Marktgröße und Prognose für Solar-Photovoltaik (PV) nach Produkt (Dünnschicht, Multi-Si, Mono-Si); Endverwendung (Privathaushalte, Gewerbe, Energieversorger); Einsatz; Netz – Wachstumstrends, Hauptakteure, regionale Analyse 2026–2035

Vergleichende Analyse der Fertigungskapazität von PV-Komponenten:

Eine Top-Down-Analyse der Polysiliziumproduktion

Hochreines Polysilizium wird typischerweise durch Raffination von metallurgischem Silizium gewonnen, das zur Herstellung von Solarzellen, Silikonen, Halbleitern und Aluminiumlegierungen verwendet wird. Um die Versorgung und Reinheit zu gewährleisten, integrieren MGS-Lieferanten häufig ihre Wertschöpfungskette und besitzen einen bedeutenden Anteil der Quarzminen. Die MSG-Verarbeitung ist zudem in der Regel energieintensiv, weshalb die Produktion an Standorten mit reichlich und kostengünstiger Energieversorgung wie Malaysia, Norwegen, den USA und der chinesischen Region Xinjiang unerlässlich ist. Derzeit dominiert China diesen Markt mit über 70 % der weltweiten MGS-Produktionskapazität. Zehn chinesische Unternehmen decken 35 % der inländischen Kapazität ab, wobei die fünf größten Unternehmen etwa 25 % halten.

Wichtigste MGS-Produktionsstandorte und Produktionskapazität (Tausend Tonnen)

Quelle: US-Energieministerium

MGS-Produktion in Nordamerika durch die führenden Anbieter (2022)

Hauptanwendungsgebiet von Polysilizium ist die Photovoltaik (80 % der Nachfrage), gefolgt von Halbleitern und Unterhaltungselektronik. Obwohl verschiedene Polysilizium-Herstellungsverfahren existieren, dominieren zwei Ansätze den Markt. Das Wirbelschichtverfahren (FBR) erreicht einen Marktanteil von 3–5 %, während das chemische Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) von Siemens 90 % ausmacht. Beim Siemens-Verfahren wird eine Silan-Vorstufe oder gasförmiges Trichlorsilan (TCS) über erhitzte Siliziumdrähte geleitet. Die gewonnenen Verbindungen werden anschließend zu Polysilizium weiterverarbeitet. Nahezu die gesamte Polysilizium-Produktion konzentriert sich auf zehn Länder, wobei China 72 % der globalen Produktionskapazität ausmacht.

Die Verfügbarkeit wichtiger Zulieferer in China ist maßgeblich für die Bestimmung der Komponentenkosten, einschließlich Polysilizium. Laut EIA haben sich die Polysiliziumpreise von 6,27 USD/kg im Juni 2020 auf 28,46 USD/kg im Juni 2021 verdreifacht. Dies ist auf ein Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage aufgrund des Ausbaus der Wafer- und Zellfertigungskapazitäten zurückzuführen. Da Polysilizium zu einem kritischen Engpass geworden ist, haben nachgelagerte Unternehmen wie Zell- und Waferhersteller strategisch Polysiliziumvorräte angelegt, um die erwartete Nachfrage zu decken, die maßgeblich durch den Ausbau von Solaranlagen im industriellen Maßstab in China getrieben wird. Basierend auf angekündigten Projekten wird erwartet, dass sich die Polysilizium-Produktionskapazität in den nächsten Jahren verdoppeln wird. Einige der neu errichteten Anlagen verfügen über Produktionskapazitäten von 30.000 bis 70.000 Tonnen pro Jahr, und es gibt Pläne für den Bau von Anlagen mit Kapazitäten von mehr als 100.000 Tonnen.

Chinesische Unternehmen haben sich intensiv darum bemüht, die Polysiliziumpreise zu senken, indem sie Produktionsstätten errichten und in Regionen mit günstigen Land-, Strom- und Lohnkosten fertigen. In den westlichen Provinzen, darunter Innere Mongolei, Qinghai, Sichuan und insbesondere Xinjiang, ist ein erheblicher Ausbau zu verzeichnen. Dort werden derzeit 54 % der chinesischen und 39 % der globalen Produktion hergestellt. Basierend auf laufenden Projekten bis 2022 wird die geschätzte Gesamtproduktion von Solar-PV-Komponenten in China im Folgenden aufgeführt.

