Định luật Swanson nói rằng cứ mỗi lần tổng sản lượng tấm pin mặt trời từng sản xuất trên thế giới tăng gấp đôi, giá tấm pin giảm khoảng 20%. Nhờ nhịp đó, giá tấm pin quang điện tính theo mỗi oát đã giảm từ khoảng 100 USD giữa thập niên 1970 (quy theo giá đồng đô la gần đây) xuống dưới 0,3 USD vào đầu thập niên 2020, tức rẻ đi hàng trăm lần. Tên gọi lấy theo Richard Swanson, người sáng lập hãng SunPower, và được tạp chí The Economist phổ biến năm 2012.
Đo theo sản lượng cộng dồn, không theo năm
Khác với định luật Moore tính theo thời gian ("mỗi hai năm"), định luật Swanson tính theo sản lượng cộng dồn: tổng số tấm pin cả thế giới đã làm ra từ trước tới nay. Ý tưởng nằm ở chỗ ngành công nghiệp rẻ đi nhờ làm nhiều. Mỗi lần sản lượng tích luỹ gấp đôi, người ta lại học thêm cách cắt wafer mỏng hơn, bớt hao vật liệu, chạy dây chuyền nhanh hơn.
Đây là một trường hợp của đường cong kinh nghiệm, mà Theodore Wright mô tả lần đầu năm 1936 khi đo giờ công làm máy bay. Điểm khác là pin mặt trời giữ được nhịp giảm này rất đều trong gần năm mươi năm, ít ngành nào làm được.
Hệ quả quan trọng: nếu thị trường tăng nhanh thì giá giảm nhanh theo thời gian; thị trường chững lại thì giá cũng giảm chậm. Thời gian chỉ là biến gián tiếp.
Bảng mốc: giá tấm pin mỗi oát
Số liệu làm tròn, tổng hợp từ các chuỗi số liệu được trích rộng rãi (Cơ quan Năng lượng Tái tạo Quốc tế IRENA, Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley, các bảng tổng hợp của Our World in Data). Giá đã quy về sức mua của đồng đô la gần đây, chỉ để thấy độ dốc.
| Thời điểm | Giá tấm pin (khoảng, USD mỗi oát) | Ghi chú |
|---|---|---|
| 1976 | khoảng 100 | Chủ yếu dùng cho vệ tinh, trạm ở nơi xa lưới điện |
| 1990 | khoảng 10 | Máy tính bỏ túi, đèn biển, trạm thời tiết |
| 2008 | khoảng 4 | Giá polysilicon tăng vọt rồi lao dốc |
| 2012 | dưới 1 | Sản xuất quy mô lớn ở Trung Quốc |
| 2020 | khoảng 0,2–0,4 | Tấm pin chỉ còn là một phần nhỏ giá cả hệ thống |
| 2023–2024 | khoảng 0,1–0,2 (giá bán buôn) | Dư cung, giá xuống thấp kỷ lục |
Lưu ý: đây là giá tấm pin bán buôn, không phải giá lắp một hệ thống trên mái nhà. Giá lắp đặt còn gồm bộ biến tần, khung, dây, nhân công, giấy phép và phụ thuộc từng thị trường.
Tự tính: 20% mỗi lần gấp đôi là bao nhiêu
Giảm 20% nghĩa là còn lại 80%, tức nhân với 0,8. Ta xem giá còn bao nhiêu sau nhiều lần sản lượng cộng dồn gấp đôi:
| Số lần gấp đôi sản lượng | Sản lượng tích luỹ gấp | Giá còn lại |
|---|---|---|
| 1 | 2 lần | 80% |
| 3 | 8 lần | khoảng 51% |
| 5 | 32 lần | khoảng 33% |
| 10 | khoảng 1.000 lần | khoảng 11% |
| 20 | khoảng 1 triệu lần | khoảng 1,2% |
Cách tính: 0,8 mũ 10 ≈ 0,107. Tức là cả thế giới làm ra nhiều gấp một nghìn lần thì giá còn khoảng một phần chín. Làm nhiều gấp một triệu lần thì giá còn khoảng một phần tám mươi.
