema – um custo leve – é devido a práticas padronizadas de instaladores certificados – um recurso de tecnologia leve. Também capturaria como esse mesmo custo suave é afetado pelo aumento da eficiência do módulo fotovoltaico – um recurso de tecnologia de hardware.
Com essa abordagem, os pesquisadores viram que as melhorias no hardware tiveram os maiores impactos na redução dos custos indiretos dos sistemas de energia solar. Por exemplo, a eficiência dos módulos fotovoltaicos dobrou entre 1980 e 2017, reduzindo os custos gerais do sistema em 17%. Mas cerca de 40% desse declínio geral pode ser atribuído a reduções nos custos intangíveis vinculados à eficiência aprimorada do módulo.
A estrutura mostra que, enquanto os recursos de tecnologia de hardware tendem a melhorar muitos componentes de custo, os recursos de tecnologia leve afetam apenas alguns.
“Você pode ver essa diferença estrutural antes mesmo de coletar dados sobre como as tecnologias mudaram ao longo do tempo. É por isso que mapear a rede de dependências de custo de uma tecnologia é um primeiro passo útil para identificar alavancas de mudança, para energia solar fotovoltaica e para outras tecnologias como bem”, observa Klemun.
Tecnologia suave estática
Os pesquisadores usaram seu modelo para estudar vários países, já que os custos brandos podem variar amplamente em todo o mundo. Por exemplo, os custos brandos da energia solar na Alemanha são cerca de 50% menores do que nos EUA.
O fato de que as melhorias de tecnologia de hardware são frequentemente compartilhadas globalmente levou a quedas drásticas nos custos nas últimas décadas em todos os locais, mostrou a análise. As inovações de tecnologia leve normalmente não são compartilhadas além das fronteiras. Além disso, a equipe descobriu que os países com melhor desempenho em tecnologia leve há 20 anos ainda têm melhor desempenho hoje, enquanto aqueles com desempenho pior não tiveram muita melhora.
Essa diferença de país para país pode ser impulsionada por processos de regulamentação e permissão, fatores culturais ou pela dinâmica do mercado, como a forma como as empresas interagem umas com as outras, diz Trancik.
“Mas nem todas as variáveis de tecnologia leve são aquelas que você gostaria de mudar em uma direção de redução de custos, como salários mais baixos. Portanto, há outras considerações, além de apenas reduzir o custo da tecnologia, que precisamos pensar quando interpretando esses resultados”, diz ela.
Sua análise aponta para duas estratégias para reduzir os custos intangíveis. Por um lado, os cientistas poderiam se concentrar no desenvolvimento de melhorias de hardware que tornem os custos leves mais dependentes das variáveis de tecnologia de hardware e menos das variáveis de tecnologia leve, como a criação de equipamentos mais simples e padronizados que possam reduzir o tempo de instalação no local.
Ou os pesquisadores poderiam direcionar diretamente os recursos de tecnologia leve sem alterar o hardware, talvez criando fluxos de trabalho mais eficientes para a instalação do sistema ou plataformas de licenciamento automatizadas.
“Na prática, os engenheiros geralmente buscam ambas as abordagens, mas separar as duas em um modelo formal torna mais fácil direcionar os esforços de inovação, alavancando relações específicas entre características e custos da tecnologia”, diz Klemun.
“Muitas vezes, quando pensamos em processamento de informações, estamos deixando de fora processos que ainda acontecem de maneira muito pouco tecnológica por meio de pessoas se comunicando umas com as outras. Mas é tão importante pensar nisso como uma tecnologia quanto em projetar software sofisticado”, observa Trancik.
No futuro, ela e seus colaboradores querem aplicar seu modelo quantitativo para estudar os custos leves relacionados a outras tecnologias, como carregamento de veículos elétricos e fissão nuclear. Eles também estão interessados em entender melhor os limites da melhoria da tecnologia leve e como alguém pode projetar uma tecnologia leve melhor desde o início.
Esta pesquisa é financiada pelo Escritório de Tecnologias de Energia Solar do Departamento de Energia dos EUA.
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