Analyse du marché du solaire photovoltaïque (PV) : tendances mondiales de production, analyse commerciale et principales entreprises 2025-2037

Analyse comparative de la capacité de fabrication de composants photovoltaïques :

Une analyse descendante de la production de polysilicium

Le polysilicium de haute pureté est généralement obtenu par raffinage de silicium métallurgique, utilisé pour la fabrication de plaquettes solaires, de silicones, de semi-conducteurs et d'alliages d'aluminium. Pour garantir l'approvisionnement et la pureté, les fournisseurs de MGS intègrent souvent en amont et possèdent une part importante des mines de quartz. De plus, le traitement du MSG est généralement énergivore, ce qui rend impératif sa production dans des régions disposant de sources d'électricité abondantes et abordables, comme la Malaisie, la Norvège, les États-Unis et la région chinoise du Xinjiang. Actuellement, la Chine domine ce marché avec plus de 70 % de la capacité de production mondiale de MGS, et dix entreprises chinoises représentent 35 % de la capacité nationale, tandis que les cinq premières en détiennent environ 25 %.

Principaux sites de fabrication et capacité de production de MGS (milliers de tonnes métriques)

Source : le Département de l'Énergie des États-Unis

Production de MGS en Amérique du Nord par les principaux concurrents (2022)

Le polysilicium est principalement utilisé dans le photovoltaïque (80 % de la demande), puis dans les semi-conducteurs et l'électronique grand public. Malgré l'existence de plusieurs techniques de production de polysilicium, deux approches générales se partagent les parts de marché les plus importantes. Le réacteur à lit fluidisé (FBR) représente 3 à 5 % du marché et la méthode de dépôt chimique en phase vapeur Siemens 90 %. Le procédé Siemens implique le passage d'un précurseur de silane ou de trichlorosilane gazeux (TCS) sur des filaments de silicium chauffés. Les composés récupérés sont ensuite traités pour synthétiser du polysilicium. La quasi-totalité des capacités de production de polysilicium se situe dans dix pays, la Chine captant 72 % de la capacité mondiale. 

La présence d'approvisionnements clés en Chine est déterminante pour le coût des composants, notamment du polysilicium. Selon l'EIA, les prix du polysilicium ont triplé, passant de 6,27 USD/kg en juin 2020 à 28,46 USD/kg en juin 2021. Ce phénomène est imputable à un déséquilibre entre l'offre et la demande dû à l'expansion des capacités de production de plaquettes et de cellules. Le polysilicium devenant un goulot d'étranglement critique, les acteurs en aval, tels que les producteurs de cellules et de plaquettes, ont stratégiquement constitué des stocks de polysilicium pour répondre à la demande anticipée, principalement grâce à la prolifération des déploiements à grande échelle en Chine. D'après les projets annoncés, la production de polysilicium devrait doubler de capacité au cours des prochaines années. Certaines des nouvelles usines construites ont des capacités de production de 30 000 à 70 000 tonnes par an, et des projets de construction d'installations d'une capacité supérieure à 100 000 tonnes sont prévus.

Les entreprises chinoises ont cherché à faire baisser les prix du polysilicium en implantant des usines et en produisant dans des régions où les coûts du foncier, de l'électricité et de la main-d'œuvre sont abordables. Les provinces occidentales, notamment la Mongolie-Intérieure, le Quinghai, le Sichuan et surtout le Xinjiang, ont connu un développement considérable. Ces provinces concentrent actuellement respectivement 54 % et 39 % de la production mondiale chinoise. Une estimation du rendement global des composants solaires photovoltaïques en Chine, basée sur les projets actifs jusqu'en 2022, est présentée ci-dessous.

Les faibles coûts de main-d'œuvre et la concentration de la chaîne d'approvisionnement en c-Si photovoltaïque en Chine constituent un obstacle à l'entrée d'autres acteurs. Aux États-Unis, les dépenses de main-d'œuvre représentent 22 % des coûts de fabrication, contre 8 % en Chine, 36 % des coûts de fabrication des plaquettes, contre 23 % en Chine, et 33 % des coûts de fabrication des cellules, contre 8 % en Chine.

Production et commerce mondial de c-Si et de CdTe :

Plus de 75 % des modules c-Si et CdTe importés par les États-Unis en 2020 provenaient de trois pays d'Asie du Sud-Est seulement : le Vietnam, la Malaisie et la Thaïlande, le reste de Corée du Sud. Ces pays dépendent fortement d'une chaîne d'approvisionnement chinoise en amont. En 2020, les États-Unis disposaient d'une capacité d'exploitation limitée en cellules solaires au silicium. Cependant, la production en amont américaine a pris de l'ampleur et s'est avérée essentielle à la forte demande solaire du pays. Selon la SEIA, 8,6 GW d'installations ont été réalisées en 2019, soit une croissance de 21 % sur un an.

