Dimensioni e previsioni del mercato solare fotovoltaico (FV), per prodotto (film sottile, multi-Si, mono-Si); utilizzo finale (residenziale, commerciale, servizi pubblici); distribuzione; rete - tendenze di crescita, attori chiave, analisi regionale 2026-2035

Analisi comparativa della capacità produttiva dei componenti fotovoltaici:

Un'analisi top-down della produzione di polisilicio

Il polisilicio ad alta purezza si ottiene in genere raffinando il silicio di grado metallurgico, utilizzato per produrre wafer solari, siliconi, semiconduttori e leghe di alluminio. Per garantire livelli di approvvigionamento e purezza, i fornitori di MGS spesso integrano a posteriori e possiedono una parte significativa delle miniere di quarzo. Inoltre, la lavorazione del glutammato monosodico è tipicamente ad alta intensità energetica, rendendo indispensabile la produzione in luoghi con fonti di energia elettrica abbondanti e accessibili, come Malesia, Norvegia, Stati Uniti e la regione cinese dello Xinjiang. Attualmente, la Cina domina questo mercato con oltre il 70% della capacità produttiva mondiale di MGS e dieci aziende cinesi rappresentano il 35% della capacità nazionale, mentre le prime cinque ne detengono circa il 25%.

Principali sedi di produzione e capacità produttiva MGS (migliaia di tonnellate metriche)

Fonte: Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti

Produzione MGS in Nord America da parte dei principali contendenti (2022)

Il principale caso d'uso del polisilicio è il fotovoltaico (che rappresenta l'80% della domanda), mentre l'altro è rappresentato dai semiconduttori e dall'elettronica di consumo. Nonostante esistano diverse tecniche di produzione del polisilicio, due approcci generali sono ascrivibili alle maggiori quote di mercato. Il metodo del reattore a letto fluidizzato (FBR) rappresenta il 3-5% della quota di mercato, mentre il metodo di deposizione chimica da vapore Siemens detiene una quota del 90%. Il processo Siemens prevede il passaggio di un precursore silanico o di triclorosilano gassoso (TCS) sui filamenti di silicio riscaldati. I composti recuperati vengono ulteriormente elaborati per sintetizzare il polisilicio. Praticamente tutta la capacità produttiva di polisilicio si concentra in 10 paesi, con la Cina che detiene il 72% della capacità globale.

La presenza di fornitori chiave in Cina è determinante nel determinare i costi dei componenti, incluso il polisilicio. Secondo l'EIA, i prezzi del polisilicio sono triplicati, passando da 6,27 dollari/kg a giugno 2020 a 28,46 dollari/kg a giugno 2021. Ciò è dovuto a uno squilibrio tra domanda e offerta dovuto all'espansione della capacità produttiva di wafer e celle. Con il polisilicio che emerge come un collo di bottiglia critico, le entità a valle come i produttori di celle e wafer hanno accumulato strategicamente scorte di polisilicio per soddisfare la domanda prevista, in gran parte trainata dalla proliferazione di installazioni su scala industriale in Cina. Sulla base dei progetti annunciati, si prevede che la produzione di polisilicio raddoppierà la capacità nei prossimi anni. Alcuni dei nuovi impianti costruiti hanno una capacità produttiva di 30.000-70.000 tonnellate all'anno e si prevede di costruire impianti con capacità superiori a 100.000 tonnellate.

Le aziende cinesi hanno puntato ad abbassare i prezzi del polisilicio, creando impianti di produzione e producendo in aree con terreni, elettricità e costi di manodopera accessibili. Le province occidentali hanno registrato un notevole sviluppo, tra cui la Mongolia Interna, il Quinghai, il Sichuan e, soprattutto, lo Xinjiang. Attualmente, quest'ultimo ospita rispettivamente il 54% e il 39% della produzione globale cinese. Di seguito, una stima della resa complessiva dei componenti fotovoltaici in Cina, basata sui progetti attivi fino al 2022.