Tổng công suất điện mặt trời lắp đặt trên thế giới vượt mốc 1 terawatt (một nghìn gigawatt) vào khoảng năm 2022, trong khi giữa thập niên 1970 cả thế giới mới chỉ làm ra cỡ một vài megawatt. Từ khoảng hai megawatt lên một triệu megawatt là gấp khoảng 500 nghìn lần, tức chừng mười chín lần gấp đôi. Theo phép tính trên, giá phải còn khoảng 1,5% mức cũ, tức từ 100 USD xuống chừng 1,5 USD mỗi oát. Thực tế còn rẻ hơn thế vài lần. Nghĩa là nhịp học hỏi thật của ngành này trung bình cao hơn 20%; nhiều nghiên cứu ước tính khoảng 20–25% tuỳ giai đoạn và cách chọn số liệu.
Giá giảm nhờ những gì
Không có một phát minh thần kỳ nào. Giá giảm nhờ hàng nghìn cải tiến nhỏ cộng lại:
- Wafer mỏng hơn: tấm silicon từ vài trăm micromet giảm dần xuống còn khoảng 150 micromet hoặc mỏng hơn, đỡ tốn vật liệu đắt nhất.
- Cưa bằng dây kim cương: thay dây cưa kiểu cũ, bớt phần silicon bị cưa thành bụi.
- Silicon tinh khiết rẻ hơn: nhà máy polysilicon khổng lồ, công nghệ tinh chế tiết kiệm điện hơn.
- Tế bào hiệu suất cao hơn: các kiểu tế bào như PERC, rồi TOPCon, cho nhiều oát hơn trên cùng một diện tích kính và khung.
- Quy mô: các nhà máy làm hàng chục gigawatt mỗi năm. Tính tới đầu thập niên 2020, phần lớn khâu sản xuất tấm pin trên thế giới, khoảng trên 80% ở nhiều công đoạn, tập trung ở Trung Quốc.
Hiệu suất: tăng chậm hơn giá nhiều
Tế bào quang điện silicon thực dụng đầu tiên được Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson ở phòng thí nghiệm Bell làm ra năm 1954, hiệu suất khoảng 6%. Năm 1958, vệ tinh Vanguard 1 mang pin mặt trời lên quỹ đạo. Tấm pin thương mại ngày nay đạt khoảng 20–23%.
Từ 6% lên 22% chỉ gấp chưa tới bốn lần trong bảy mươi năm. Trong khi giá giảm hàng trăm lần. Có giới hạn lý thuyết chặn hiệu suất: với tế bào một lớp tiếp giáp, giới hạn Shockley–Queisser vào khoảng 33%, còn silicon thực tế chỉ vào khoảng 29%. Các tế bào ghép nhiều lớp (như perovskite chồng lên silicon) trong phòng thí nghiệm đã vượt 33%. Bài học: đường cong giá đi nhanh hơn đường cong hiệu suất rất nhiều, vì giá phụ thuộc cả nghìn yếu tố sản xuất, còn hiệu suất bị vật lý giới hạn.
Đường cong không trơn: những khúc gồ ghề
Nhìn trên đồ thị nhiều chục năm, đường Swanson khá thẳng. Nhìn gần thì có những đoạn đi ngang, thậm chí đi lên:
- 2004–2008: nhu cầu ở Đức và Tây Ban Nha tăng vọt nhờ chính sách giá mua điện ưu đãi, nhà máy polysilicon không kịp mở rộng. Giá silicon tăng gấp nhiều lần, giá tấm pin đứng lại vài năm.
- 2009–2012: công suất mới tràn ra, giá lao dốc nhanh hơn đường xu hướng. Nhiều hãng sản xuất phá sản.
