Аналитика рынка солнечных фотоэлектрических систем (PV): мировые тенденции производства, анализ торговли и ведущие компании в 2025–2037 гг.

Сравнительный анализ производственных мощностей фотоэлектрических компонентов:

Анализ производства поликремния сверху вниз

Высокочистый поликремний обычно получают путем очистки металлургического кремния, который используется для производства солнечных пластин, силиконов, полупроводников и алюминиевых сплавов. Для обеспечения уровня поставок и чистоты поставщики MGS часто осуществляют обратную интеграцию и владеют значительной частью кварцевых рудников. Кроме того, переработка MSG обычно является энергоемкой, что делает обязательным производство в местах с обильными и доступными источниками электроэнергии, такими как Малайзия, Норвегия, США и китайский регион Синьцзян. В настоящее время Китай доминирует на этом рынке с более чем 70% мировых производственных мощностей MGS, а на десять китайских компаний приходится 35% внутренних мощностей, тогда как на пять крупнейших приходится около 25%.

Основные производственные площадки MGS и Производственная мощность (тыс. метрических тонн)

Источник: Министерство энергетики США

Производство MGS в Северной Америке по основным претендентам (2022 г.)

Основной вариант использования поликремния — фотоэлектричество (составляет 80 % спроса), а другой — полупроводники и бытовая электроника. Несмотря на то, что существует несколько методов производства поликремния, два общих подхода приписывают наибольшую долю рынка. Метод реактора с псевдоожиженным слоем (FBR) занимает 3–5 % доли рынка, а метод химического осаждения из паровой фазы Siemens — 90 %. Процесс Siemens подразумевает прохождение прекурсора силана или газообразного трихлорсилана (TCS) над нагретыми кремниевыми нитями. Извлеченные соединения далее обрабатываются для синтеза поликремния. Практически все производственные мощности поликремния находятся в 10 странах, а Китай занимает 72% мировых мощностей.

Наличие ключевых поставщиков в Китае играет важную роль в определении стоимости компонентов, включая поликремний. По данным EIA, цены на поликремний выросли в три раза с 6,27 долл. США/кг в июне 2020 г. до 28,46 долл. США/кг в июне 2021 г. Это объясняется дисбалансом спроса и предложения из-за расширения производственных мощностей пластин и ячеек. Поскольку поликремний становится критическим узким местом, такие нижестоящие организации, как производители ячеек и пластин, стратегически накапливают запасы поликремния для удовлетворения ожидаемого спроса, в основном обусловленного распространением масштабного развертывания в Китае. Исходя из объявленных проектов, ожидается, что производство поликремния удвоится по мощности в течение следующих нескольких лет. Некоторые из новых построенных заводов имеют производственную мощность 30 000–70 000 тонн в год, и есть ожидаемые планы по строительству объектов с мощностью более 100 000 тонн.

Китайские компании стремятся снизить цены на поликремний, создавая производственные мощности и производя в районах с доступной землей, электричеством и рабочей силой. Западные провинции имеют значительное развитие, включая Внутреннюю Монголию, Цинхай, Сычуань и особенно Синьцзян. В настоящее время там размещается 54% и 39% мирового производства Китая. Ниже приведена оценка общего объема производства солнечных фотоэлектрических компонентов в Китае на основе активных проектов до 2022 года.

Низкие затраты на рабочую силу и концентрированная цепочка поставок фотоэлектрических систем на основе c-Si в Китае стали барьером для входа для других игроков. В США затраты на рабочую силу составляют 22% от производственных затрат по сравнению с 8% в Китае, 36% от затрат на производство пластин в США по сравнению с 23% в Китае и 33% от затрат на производство ячеек в США по сравнению с 8% в Китае.

Производство c-Si и CdTe и мировая торговля:

Более 75% модулей c-Si и CdTe, импортированных США в 2020 году, поступили всего из трех стран Юго-Восточной Азии — Вьетнама, Малайзии и Таиланда, а остальное — из Южной Кореи. Эти страны Юго-Восточной Азии в значительной степени зависят от китайской цепочки поставок. По состоянию на 2020 год в США были ограничены производственные мощности по производству кремниевых солнечных ячеек. Однако следующее производство в США набрало обороты и оказалось ключевым в растущем спросе на солнечную энергию в стране. По данным SEIA, в 2019 году было завершено строительство на 8,6 ГВт, что на 21 % больше, чем в предыдущем году.