Chinas niedrige Lohnkosten und die konzentrierte Lieferkette für kristalline Silizium-Photovoltaik (c-Si) stellen eine Markteintrittsbarriere für andere Anbieter dar. In den USA betragen die Lohnkosten 22 % der Herstellungskosten, verglichen mit 8 % in China. Bei den Wafern machen sie in den USA 36 % der Herstellungskosten aus, gegenüber 23 % in China, und bei den Zellen 33 % der Herstellungskosten, verglichen mit 8 % in China.

c-Si- und CdTe-Produktion und Welthandel:

Mehr als 75 % der 2020 in die USA importierten c-Si- und CdTe-Module stammten aus nur drei südostasiatischen Ländern – Vietnam, Malaysia und Thailand –, der Rest aus Südkorea. Diese südostasiatischen Länder sind stark von einer vorgelagerten chinesischen Lieferkette abhängig. Die USA verfügten 2020 nur über begrenzte Produktionskapazitäten für Silizium-Solarzellen. Die nachfolgende vorgelagerte Fertigung in den USA gewann jedoch an Bedeutung und erwies sich als entscheidend für die stark steigende Solarnachfrage des Landes. Laut SEIA wurden 2019 Installationen mit einer Leistung von 8,6 GW abgeschlossen, was einem Wachstum von 21 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

Quelle: NREL-Update von (Smith et al. 2021)

Aufgrund von Lücken in der globalen PV-Lieferkette, wie hohen Investitions- und Lohnkosten, werden nahezu alle c-Si-Rohstoffe und -Komponenten aus südostasiatischen Ländern in westliche Länder importiert. Diese Importkosten erhöhen die gesamten Herstellungskosten um rund 11 %. Ein Ausbau der heimischen PV-Lieferkette würde diese Kosten deutlich senken. Durch Automatisierung in den Wafer- und Ingot-Montagelinien lassen sich die Kostenunterschiede verringern. Im Februar 2024 kündigte First Solar an, 10 Milliarden US-Dollar in CdTe-Dünnschichttechnologie in den USA zu investieren. Rückblickend auf das Jahr 2023 ergaben sich zusätzliche 2,75 Milliarden US-Dollar Wertsteigerung der Modulproduktionskapazität, 900 Millionen US-Dollar wirtschaftlicher Wert und 2 Milliarden US-Dollar Produktionssteigerung.

Barren und Wafer

Zehn chinesische Unternehmen produzierten 2020 98 % aller Solarwafer weltweit, wobei drei Unternehmen – LONGi, GCL und Zhonghuan – 71 % der Produktionskapazität ausmachten. Von 2016 bis 2020 steigerten diese Unternehmen ihre Gesamtkapazität von 29 GWdc (29 % der globalen Kapazität) auf 173 GWdc (58 % der globalen Kapazität). Parallel dazu wuchs der Marktanteil monokristalliner PV-Module rasant.

Darüber hinaus wurden sieben chinesische Provinzen mit einer Waferproduktionskapazität von 10 GWdc ausgezeichnet. Besonders hervorzuheben ist Jiangsu nördlich von Shanghai, das 28 % der gesamten chinesischen Waferkapazität ausmachte, während Ostasien außerhalb Chinas 10 GWdc zur globalen Waferkapazität beitrug. Das chinesische Unternehmen Jinko Solar kündigte Pläne zum Bau einer Wafer- und Ingot-Anlage mit einer Kapazität von 7 GWdc in Vietnam an. Dies soll die Zellproduktion in Malaysia und die Modulmontage in den USA optimieren. Das Unternehmen gab an, das Projekt 2020 initiiert zu haben, um die US-Handelsbeschränkungen für Importmaterialien zu umgehen. Diese strategische Expansion unterstreicht die Bemühungen des Unternehmens, eine robuste Lieferkette aufzubauen und sich gleichzeitig an die sich verändernde Handelsdynamik anzupassen.