- 2021–2022: chuỗi cung ứng gián đoạn, giá vật liệu và vận chuyển tăng, giá tấm pin nhích lên lần đầu sau nhiều năm, rồi lại giảm mạnh trong 2023.
Đây là điểm quan trọng khi đọc bất kỳ "định luật" công nghệ nào: nó mô tả xu hướng dài hạn, không nói được giá năm sau. Người tính chuyện mua bán theo đường cong này dễ bị bất ngờ.
Việt Nam trên đường cong
Việt Nam là ví dụ rõ về chuyện giá tấm pin rẻ đi biến một công nghệ đắt thành phổ biến. Năm 2017, cơ chế giá mua điện mặt trời ưu đãi ra đời. Giai đoạn 2019–2020, điện mặt trời trang trại và mái nhà nở rộ; tới cuối năm 2020, tổng công suất điện mặt trời cả nước vào khoảng 16 gigawatt, theo các số liệu được ngành điện công bố. Chỉ vài năm trước đó con số này gần như bằng không.
Đi kèm là những vấn đề mới: lưới truyền tải chưa theo kịp, nhiều nơi phải cắt giảm công suất phát vào giờ nắng gắt. Giá tấm pin rẻ đi theo đường cong Swanson, còn lưới điện, kho lưu trữ, quy hoạch thì không tự rẻ đi theo.
Góc nhìn hôm nay
Định luật Swanson nhắc một điều tưởng ngược đời: thứ làm cho công nghệ rẻ là chính việc dùng nó. Pin mặt trời từng chỉ hợp cho vệ tinh. Chính những đơn hàng nhỏ đầu tiên cho đèn biển, trạm khí tượng, máy tính bỏ túi đã nuôi ngành này đi qua giai đoạn đắt đỏ.
Muốn tự thấy đường cong, có thể vẽ bảng giá trên lên giấy kẻ có cả hai trục là thang logarit: trục ngang là sản lượng cộng dồn, trục đứng là giá. Các chấm sẽ xếp gần thành một đường thẳng dốc xuống. Độ dốc của nó chính là "tỉ lệ học hỏi" khoảng 20%. Các báo cáo thường niên của IRENA về chi phí điện tái tạo là nơi tra số liệu cập nhật.
Câu hỏi thường gặp
Định luật Swanson là gì?
Là quan sát rằng giá tấm pin mặt trời giảm khoảng 20% mỗi khi tổng sản lượng tích luỹ trên thế giới tăng gấp đôi. Tên gọi lấy theo Richard Swanson, người sáng lập hãng SunPower, và được tạp chí The Economist phổ biến năm 2012.
Giá pin mặt trời đã giảm bao nhiêu?
Giá tấm pin bán buôn mỗi oát đã giảm từ khoảng 100 USD năm 1976 (quy theo giá đô la gần đây) xuống khoảng 0,1–0,3 USD vào đầu thập niên 2020. Đó là mức rẻ đi hàng trăm lần.
Định luật Swanson khác định luật Moore thế nào?
Định luật Moore tính theo thời gian: số bóng bán dẫn gấp đôi mỗi hai năm. Định luật Swanson tính theo sản lượng cộng dồn: mỗi lần làm ra nhiều gấp đôi thì giá giảm 20%. Thị trường chậm lại thì giá pin cũng giảm chậm lại.
Hiệu suất pin mặt trời hiện nay là bao nhiêu?
Tấm pin silicon thương mại phổ biến đạt khoảng 20–23%. Giới hạn lý thuyết cho tế bào một lớp tiếp giáp vào khoảng 33%; tế bào ghép nhiều lớp trong phòng thí nghiệm đã vượt mức này.
Pin mặt trời có tiếp tục rẻ đi mãi không?
Không ai bảo đảm được. Xu hướng dài hạn đã giữ gần năm mươi năm, nhưng có những giai đoạn giá đi ngang hoặc tăng do thiếu nguyên liệu, chuỗi cung ứng gián đoạn. Định luật chỉ mô tả xu hướng, không dự báo giá một năm cụ thể.