I bassi costi di manodopera e la concentrata filiera del fotovoltaico c-Si in Cina hanno rappresentato una barriera all'ingresso per altri operatori. Negli Stati Uniti la spesa per la manodopera rappresenta il 22% dei costi di produzione contro l'8% in Cina, il 36% dei costi di produzione dei wafer negli Stati Uniti contro il 23% in Cina e il 33% dei costi di produzione delle celle negli Stati Uniti contro l'8% in Cina.

Produzione di c-Si e CdTe e commercio globale:

Oltre il 75% dei moduli c-Si e CdTe importati dagli Stati Uniti nel 2020 proveniva da soli tre paesi del Sud-est asiatico: Vietnam, Malesia e Thailandia, e il resto dalla Corea del Sud. Questi paesi del Sud-est asiatico dipendono fortemente da una filiera produttiva cinese a monte. Gli Stati Uniti, nel 2020, disponevano di una capacità operativa limitata per le celle solari al silicio. Tuttavia, la successiva produzione a monte negli Stati Uniti ha guadagnato terreno e si è rivelata fondamentale per la crescente domanda di energia solare del paese. Secondo la SEIA, nel 2019 sono state completate installazioni per un valore di 8,6 GW, con una crescita annua del 21%.

Fonte: NRELupdate di (Smith et al. 2021)

A causa di lacune nella catena di fornitura globale del fotovoltaico, come gli elevati costi di investimento e di manodopera, praticamente tutte le materie prime e i componenti del c-Si vengono importati nei paesi occidentali dai paesi del Sud-Est asiatico. Questi costi di importazione aggiungono circa l'11% alle spese di produzione totali. Un rafforzamento della catena di fornitura nazionale del fotovoltaico ridurrebbe significativamente questi costi. Esistono soluzioni per ridurre il delta di costo con l'automazione nelle linee di assemblaggio di wafer e lingotti. Nel febbraio 2024, First Solar ha annunciato il suo piano di investire 10 miliardi di dollari nel film sottile di CdTe negli Stati Uniti. I dati retrospettivi del 2023 hanno aggiunto 2,75 miliardi di dollari di valore alla capacità produttiva dei moduli, 900 milioni di dollari di valore economico e 2 miliardi di dollari di output.

Lingotti e wafer

Nel 2020, dieci aziende cinesi hanno prodotto il 98% del totale dei wafer solari, di cui tre (LONGi, GCL e Zhonghuan) hanno generato il 71% della capacità produttiva. Dal 2016 al 2020, le aziende sopra menzionate hanno aumentato la loro capacità produttiva complessiva da 29 GWcc (29% della capacità globale) a 173 GWcc (58% della capacità globale). Questa tendenza è stata seguita dalla rapida crescita della quota di mercato dei moduli fotovoltaici monocristallini.

Inoltre, sette province cinesi sono state attribuite a 10 GW di capacità produttiva di wafer. In particolare, Jiangsu, situata a nord di Shanghai, rappresentava il 28% della capacità totale di wafer della Cina, mentre al di fuori della Cina, l'Asia orientale contribuisce con 10 GW di capacità globale di wafer. Jinko Solar, con sede in Cina, ha annunciato i suoi piani per la costruzione di un impianto per wafer e lingotti da 7 GW di corrente continua in Vietnam. L'obiettivo è semplificare le operazioni di produzione di celle in Malesia e l'assemblaggio dei moduli negli Stati Uniti. L'azienda ha dichiarato che l'avvio del progetto è avvenuto nel 2020, per aggirare le restrizioni commerciali statunitensi sui materiali di importazione. Questa espansione strategica sottolinea gli sforzi dell'azienda per costruire una solida catena di approvvigionamento, gestendo al contempo le mutevoli dinamiche commerciali.

