Tamaño y pronóstico del mercado de energía solar fotovoltaica (PV), por producto (película fina, multisilicio, monosilicio); uso final (residencial, comercial, servicios públicos); implementación; red eléctrica: tendencias de crecimiento, actores clave y análisis regional 2026-2035

Análisis comparativo de la capacidad de fabricación de componentes fotovoltaicos:

Un análisis de arriba hacia abajo de la producción de polisilicio

El polisilicio de alta pureza se obtiene típicamente refinando silicio de grado metalúrgico, que se utiliza para fabricar obleas solares, siliconas, semiconductores y aleaciones de aluminio. Para garantizar el suministro y los niveles de pureza, los proveedores de GMS suelen integrarse hacia atrás y poseen una parte significativa de las minas de cuarzo. Además, el procesamiento del GMS suele consumir mucha energía, lo que obliga a su producción en lugares con fuentes de electricidad abundantes y asequibles, como Malasia, Noruega, Estados Unidos y la región china de Xinjiang. Actualmente, China domina ese mercado con más del 70% de la capacidad mundial de producción de GMS, y diez empresas chinas representan el 35% de la capacidad nacional, mientras que las cinco principales poseen aproximadamente el 25%.

Principales ubicaciones de fabricación de MGS y capacidad de producción (miles de toneladas métricas)

Fuente: Departamento de Energía de EE. UU.

Producción de MGS en América del Norte por principales contendientes (2022)

El principal uso del polisilicio es la energía fotovoltaica (que representa el 80% de la demanda), seguido de los semiconductores y la electrónica de consumo. Si bien existen diversas técnicas de producción de polisilicio, dos enfoques generales se atribuyen a las mayores cuotas de mercado. El método de reactor de lecho fluidizado (FBR) representa entre el 3% y el 5% de la cuota de mercado, y el método de deposición química en fase de vapor (CVV) de Siemens, el 90%. El proceso de Siemens implica el paso de un precursor de silano o triclorosilano gaseoso (TCS) sobre filamentos de silicio calentados. Los compuestos recuperados se procesan posteriormente para sintetizar el polisilicio. Prácticamente toda la capacidad de fabricación de polisilicio se concentra en 10 países, y China concentra el 72% de la capacidad mundial.

La presencia de proveedores clave en China es fundamental para determinar los costos de los componentes, incluido el polisilicio. Según la EIA, los precios del polisilicio se triplicaron, pasando de USD 6,27/kg en junio de 2020 a USD 28,46/kg en junio de 2021. Esto se atribuye a un desequilibrio entre la oferta y la demanda debido a la expansión de la capacidad de fabricación de obleas y celdas. Dado que el polisilicio se está convirtiendo en un cuello de botella crítico, las entidades downstream, como los productores de celdas y obleas, han estado acumulando estratégicamente suministros de polisilicio para satisfacer la demanda prevista, impulsada en gran medida por la proliferación de implementaciones a gran escala en China. Según los proyectos anunciados, se espera que la fabricación de polisilicio duplique su capacidad en los próximos años. Algunas de las nuevas plantas construidas tienen capacidades de fabricación de 30.000 a 70.000 toneladas métricas al año, y se prevén planes para construir instalaciones con capacidades superiores a las 100.000 toneladas métricas.

Las empresas chinas se han esforzado por reducir los precios del polisilicio estableciendo plantas de fabricación y fabricando en zonas con terrenos, electricidad y mano de obra asequibles. Las provincias occidentales, como Mongolia Interior, Qinghai, Sichuan y, especialmente, Xinjiang, presentan un desarrollo considerable. Actualmente, esta provincia concentra el 54% y el 39% de la producción mundial de China. A continuación, se presenta una estimación del rendimiento total de componentes solares fotovoltaicos en China, basándose en proyectos activos hasta 2022.

Los bajos costos laborales de China y la cadena de suministro concentrada de silicio cristalino fotovoltaico han supuesto una barrera de entrada para otros actores. En EE. UU., el gasto laboral representa el 22 % de los costos de fabricación, frente al 8 % en China; el 36 % de los costos de fabricación de obleas en EE. UU., frente al 23 % en China; y el 33 % de los costos de fabricación de células en EE. UU., frente al 8 % en China.

Producción y comercio global de c-Si y CdTe:

Más del 75% de los módulos de silicio cristalino y cadmio (CdTe) importados por EE. UU. en 2020 provinieron de tan solo tres países del Sudeste Asiático: Vietnam, Malasia y Tailandia, y el resto de Corea del Sur. Estos países dependen en gran medida de la cadena de suministro china. En 2020, EE. UU. contaba con una capacidad operativa limitada de células solares de silicio. Sin embargo, la posterior fabricación en EE. UU. cobró impulso y resultó crucial para la creciente demanda solar del país. Según la SEIA, en 2019 se completaron instalaciones por valor de 8,6 GW, lo que representa un crecimiento interanual del 21%.