Источник: NRELupdate of (Smith et al. 2021)

Из-за пробелов в глобальной цепочке поставок фотоэлектрических систем, таких как высокие капитальные затраты и затраты на рабочую силу, практически все сырье и компоненты c-Si импортируются в западные страны из стран Юго-Восточной Азии. Эти импортные расходы добавляют около 11% к общим производственным расходам. Наращивание внутренней цепочки поставок фотоэлектрических систем значительно снизит эти расходы. Существуют пути сокращения разницы затрат за счет автоматизации линий сборки пластин и слитков. В феврале 2024 года First Solar объявила о своих планах инвестировать 10 миллиардов долларов США в тонкую пленку CdTe в Соединенных Штатах. Ретроспективные данные за 2023 год добавили 2,75 миллиарда долларов США к производственным мощностям модулей, 900 миллионов долларов США к экономической стоимости и 2 миллиарда долларов США к выпуску.

Слитки и пластины

Десять китайских компаний произвели 98% от общего объема солнечных пластин в 2020 году, из которых три компании — LONGi, GCL и Zhonghuan — получили 71% от произведенной мощности. С 2016 по 2020 год вышеупомянутые компании увеличили свою совокупную мощность до 173 ГВт пост. тока (58% от мировой мощности) с 29 ГВт пост. тока (29% от мировой мощности). За этой тенденцией последовал быстрый рост доли рынка монокристаллических фотоэлектрических модулей.

Кроме того, семи провинциям Китая было приписано 10 ГВт постоянного тока производственных мощностей пластин. В частности, Цзянсу, расположенная на севере Шанхая, обеспечивала 28% от общей мощности пластин Китая, в то время как за пределами Китая Восточная Азия обеспечивает 10 ГВт постоянного тока мировых мощностей пластин. Базирующаяся в Китае компания Jinko Solar объявила о своих планах построить завод по производству пластин и слитков мощностью 7 ГВт постоянного тока во Вьетнаме. Это направлено на оптимизацию операций по производству ячеек в Малайзии и сборку модулей в США. Компания заявила, что проект был инициирован в 2020 году, чтобы обойти торговые ограничения США на импорт материалов. Это стратегическое расширение подчеркивает усилия компании по созданию надежной цепочки поставок, одновременно ориентируясь на меняющуюся динамику торговли.

Модули и ячейки

С момента внедрения новых налоговых льгот на производство произошел значительный приток инвестиций в создание и расширение всей цепочки поставок солнечных модулей, включая слитки, модули, пластины и ячейки. До принятия федеральных производственных стимулов мощность поликремния составляла примерно 16,6 ГВт или 41 500 тонн в год, а мощность модулей — 7 ГВт в год. Производство ячеек впервые с 2019 года было переведено на аутсорсинг, и ожидается, что к концу 2025 года будут введены в эксплуатацию дополнительные мощности ячеек. На сегодняшний день наблюдается резкий рост производства модулей: с 7 ГВт до федеральных налоговых льгот на производство до 44,4 ГВт в декабре 2024 года, что означает рост более чем на 500%.

Общая цепочка поставок модулей в США, включая действующие, строящиеся и анонсированные проекты, достигла расчетной стоимости 81,6 ГВт. Создание цепочки поставок фотоэлектрических модулей — медленный процесс из-за периодов согласования, разрешений, строительства и ввода в эксплуатацию. Чем выше лестница цепочки поставок, тем дольше время строительства. Ожидается, что расширение новых заводов продолжится в течение следующих нескольких лет.

Индия в 2022 году стала единственной страной, в которой наблюдалось значительное падение импорта из Китая, что обусловило падение на 76 % или -7,5 ГВт в годовом исчислении. Общий спад на 9,8 ГВт с 2,3 ГВт наблюдался в первой половине 2022 года. Более того, жесткое государственное регулирование, включая введение тарифов, привело к переходу от импорта к использованию внутренних производственных мощностей. С тех пор местные производственные мощности Индии по производству солнечных модулей увеличились, и Индия установила ориентир в мировом экспорте солнечных модулей и панелей Türkiye.

Несмотря на постоянные усилия по отказу от зависимости от поставок компонентов из Китая, экспорт солнечных панелей из Китая вырос на 34% в первой половине 2023 года. Это имеет решающее значение для удовлетворения высокого спроса на энергию в Европе и Южной Африке. Растущее внимание к переходу на чистую энергию еще больше увеличило зависимость от экспорта солнечной энергии из Китая. Из 90,4% объема экспорта Европа стала крупнейшим импортером (58%), за ней следует Бразилия, получившая 9,5 ГВт солнечных панелей, произведенных в Китае в первой половине 2023 года. Ожидается, что Африка станет свидетелем самых высоких темпов роста импорта в 187%, поскольку правительство ищет способы смягчения растущего энергетического кризиса, в то время как Китай активно извлекает выгоду из существующего разрыва между спросом и предложением.