Modul und Zellen

Seit der Einführung neuer Steuervergünstigungen für die Fertigungsindustrie hat es einen signifikanten Investitionszufluss gegeben, um die gesamte Lieferkette für Solarmodule – von Rohblöcken über Module und Wafer bis hin zu Solarzellen – aufzubauen und zu erweitern. Vor Inkrafttreten der staatlichen Förderprogramme für die Fertigungsindustrie betrug die Polysilizium-Produktionskapazität rund 16,6 GW bzw. 41.500 Tonnen pro Jahr und die Modulkapazität 7 GW pro Jahr. Die Zellfertigung wurde erstmals seit 2019 wieder ins Inland verlagert, und es wird erwartet, dass bis Ende 2025 zusätzliche Zellkapazitäten in Betrieb gehen. Bislang ist die Modulproduktion rasant gestiegen – von 7 GW vor den staatlichen Steuervergünstigungen auf 44,4 GW im Dezember 2024, was einem Anstieg von über 500 % entspricht.

Die gesamte US-amerikanische Modullieferkette, einschließlich bestehender, im Bau befindlicher und angekündigter Projekte, erreichte einen geschätzten Wert von 81,6 GW. Der Aufbau einer PV-Modullieferkette ist aufgrund von Konformitätsfristen, Genehmigungen, Bau und Inbetriebnahme ein langwieriger Prozess. Je höher die Stufe in der Lieferkette, desto länger die Bauzeit. Es wird erwartet, dass der Ausbau neuer Produktionsstätten in den nächsten Jahren anhält.

Indien war 2022 das einzige Land, das einen deutlichen Rückgang der Importe aus China verzeichnete, was einem Minus von 76 % bzw. 7,5 GW gegenüber dem Vorjahr entspricht. Insgesamt sank die Leistung im ersten Halbjahr 2022 von 2,3 GW auf 9,8 GW. Strenge staatliche Regulierungen, darunter die Einführung von Zöllen, führten zudem zu einer Verlagerung von Importen hin zur Nutzung der heimischen Produktionskapazitäten. Seitdem hat Indien seine lokale Produktionskapazität für Solarmodule deutlich ausgebaut und sich im globalen Export von Solarmodulen und -panelen einen Namen gemacht.

Trotz der anhaltenden Bemühungen, die Abhängigkeit von China bei Komponentenlieferungen zu verringern, stiegen Chinas Solarmodulexporte im ersten Halbjahr 2023 sprunghaft um 34 % an. Dies ist entscheidend, um den hohen Energiebedarf in Europa und Südafrika zu decken. Der zunehmende Fokus auf die Energiewende hat die Abhängigkeit von Chinas Solarexporten weiter verstärkt. Von den 90,4 % des Exportvolumens entfielen 58 % auf Europa, gefolgt von Brasilien, das im ersten Halbjahr 2023 9,5 GW an in China hergestellten Solarmodulen abnahm. Afrika dürfte mit einer Importwachstumsrate von 187 % das schnellste Wachstum verzeichnen, da die Regierungen nach Wegen suchen, die sich verschärfende Energiekrise abzumildern, während China die bestehende Angebotslücke massiv ausnutzt.

Chinas Solarexporte im ersten Halbjahr 2023, Anteil (%) in US-Dollar

Quelle: Ember Energy

Das exponentielle Wachstum des Photovoltaik-Marktes wirkt sich positiv auf den globalen Halbleitermarkt aus. Im Jahr 2022 belegten Photovoltaik-Bauelemente mit einem Handelsvolumen von 87,7 Milliarden US-Dollar den 33. Platz der weltweit meistgehandelten Produkte. Zwischen 2021 und 2022 wuchs der Markt für Photovoltaik-/lichtempfindliche/LED-Halbleiter um 21,9 % von 72 Milliarden US-Dollar auf 87,7 Milliarden US-Dollar, was einem Anteil von 0,37 % am gesamten Welthandel entspricht.

Jährliches Wachstum des Welthandels mit Photovoltaik- und LED-Halbleiterbauelementen

Quelle: OEC

Welthandel mit Photovoltaik-/LED-Halbleiterbauelementen

Quelle: OEC

Lebensende von Photovoltaikanlagen (EOL)

Der zunehmende Fokus auf die Dekarbonisierung der Stromnetze hat weltweit zu einem proportionalen Ausbau der Solarenergieerzeugung und -speicherkapazitäten geführt. Zum Vergleich: Um die Dekarbonisierungsziele zu erreichen, müssen die USA von 2025 bis 2030 jährlich 30 GWac an Solarenergie installieren. Im Jahr 2021 wurden 19 GW Solarkapazität installiert, womit die kumulierte Kapazität in den USA 100 GW erreicht hat. Dies deutet darauf hin, dass die Installation neuer Systeme in den kommenden Jahren voraussichtlich rasant zunehmen wird.