Modulo e celle

Dall'introduzione dei nuovi incentivi fiscali per la produzione, si è registrato un notevole afflusso di investimenti per costruire ed espandere l'intera filiera dei moduli solari, inclusi lingotti, moduli, wafer e celle. Prima dell'entrata in vigore degli incentivi federali per la produzione, la capacità produttiva di polisilicio era di circa 16,6 GW, ovvero 41.500 MT/anno, e quella dei moduli di 7 GW/anno. La produzione di celle è stata trasferita all'estero per la prima volta dal 2019 e si prevede che entro la fine del 2025 entrerà in funzione ulteriore capacità produttiva. Ad oggi, la produzione di moduli ha registrato una forte crescita, passando da 7 GW prima degli incentivi federali per la produzione a 44,4 GW a dicembre 2024, con un incremento di oltre il 500%.

La catena di fornitura complessiva dei moduli negli Stati Uniti, inclusi i progetti operativi, in costruzione e annunciati, ha raggiunto un valore stimato di 81,6 GW. L'implementazione della catena di fornitura dei moduli fotovoltaici è un processo lento a causa dei periodi di conformità, dei permessi, della costruzione e della messa in servizio. Più si sale nella scala della catena di fornitura, più lunghi sono i tempi di realizzazione. Si prevede che nuove espansioni di stabilimenti continueranno nei prossimi anni.

Nel 2022, l'India è stato l'unico Paese a registrare un calo significativo delle importazioni dalla Cina, con un calo del 76%, pari a -7,5 GW su base annua. Nella prima metà del 2022 si è registrato un calo totale di 9,8 GW rispetto ai 2,3 GW precedenti. Inoltre, le severe normative governative, tra cui l'imposizione di dazi, hanno portato a un passaggio dalle importazioni all'utilizzo della capacità produttiva interna. Da allora, la capacità produttiva locale di moduli solari in India è aumentata e l'India ha stabilito un punto di riferimento nelle esportazioni globali di moduli e pannelli solari.

Nonostante i continui sforzi per svincolarsi dalla dipendenza dalla Cina per la fornitura di componenti, le esportazioni cinesi di pannelli solari sono aumentate del 34% nella prima metà del 2023. Questo è fondamentale per soddisfare l'elevata domanda di energia in Europa e Sudafrica. La crescente attenzione alla transizione verso l'energia pulita ha ulteriormente aumentato la dipendenza dalle esportazioni cinesi di pannelli solari. Del 90,4% del volume delle esportazioni, l'Europa è emersa come il maggiore importatore (58%), seguita dal Brasile che ha ricevuto 9,5 GW di pannelli solari prodotti in Cina nella prima metà del 2023. Si prevede che l'Africa registrerà il tasso di crescita delle importazioni più rapido, pari al 187%, poiché il governo sta cercando modi per mitigare la crescente crisi energetica, mentre la Cina sta ampiamente capitalizzando sul divario prevalente tra domanda e offerta.

Esportazioni solari della Cina nella prima metà del 2023, quota (%) in termini di valore in $

Fonte: Ember Energy

La crescita esponenziale del mercato solare fotovoltaico sta influenzando positivamente il mercato globale dei semiconduttori. Nel 2022, i dispositivi sono stati il ​​33° prodotto più scambiato al mondo, con un valore complessivo di 87,7 miliardi di dollari. Tra il 2021 e il 2022, i semiconduttori fotovoltaici/fotosensibili/LED sono cresciuti del 21,9%, passando da 72 miliardi di dollari a 87,7 miliardi di dollari, rappresentando lo 0,37% del commercio mondiale totale.

Crescita annuale del commercio globale di dispositivi semiconduttori fotovoltaici e LED

Fonte: OEC

Dispositivi semiconduttori fotovoltaici/LED Commercio globale

Fonte: OEC

Fine vita del fotovoltaico (EOL)

La crescente attenzione alla decarbonizzazione delle reti elettriche ha aumentato proporzionalmente la capacità di generazione e stoccaggio di energia solare in tutto il mondo. Per contestualizzare, per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione, gli Stati Uniti dovranno installare 30 GWac ogni anno dal 2025 al 2030. Nel 2021 sono stati installati 19 GW di capacità solare e la capacità cumulativa ha raggiunto i 100 GW negli Stati Uniti. Ciò significa che è probabile che l'installazione di nuovi sistemi aumenti a un ritmo sostenuto nei prossimi anni.