Fuente: Actualización del NREL (Smith et al., 2021)

Debido a deficiencias en la cadena de suministro fotovoltaica global, como los elevados gastos de capital y los costes laborales, prácticamente todas las materias primas y componentes de silicio cristalino se importan a países occidentales desde países del sudeste asiático. Estos costes de importación añaden alrededor del 11 % a los gastos totales de fabricación. Un refuerzo de la cadena de suministro fotovoltaica nacional reduciría significativamente estos costes. Existen vías para reducir la diferencia de coste mediante la automatización de las líneas de montaje de obleas y lingotes. En febrero de 2024, First Solar anunció sus planes de invertir 10 000 millones de dólares en películas finas de CdTe en Estados Unidos. Las cifras retrospectivas de 2023 añadieron 2 750 millones de dólares a la capacidad de producción de módulos, 900 millones de dólares al valor económico y 2 000 millones de dólares a la producción.

Lingotes y obleas

Diez empresas chinas fabricaron el 98% del total de obleas solares en 2020, de las cuales tres empresas (LONGi, GCL y Zhonghuan) acapararon el 71% de la capacidad producida. Entre 2016 y 2020, las empresas mencionadas aumentaron su capacidad conjunta de 29 GWdc (29% de la capacidad mundial) a 173 GWdc (58% de la capacidad mundial). Esta tendencia fue seguida por un rápido crecimiento de la cuota de mercado de los módulos fotovoltaicos monocristalinos.

Además, a siete provincias chinas se les atribuyeron 10 GWdc de capacidad de producción de obleas. Cabe destacar que Jiangsu, ubicada al norte de Shanghái, representó el 28% de la capacidad total de obleas de China, mientras que fuera de China, Asia Oriental contribuye con 10 GWdc de la capacidad mundial de obleas. Jinko Solar, con sede en China, anunció sus planes de construir una planta de obleas y lingotes de 7 GWdc en Vietnam. Esto tiene como objetivo agilizar las operaciones de producción de células en Malasia y el ensamblaje de módulos en EE. UU. La compañía declaró que el proyecto se inició en 2020 para eludir las restricciones comerciales de EE. UU. sobre los materiales de importación. Esta expansión estratégica subraya los esfuerzos de la compañía por construir una cadena de suministro sólida mientras navega por la dinámica comercial cambiante.

Módulo y celdas

Desde la implementación de los nuevos créditos fiscales a la fabricación, se ha producido una importante afluencia de inversiones para construir y ampliar toda la cadena de suministro de módulos solares, incluyendo lingotes, módulos, obleas y celdas. Antes de la promulgación de los incentivos federales a la fabricación, existía una capacidad de producción de polisilicio de aproximadamente 16,6 GW (41 500 toneladas métricas anuales) y de módulos de 7 GW anuales. La fabricación de celdas se trasladó a tierra por primera vez desde 2019, y se prevé que se incorpore capacidad adicional de celdas para finales de 2025. Hasta la fecha, la producción de módulos ha experimentado un marcado crecimiento, pasando de 7 GW antes de los créditos fiscales a 44,4 GW en diciembre de 2024, lo que supone un aumento de más del 500 %.

La cadena de suministro total de módulos en EE. UU., incluyendo proyectos operativos, en construcción y anunciados, alcanzó un valor estimado de 81,6 GW. El establecimiento de la cadena de suministro de módulos fotovoltaicos es un proceso lento debido a los plazos de conformidad, los permisos, la construcción y la puesta en servicio. Cuanto más alto se escalona la cadena de suministro, mayor es el tiempo de construcción. Se prevé que las nuevas ampliaciones de fábricas continúen durante los próximos años.

En 2022, India fue el único país que experimentó una caída significativa de las importaciones procedentes de China, lo que contribuyó a una caída interanual del 76% o -7,5 GW. En el primer semestre de 2022, se observó una caída total de 9,8 GW, frente a los 2,3 GW registrados anteriormente. Además, las estrictas regulaciones gubernamentales, incluida la imposición de aranceles, provocaron un cambio en la utilización de la capacidad de fabricación nacional, en detrimento de las importaciones. La capacidad de producción local de módulos solares de India ha aumentado desde entonces, estableciendo un referente en la exportación mundial de módulos y paneles solares.

A pesar de los continuos esfuerzos por reducir la dependencia de China en el suministro de componentes, las exportaciones chinas de paneles solares se dispararon un 34% en el primer semestre de 2023. Esto es fundamental para satisfacer la alta demanda energética en Europa y Sudáfrica. El creciente interés en la transición hacia energías limpias ha incrementado aún más la dependencia de las exportaciones solares chinas. Del 90,4% del volumen de exportación, Europa se convirtió en el mayor importador (58%), seguido de Brasil, que recibió 9,5 GW de paneles solares fabricados en China en el primer semestre de 2023. Se proyecta que África experimentará la tasa de crecimiento de las importaciones más rápida, del 187%, ya que el gobierno busca maneras de mitigar la creciente crisis energética, mientras que China está aprovechando al máximo la brecha existente entre la oferta y la demanda.