Экспорт солнечной энергии из Китая в первой половине 2023 года, доля (%) в стоимостном выражении в долларах США

Источник: Ember Energy

Экспоненциальный рост рынка солнечных фотоэлектрических систем положительно влияет на мировой рынок полупроводников. В 2022 году устройства были 33-м по объему продаж товаром в мире, а общий объем торговли составил 87,7 млрд долларов США. В период с 2021 по 2022 год объем фотоэлектрических/фоточувствительных/светодиодных полупроводников вырос на 21,9%, с 72 млрд долларов США до 87,7 млрд долларов США, что составляет 0,37% от общего объема мировой торговли.

Годовой рост объемов фотоэлектрических и Глобальная торговля светодиодными полупроводниковыми приборами

Источник: OEC

Глобальная торговля фотоэлектрическими/светодиодными полупроводниковыми приборами

Источник: OEC

Окончание срока службы фотоэлектрических систем (EOL)

Растущее внимание к декарбонизации электросетей пропорционально увеличило производство и хранение солнечной энергии мощности по всему миру. Для контекста, чтобы достичь целей декарбонизации, США должны устанавливать 30 ГВт переменного тока каждый год с 2025 по 2030 год. 19 ГВт солнечной мощности было установлено в 2021 году, а совокупная мощность достигла 100 ГВт в США. Это означает, что установка новых систем, вероятно, резко возрастет в ближайшие годы.

Хотя срок службы фотоэлектрической системы составляет около 25–35 лет, некоторые компоненты системы, включая модули, уже попадают в поток отходов. Более того, модули достигают конца срока службы из-за повреждений, вызванных погодными условиями, серийных дефектов производства или ошибок установки. Ежегодный объем EOL фотоэлектрических модулей достигнет 12 % годовых муниципальных электронных отходов в США к концу 2050 года. 99 % материалов фотоэлектрических модулей неопасны, а 95 % полностью подлежат вторичной переработке с использованием имеющихся технологий. Это создает надежную основу для малозатратных и безопасных методов обработки материалов EOL. В настоящее время процессы обработки EOL неблагоприятны для переработки. Стоимость переработки фотоэлектрических модулей для производителей отходов составляет 15–45 долларов за модуль, что значительно выше платы за захоронение в размере 1–5 долларов за каждый модуль. Это, в свою очередь, может повлиять на федеральную и государственную политику в отношении того, как перерабатываются отходы.

Источник: IRENA

Охват Плана действий

В июне 2021 года Управление технологий солнечной энергетики (SETO) опубликовало запрос информации для получения отзывов от сообщества по управлению отходами фотоэлектрических систем относительно ключевых проблем в обработке EOL. Ответы, интервью с экспертами и обзоры литературы были использованы для определения потенциальных областей исследований для рационализации и оптимизации практик EOL фотоэлектрических систем. В ответах подчеркивалась роль политики в обращении с EOL и разработке технологий разделения для повышения эффективности извлечения материалов.

С учетом мнений заинтересованных сторон о распространенных проблемах в проектировании оборудования, сборе и анализе данных, а также определения роли DOE в управлении EOL, SETO в 2021 году развернула пятилетний план действий.

Многолетний план программы на 2021 год был разработан на основе семинара PV EOL 2021 года и отзывов RFI. Он фокусируется на следующих факторах, способствующих развитию экономики замкнутого цикла:

• Сбор и анализ данных: на основе смоделированного объема отходов и обращения с ними очевидна необходимость реалистичного сбора, сортировки, транспортировки и утилизации материалов. SETO стремится создать автономную базу данных с данными PV EOL мощностью 10 МВт, собранными к концу 2025 года, и внедрить комплексные стандарты данных. Кроме того, неконфиденциальные данные будут предоставлены в открытый доступ сообществам по управлению отходами, солнечной энергетике и политике.
• Разработка оборудования и исследование процессов: SETO подчеркивает необходимость повышения эффективности использования сырья и энергии, чтобы, в свою очередь, минимизировать ресурсы, необходимые для обработки материалов EOL и продлить срок службы компонентов. Рекомендуется продавать сталь, Cu и Al на рынках металлолома в EOL. Однако восстановление серебра из металлизации и разделение полимеров и композитов, включая задние листы, — это некоторые из областей, где восстановление материалов может быть сложным. Ожидается, что исследования по повышению скорости восстановления при минимизации бремени затрат на восстановление помогут изменить экономику переработки солнечных фотоэлектрических систем.