Die Lebensdauer einer Photovoltaikanlage beträgt zwar etwa 25–35 Jahre, doch einige Systemkomponenten, darunter Module, landen bereits im Abfall. Darüber hinaus erreichen Module aufgrund von Witterungsschäden, Produktionsfehlern oder Installationsfehlern ihr Lebensende. Bis Ende 2050 werden in den USA jährlich bis zu 12 % des gesamten kommunalen Elektronikschrotts anfallen. 99 % der Materialien von Photovoltaikmodulen sind ungefährlich und 95 % mit den verfügbaren Technologien vollständig recycelbar. Dies bildet eine solide Grundlage für umweltschonende und sichere Entsorgungsmethoden. Derzeit sind die Entsorgungsprozesse jedoch recyclingungünstig. Die Recyclingkosten für Photovoltaikmodule liegen für Abfallerzeuger bei 15–45 US-Dollar pro Modul und sind damit deutlich höher als die Deponiegebühr von 1–5 US-Dollar pro Modul. Dies dürfte wiederum Auswirkungen auf die Richtlinien von Bund und Ländern zur Abfallbehandlung haben.

Quelle: IRENA

Abdeckung des Aktionsplans

Im Juni 2021 veröffentlichte das Solar Energy Technologies Office (SETO) eine Informationsanfrage (RFI), um Feedback von Akteuren der Photovoltaik-Abfallwirtschaft zu zentralen Herausforderungen bei der Entsorgung von Altgeräten einzuholen. Die eingegangenen Antworten, Experteninterviews und Literaturrecherchen dienten der Identifizierung potenzieller Forschungsbereiche zur Optimierung der Entsorgungsprozesse von Photovoltaik-Altgeräten. Die Antworten betonten die Bedeutung von Richtlinien für die Entsorgung von Altgeräten und die Entwicklung von Trenntechnologien zur Verbesserung der Materialrückgewinnung.

Unter Einbeziehung der Interessengruppen in die vorherrschenden Herausforderungen bei der Hardwareentwicklung, der Datenerfassung und -analyse sowie der Identifizierung der Rolle des Energieministeriums im EOL-Management hat SETO im Jahr 2021 einen Fünfjahres-Aktionsplan auf den Markt gebracht.

Der mehrjährige Programmplan 2021 wurde auf Grundlage des PV-EOL-Workshops 2021 und des Feedbacks aus der RFI erstellt. Er konzentriert sich auf die folgenden Faktoren, die eine Kreislaufwirtschaft ermöglichen:

• Datenerfassung und -analyse: Basierend auf modellierten Abfallmengen und -behandlungen wird der Bedarf an realistischen Sammel-, Sortier-, Transport- und Materialrückgewinnungsmethoden deutlich. SETO plant, bis Ende 2025 eine eigenständige Datenbank mit Daten zu ausgemusterten Photovoltaikanlagen (PV) im Umfang von 10 MW aufzubauen und umfassende Datenstandards zu implementieren. Darüber hinaus werden nicht vertrauliche Daten der Abfallwirtschaft, der Solarbranche und politischen Entscheidungsträgern öffentlich zugänglich gemacht.
• Hardwareentwicklung und Prozessforschung: SETO legt Wert auf die Verbesserung der Rohstoff- und Energieeffizienz, um den Ressourcenaufwand für die Aufbereitung von Altmaterialien zu minimieren und die Lebensdauer von Komponenten zu verlängern. SETO empfiehlt, Stahl, Kupfer und Aluminium am Ende ihrer Lebensdauer auf dem Schrottmarkt zu verkaufen. Die Rückgewinnung von Silber aus der Metallisierung sowie die Trennung von Polymeren und Verbundwerkstoffen, einschließlich Rückseitenfolien, stellen jedoch Herausforderungen bei der Materialrückgewinnung dar. Forschung zur Steigerung der Rückgewinnungsrate bei gleichzeitiger Minimierung der Rückgewinnungskosten soll die Wirtschaftlichkeit des Solar-PV-Recyclings verbessern.