Source : mise à jour du NREL (Smith et al. 2021)

En raison de lacunes dans la chaîne d'approvisionnement mondiale du photovoltaïque, telles que des dépenses d'investissement et des coûts de main-d'œuvre élevés, la quasi-totalité des matières premières et des composants en c-Si sont importés vers les pays occidentaux depuis les pays d'Asie du Sud-Est. Ces coûts d'importation ajoutent environ 11 % aux dépenses de fabrication totales. Un renforcement de la chaîne d'approvisionnement nationale du photovoltaïque réduirait considérablement ces coûts. Il existe des pistes pour réduire l'écart de coût grâce à l'automatisation des lignes d'assemblage de plaquettes et de lingots. En février 2024, First Solar a annoncé son intention d'investir 10 milliards de dollars dans les couches minces de CdTe aux États-Unis. Les chiffres rétrospectifs de 2023 ont ajouté 2,75 milliards de dollars à la capacité de production de modules, 900 millions de dollars à la valeur économique et 2 milliards de dollars à la production.

Lingots et plaquettes

En 2020, dix entreprises chinoises ont produit 98 % de la production mondiale de wafers solaires, dont trois – LONGi, GCL et Zhonghuan – représentant 71 % de la capacité de production. Entre 2016 et 2020, ces entreprises ont vu leur capacité cumulée passer de 29 GWdc (29 % de la capacité mondiale) à 173 GWdc (58 % de la capacité mondiale). Cette tendance a été suivie d'une croissance rapide de la part de marché des modules photovoltaïques monocristallins.

Français En outre, sept provinces chinoises ont été attribuées à une capacité de production de plaquettes de 10 GWdc. Notamment, le Jiangsu, situé au nord de Shanghai, représentait 28 % de la capacité totale de plaquettes de la Chine, tandis qu'en dehors de la Chine, l'Asie de l'Est contribue à 10 GWdc de la capacité mondiale de plaquettes. Jinko Solar, basé en Chine, a annoncé son projet de construire une usine de plaquettes et de lingots de 7 GWdc au Vietnam. Cela vise à rationaliser les opérations de production de cellules en Malaisie et l'assemblage de modules aux États-Unis. La société a déclaré que le lancement du projet a eu lieu en 2020, afin de contourner les restrictions commerciales américaines sur les matériaux d'importation. Cette expansion stratégique souligne les efforts de l'entreprise pour construire une chaîne d'approvisionnement robuste tout en naviguant dans la dynamique commerciale en évolution.

Module et cellules

Depuis la mise en œuvre des nouveaux crédits d'impôt pour la fabrication, un afflux important d'investissements a été constaté pour construire et développer l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement des modules solaires, y compris les lingots, les modules, les plaquettes et les cellules. Avant la mise en œuvre des incitations fédérales à la fabrication, la capacité de production de polysilicium était d'environ 16,6 GW, soit 41 500 tonnes par an, et la capacité de production de modules était de 7 GW par an. La fabrication de cellules a été délocalisée pour la première fois depuis 2019, et une capacité supplémentaire devrait être mise en service d'ici fin 2025. À ce jour, la production de modules a connu une forte croissance, passant de 7 GW avant les crédits d'impôt fédéraux pour la fabrication à 44,4 GW en décembre 2024, soit une hausse de plus de 500 %.

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La chaîne d'approvisionnement totale de modules photovoltaïques aux États-Unis, incluant les projets opérationnels, en construction et annoncés, a atteint une valeur estimée à 81,6 GW. La mise en place d'une chaîne d'approvisionnement de modules photovoltaïques est un processus lent en raison des délais de conformité, des permis, de la construction et de la mise en service. Plus on monte dans la chaîne d'approvisionnement, plus le temps de construction est long. L'expansion des nouvelles usines devrait se poursuivre au cours des prochaines années.

En 2022, l'Inde a été le seul pays à connaître une baisse importante des importations en provenance de Chine, entraînant une baisse de 76 %, soit -7,5 GW en glissement annuel. Une chute totale de 9,8 GW contre 2,3 GW a été observée au premier semestre 2022. De plus, des réglementations gouvernementales strictes, notamment l'imposition de droits de douane, ont entraîné un déplacement des importations vers l'utilisation des capacités de fabrication nationales. La capacité de production locale de modules solaires de l'Inde s'est accrue depuis lors et l'Inde est devenue une référence en matière d'exportations mondiales de modules et de panneaux solaires.

Français Malgré les efforts continus pour se découpler de la dépendance à la Chine pour l'approvisionnement en composants, les exportations chinoises de panneaux solaires ont bondi de 34 % au premier semestre 2023. Ceci est essentiel pour répondre à la forte demande énergétique en Europe et en Afrique du Sud. L'accent croissant mis sur la transition vers les énergies propres a encore accru la dépendance à l'égard des exportations solaires chinoises. Sur un volume d'exportation de 90,4 %, l'Europe est apparue comme le plus gros importateur (58 %), suivie du Brésil, qui a reçu 9,5 GW de panneaux solaires fabriqués en Chine au premier semestre 2023. L'Afrique devrait connaître le taux de croissance des importations le plus rapide, soit 187 %, alors que le gouvernement cherche des moyens d'atténuer la crise énergétique croissante, tandis que la Chine capitalise largement sur l'écart actuel entre l'offre et la demande.