Sebbene la durata di vita di un impianto fotovoltaico sia di circa 25-35 anni, alcuni componenti del sistema, inclusi i moduli, stanno già entrando nel flusso dei rifiuti. Inoltre, i moduli raggiungono la fine del loro ciclo di vita a causa di danni causati da agenti atmosferici, difetti di fabbricazione o errori di installazione. Il volume annuo di fine vita dei moduli fotovoltaici raggiungerà il 12% dei rifiuti elettronici urbani annuali negli Stati Uniti entro la fine del 2050. Il 99% dei materiali dei moduli fotovoltaici non è pericoloso e il 95% è completamente riciclabile con le tecnologie disponibili. Ciò costituisce una solida base per metodi di gestione dei materiali di fine vita a basso impatto e sicuri. Attualmente, i processi di gestione di fine vita non sono favorevoli al riciclaggio. Il costo del riciclaggio dei moduli fotovoltaici per chi genera rifiuti è di 15-45 dollari per modulo, un costo significativamente superiore alla tariffa di discarica di 1-5 dollari per modulo. Questo a sua volta avrà probabilmente un impatto sulle politiche federali e statali sulle modalità di trattamento dei rifiuti.

Fonte: IRENA

Copertura del piano d'azione

Nel giugno 2021, il Solar Energy Technologies Office (SETO) ha pubblicato una richiesta di informazioni per sollecitare il feedback delle comunità di gestione dei rifiuti fotovoltaici in merito alle principali sfide nel trattamento di fine vita (EOL). Le risposte, le interviste con esperti e le revisioni della letteratura sono state utilizzate per identificare potenziali aree di ricerca per semplificare e ottimizzare le pratiche di EOL dei prodotti fotovoltaici. Le risposte hanno sottolineato il ruolo delle politiche nella gestione dell'EOL e nello sviluppo di tecnologie di separazione per migliorare il recupero dei materiali.

Grazie al contributo degli stakeholder sulle sfide prevalenti nella progettazione hardware, nella raccolta e analisi dei dati e nell'identificazione del ruolo del DOE nella gestione EOL, nel 2021 il SETO ha lanciato un piano d'azione quinquennale.

Il piano programmatico pluriennale 2021 è stato elaborato sulla base del workshop PV EOL del 2021 e del feedback delle richieste di informazioni. Si concentra sui seguenti fattori abilitanti per un'economia circolare:

• Raccolta e analisi dei dati: sulla base del volume e della gestione dei rifiuti modellati, è evidente la necessità di una raccolta, uno smistamento, un trasporto e un recupero dei materiali realistici. SETO mira a creare un database autonomo con 10 MW di dati FV EOL raccolti entro la fine del 2025 e a implementare standard di dati completi. Inoltre, i dati non riservati saranno resi accessibili al pubblico alle comunità di gestione dei rifiuti, solare e politica.
• Sviluppo hardware e ricerca di processo: SETO sottolinea l'importanza di migliorare l'efficienza delle materie prime e dell'uso dell'energia per ridurre al minimo le risorse necessarie per elaborare i materiali a fine vita (EOL) e prolungare la durata dei componenti. Raccomanda che acciaio, rame e alluminio vengano venduti ai mercati dei rottami metallici a fine vita (EOL). Tuttavia, il recupero dell'argento dalla metallizzazione e la separazione di polimeri e compositi, inclusi i backsheet, sono alcune delle aree in cui il recupero dei materiali può essere problematico. La ricerca volta a migliorare il tasso di recupero, riducendo al minimo i costi di recupero, dovrebbe contribuire a cambiare l'economia del riciclo del solare fotovoltaico.