Exportaciones solares de China en el primer semestre de 2023, participación (%) en términos de valor en dólares

Fuente: Ember Energy

El crecimiento exponencial del mercado de la energía solar fotovoltaica está influyendo positivamente en el mercado mundial de semiconductores. En 2022, los dispositivos ocuparon el puesto 33 entre los productos más comercializados del mundo, con un volumen total de 87.700 millones de dólares. Entre 2021 y 2022, los semiconductores fotovoltaicos/fotosensibles/LED crecieron un 21,9 %, pasando de 72.000 millones de dólares a 87.700 millones de dólares, lo que representa el 0,37 % del comercio mundial total.

Crecimiento anual del comercio mundial de dispositivos semiconductores LED y fotovoltaicos

Fuente: OEC

Comercio mundial de dispositivos semiconductores fotovoltaicos/LED

Fuente: OEC

Fin de vida útil (EOL) de la energía fotovoltaica

El creciente interés en la descarbonización de las redes eléctricas ha incrementado proporcionalmente la capacidad de generación y almacenamiento de energía solar en todo el mundo. Para contextualizar, para alcanzar los objetivos de descarbonización, EE. UU. debe instalar 30 GW de capacidad solar al año entre 2025 y 2030. En 2021 se instalaron 19 GW de capacidad solar y la capacidad acumulada ha alcanzado los 100 GW en EE. UU. Esto significa que es probable que la instalación de nuevos sistemas aumente a un ritmo acelerado en los próximos años.

Si bien la vida útil de un sistema fotovoltaico es de aproximadamente 25 a 35 años, algunos componentes del sistema, incluidos los módulos, ya están ingresando al flujo de residuos. Además, los módulos llegan al final de su vida útil debido a daños climáticos, defectos de serie de fabricación o errores de instalación. El volumen anual de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil alcanzará hasta el 12% de los residuos electrónicos municipales anuales en los Estados Unidos para fines de 2050. El 99% de los materiales de los módulos fotovoltaicos no son peligrosos y el 95% son totalmente reciclables con las tecnologías disponibles. Esto establece una base sólida para métodos de manejo de materiales al final de su vida útil seguros y de bajo impacto. Actualmente, los procesos de manejo de materiales al final de su vida útil son desfavorables para el reciclaje. El costo del reciclaje de módulos fotovoltaicos para los generadores de residuos es de $15 a $45 por módulo, que es significativamente más alto que la tarifa del vertedero de $1 a $5 por cada módulo. Es probable que esto, a su vez, afecte las políticas federales y estatales sobre cómo se procesan los residuos.

Fuente: IRENA

Cobertura del plan de acción

En junio de 2021, la Oficina de Tecnologías de Energía Solar (SETO) emitió una solicitud de información (RFI) para solicitar la opinión de las comunidades de gestión de residuos fotovoltaicos sobre los principales desafíos en el procesamiento al final de su vida útil (EOL). Las respuestas, las entrevistas con expertos y las revisiones bibliográficas se utilizaron para identificar posibles áreas de investigación para optimizar las prácticas de los sistemas fotovoltaicos al final de su vida útil (EOL). Las respuestas destacaron la importancia de las políticas en el manejo de residuos al final de su vida útil (EOL) y el desarrollo de tecnologías de separación para mejorar la recuperación de materiales.

Con el aporte de las partes interesadas sobre los desafíos prevalecientes en el diseño de hardware, la recopilación y el análisis de datos, y la identificación del rol del DOE en la gestión del fin de la vida útil, SETO, en 2021, implementó un plan de acción de cinco años.

El plan del programa plurianual de 2021 se estableció con base en el taller sobre el fin de la vida útil de la energía fotovoltaica de 2021 y los comentarios de la RFI. Se centra en los siguientes factores facilitadores de una economía circular:

• Recopilación y análisis de datos: Con base en el volumen y la gestión de residuos modelados, es evidente la necesidad de una recolección, clasificación, transporte y recuperación de materiales realistas. SETO pretende establecer una base de datos independiente con 10 MW de datos de energía fotovoltaica al final de su vida útil recopilados para finales de 2025 e implementar estándares de datos integrales. Además, los datos no confidenciales se pondrán a disposición del público para las comunidades de gestión de residuos, energía solar y políticas.
• Desarrollo de hardware e investigación de procesos: SETO prioriza la mejora de la eficiencia energética y de las materias primas para, a su vez, minimizar los recursos necesarios para procesar materiales al final de su vida útil y prolongar la vida útil de los componentes. Recomienda la venta de acero, Cu y Al a los mercados de chatarra al final de su vida útil. Sin embargo, la recuperación de plata de la metalización y la separación de polímeros y compuestos, incluidas las láminas traseras, son áreas donde la recuperación de materiales puede presentar dificultades. Se espera que la investigación para mejorar la tasa de recuperación, a la vez que se minimizan los costos de recuperación, contribuya a un cambio en la economía del reciclaje de energía solar fotovoltaica.