Exportations solaires de la Chine au premier semestre 2023, part (%) en valeur $

Source : Ember Energy

La croissance exponentielle du marché du solaire photovoltaïque influence positivement le marché mondial des semi-conducteurs. En 2022, les dispositifs étaient le 33e produit le plus échangé au monde, avec un volume d'échanges global de 87,7 milliards de dollars. Entre 2021 et 2022, les semi-conducteurs photovoltaïques/photosensibles/LED ont progressé de 21,9 %, passant de 72 à 87,7 milliards de dollars, soit 0,37 % du total des échanges mondiaux.

Croissance annuelle du commerce mondial des dispositifs semi-conducteurs photovoltaïques et LED

Source : OEC

Commerce mondial des dispositifs semi-conducteurs photovoltaïques/LED

Source : OEC

Fin de vie du photovoltaïque (EOL)

L'attention croissante portée à la décarbonation des réseaux électriques a entraîné une augmentation proportionnelle des capacités de production et de stockage d'énergie solaire à travers le monde. À titre de comparaison, pour atteindre les objectifs de décarbonation, les États-Unis doivent installer 30 GWac par an entre 2025 et 2030. 19 GW de capacité solaire ont été installés en 2021 et la capacité cumulée a atteint 100 GW aux États-Unis. Cela signifie que l'installation de nouveaux systèmes devrait connaître une forte croissance dans les années à venir.

Bien que la durée de vie d'un système photovoltaïque soit d'environ 25 à 35 ans, certains composants, dont les modules, entrent déjà dans le flux de déchets. De plus, les modules atteignent leur fin de vie en raison de dommages causés par les intempéries, de défauts de fabrication ou d'erreurs d'installation. Le volume annuel de modules photovoltaïques en fin de vie atteindra jusqu'à 12 % des déchets électroniques municipaux aux États-Unis d'ici fin 2050. 99 % des matériaux des modules photovoltaïques sont non dangereux et 95 % sont entièrement recyclables grâce aux technologies disponibles. Cela constitue une base solide pour des méthodes de gestion des matériaux en fin de vie sûres et à faible impact. Actuellement, les processus de gestion en fin de vie sont défavorables au recyclage. Le coût du recyclage des modules photovoltaïques pour les producteurs de déchets est de 15 à 45 dollars par module, ce qui est nettement supérieur aux frais de mise en décharge de 1 à 5 dollars par module. Cela est susceptible d'avoir un impact sur les politiques fédérales et étatiques relatives au traitement des déchets.

Source : IRENA

Couverture du plan d'action

En juin 2021, le Bureau des technologies de l'énergie solaire (SETO) a lancé un appel d'offres afin de recueillir les commentaires des acteurs de la gestion des déchets photovoltaïques sur les principaux défis du traitement des déchets en fin de vie. Les réponses, les entretiens avec des experts et les analyses documentaires ont permis d'identifier des axes de recherche potentiels pour rationaliser et optimiser les pratiques de traitement des déchets photovoltaïques en fin de vie. Les réponses ont souligné le rôle des politiques publiques dans le traitement des déchets en fin de vie et le développement de technologies de séparation pour améliorer la récupération des matériaux.

Avec la contribution des parties prenantes sur les défis courants dans la conception du matériel, la collecte et l'analyse des données, et l'identification du rôle du DOE dans la gestion de la fin de vie, le SETO a lancé en 2021 un plan d'action quinquennal.

Le plan pluriannuel 2021 a été établi à partir de l'atelier PV EOL 2021 et des retours de la RFI. Il met l'accent sur les leviers suivants de l'économie circulaire :

• Collecte et analyse des données : Compte tenu des volumes et de la gestion des déchets modélisés, la nécessité d'une collecte, d'un tri, d'un transport et d'une valorisation réalistes des matériaux est évidente. SETO vise à créer une base de données autonome contenant 10 MW de données de fin de vie photovoltaïque collectées d'ici fin 2025 et à mettre en œuvre des normes de données complètes. De plus, les données non confidentielles seront rendues publiques et accessibles aux acteurs de la gestion des déchets, de l'énergie solaire et des politiques publiques.
• Développement matériel et recherche sur les procédés : le SETO met l'accent sur l'amélioration de l'efficacité des matières premières et de l'utilisation de l'énergie afin de minimiser les ressources nécessaires au traitement des matériaux en fin de vie et de prolonger la durée de vie des composants. Il recommande la vente de l'acier, du cuivre et de l'aluminium aux marchés de la ferraille en fin de vie. Cependant, la récupération de l'argent issu de la métallisation et la séparation des polymères et des composites, y compris les feuilles arrière, sont des domaines où la récupération des matériaux peut s'avérer complexe. Les recherches visant à améliorer le taux de récupération tout en minimisant les coûts de récupération devraient contribuer à modifier la situation économique du recyclage du solaire photovoltaïque.