Perspectivas del mercado de energía solar fotovoltaica (PV): Tendencias de producción global, análisis comercial y empresas líderes 2025-2037

Análisis comparativo de la capacidad de fabricación de componentes fotovoltaicos:

Análisis descendente 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 hace imperativo que se produzca en lugares con fuentes de electricidad abundantes y asequibles, como Malasia, Noruega, EE. UU. 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 GMS y Capacidad de producción (miles de toneladas métricas)

Fuente: Departamento de Energía de EE. UU.

Producción de MGS en Norteamérica 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 (CV) 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 encuentra en 10 países, y China concentra el 72% de la capacidad mundial.

La presencia de proveedores clave en China es fundamental para determinar los costes de los componentes, incluido el polisilicio. Según la EIA, el precio del polisilicio se triplicó, pasando de 6,27 USD/kg en junio de 2020 a 28,46 USD/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 una capacidad de fabricación de entre 30.000 y 70.000 toneladas métricas anuales, y se prevé construir instalaciones con una capacidad superior 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, alberga 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, basada en proyectos activos hasta 2022.

Los bajos costes laborales de China y la cadena de suministro concentrada de silicio cristalino 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 c-Si y 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 del sudeste asiático dependen en gran medida de una cadena de suministro china. En 2020, EE. UU. contaba con una capacidad operativa limitada de células solares de silicio. Sin embargo, la siguiente fase de fabricación en EE. UU. cobró impulso y resultó crucial para la creciente demanda de energía solar del país. Según la SEIA, en 2019 se instalaron 8,6 GW, lo que representa un crecimiento interanual del 21 %.

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

Debido a las 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 los 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 costes 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 delgadas de CdTe en Estados Unidos. Las cifras retrospectivas de 2023 añadieron 2750 millones de dólares en valor a la capacidad de producción de módulos, 900 millones de dólares en valor económico y 2000 millones de dólares en 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 el rápido crecimiento de la cuota de mercado de los módulos fotovoltaicos monocristalinos.

Además, se asignaron 10 GWdc de capacidad de producción de obleas a siete provincias chinas. 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, el este de Asia 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 busca optimizar 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 estadounidenses a la importación de materiales. Esta expansión estratégica subraya los esfuerzos de la empresa por construir una cadena de suministro sólida, a la vez que se adapta a la dinámica comercial cambiante.

Módulos y celdas

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

La cadena de suministro total de módulos fotovoltaicos 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 es el nivel de la cadena de suministro, mayor es el tiempo de construcción. Se prevé que las nuevas expansiones de fábricas continúen durante los próximos años.

En 2022, India fue el único país que experimentó una caída significativa en 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 desde los 2,3 GW. 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 en India ha aumentado desde entonces, estableciendo un referente en las exportaciones mundiales de módulos y paneles solares.

A pesar de los continuos esfuerzos por desvincularse de la dependencia de China para el suministro de componentes, la exportación de paneles solares de China se disparó un 34% en el primer semestre de 2023. Esto es fundamental para satisfacer la alta demanda energética en Europa y Sudáfrica. El creciente enfoque en la transición hacia la energía limpia ha incrementado aún más la dependencia de las exportaciones solares de China. 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 capitalizando considerablemente 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

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7,6%

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 fueron el 33.er producto más comercializado a nivel mundial, con un comercio total de 87 700 millones de dólares. Entre 2021 y 2022, los semiconductores fotovoltaicos/fotosensibles/LED crecieron un 21,9%, de 72 000 millones de dólares a 87 700 millones de dólares, lo que representa el 0,37% del comercio mundial total.

Crecimiento anual de la energía fotovoltaica y Comercio global de dispositivos semiconductores LED

Fuente: OEC

Comercio mundial de dispositivos semiconductores fotovoltaicos/LED

Fuente: OEC

Fin de la vida útil (EOL) de la energía fotovoltaica

El creciente interés en la descarbonización de las redes eléctricas ha incrementado proporcionalmente la generación y el almacenamiento de energía solar. Capacidades en todo el mundo. Para contextualizar, para cumplir con los objetivos de descarbonización, EE. UU. debe instalar 30 GW de capacidad solar cada 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 entrando en el flujo de residuos. Además, los módulos llegan al final de su vida útil debido a daños climáticos, defectos 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 Estados Unidos para finales 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 sienta las bases para métodos de manejo de materiales al final de su vida útil (EOL) seguros y de bajo impacto. Actualmente, los procesos de manejo al final de su vida útil (EOL) son desfavorables para el reciclaje. El costo del reciclaje de módulos fotovoltaicos para los generadores de residuos es de $15 a $45 por módulo, significativamente superior a la tarifa de vertedero de $1 a $5 por módulo. Esto, a su vez, probablemente impacte las políticas federales y estatales sobre el procesamiento de 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 la comunidad de residuos fotovoltaicos. Las comunidades de gestión se reunieron con respecto a los desafíos clave en el procesamiento al final de la 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 EOL de PV. Las respuestas enfatizaron el rol de las políticas en la gestión del EOL y el desarrollo de tecnologías de separación para mejorar la recuperación de materiales.

Con las aportaciones de las partes interesadas sobre los desafíos predominantes en el diseño de hardware, la recopilación y el análisis de datos, y la identificación del rol del DOE en la gestión del EOL, SETO implementó en 2021 un plan de acción quinquenal.

El plan del programa plurianual de 2021 se estableció con base en el taller sobre energía fotovoltaica al final de su vida útil (FV) de 2021 y los comentarios de la RFI. Se centra en los siguientes factores que impulsan 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 tiene como objetivo establecer una base de datos independiente con 10 MW de datos de energía fotovoltaica al final de su vida útil (FV) 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 las materias primas y la eficiencia energética 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 posteriores, son algunas de las 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 minimiza el coste de la recuperación, contribuya a un cambio en la economía del reciclaje de energía solar fotovoltaica.