Обзор рынка солнечной фотоэлектрической (PV) продукции: мировые тенденции производства, торговый анализ и ведущие компании на 2025-2037 гг.

Сравнительный анализ производственных мощностей фотоэлектрических компонентов:

Анализ производства поликремния сверху вниз

Поликремний высокой чистоты обычно получают путем переработки металлургического кремния, который используется для изготовления солнечных пластин, силиконов, полупроводников и алюминиевых сплавов. Чтобы обеспечить уровень поставок и чистоты, поставщики MGS часто интегрируют обратную интеграцию и владеют значительной частью кварцевых рудников. Кроме того, переработка глутамата натрия, как правило, энергозатратна, поэтому его необходимо производить в местах с обильными и доступными источниками электроэнергии, таких как Малайзия, Норвегия, США и Синьцзянский регион Китая. В настоящее время на этом рынке доминирует Китай, на долю которого приходится более 70 % мировых производственных мощностей MGS. На долю десяти китайских компаний приходится 35 % внутренних мощностей, а на долю пяти крупнейших компаний приходится примерно 25 %.

Основные производственные площадки MGS и amp; производственная мощность (тысяч тонн)

Источник: Министерство энергетики США

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

Основной вариант использования поликремния — фотоэлектрическая промышленность (составляющая 80 % спроса), а другой — полупроводники и бытовая электроника. Несмотря на то, что существует несколько технологий производства поликремния, наибольшую долю рынка занимают два общих подхода. На метод реактора с псевдоожиженным слоем (FBR) приходится 3–5% доли рынка, а на метод химического осаждения из паровой фазы Siemens — 90%.  Процесс Сименса предполагает пропускание предшественника силана или газообразного трихлорсилана (ТХС) через нагретые кремниевые нити. Восстановленные соединения подвергаются дальнейшей переработке для синтеза поликремния. Практически все мощности по производству поликремния сосредоточены в 10 странах, при этом на долю Китая приходится 72 % мировых мощностей. 

Наличие ключевых поставок в Китае играет важную роль в определении стоимости комплектующих, включая поликремний. По данным EIA, цены на поликремний выросли в три раза — с $6,27/кг в июне 2020 года до $28,46/кг в июне 2021 года. Это объясняется дисбалансом спроса и предложения вследствие расширения мощностей по производству пластин и элементов. Поскольку поликремний становится критическим узким местом, перерабатывающие предприятия, такие как производители элементов и пластин, стратегически накапливают запасы поликремния для удовлетворения ожидаемого спроса, в значительной степени обусловленного распространением масштабного внедрения в Китае. Судя по объявленным проектам, ожидается, что в ближайшие несколько лет мощности по производству поликремния удвоятся. Производственная мощность некоторых из новых построенных заводов составляет 30 000–70 000 тонн в год. Ожидается, что планируется построить предприятия мощностью более 100 000 тонн.

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

Низкие затраты на рабочую силу в Китае и концентрированная цепочка поставок фотоэлектрических систем c-Si создали барьер для входа на рынок для других игроков. В США затраты на рабочую силу составляют 22 % затрат на производство по сравнению с 8 % в Китае, 36 % затрат на производство пластин в США по сравнению с 23 % в Китае и 33 % затрат на производство элементов в США по сравнению с 8 % в Китае.

Производство и мировая торговля c-Si и CdTe:

Более 75% модулей c-Si и CdTe, импортированных в США в 2020 году, поступило всего из трех стран Юго-Восточной Азии — Вьетнама, Малайзии и Таиланда, а остальная часть — из Южной Кореи. Эти страны Юго-Восточной Азии в значительной степени полагаются на китайскую цепочку поставок. По состоянию на 2020 год в США была ограничена рабочая мощность кремниевых солнечных батарей. Тем не менее, следующее производство в США набрало обороты и сыграло решающую роль в растущем спросе на солнечную энергию в стране. По данным SEIA, в 2019 году было завершено монтаж мощностью 8,6 ГВт, что означает рост на 21 % по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.

Источник: Обновление NREL (Смит и др., 2021 г.)

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 затраты на импорт добавляют около 11% к общим производственным затратам. Наращивание внутренней цепочки поставок фотоэлектрических систем могло бы значительно снизить эти затраты. Существуют способы сократить разницу в стоимости за счет автоматизации линий сборки пластин и слитков. В феврале 2024 года компания First Solar объявила о своих планах инвестировать 10 миллиардов долларов США в тонкую пленку CdTe в США. Ретроспективные данные за 2023 год увеличили производственную мощность модулей на 2,75 миллиарда долларов США, экономическую ценность — на 900 миллионов долларов США, а объем производства — на 2 миллиарда долларов США.

Слитки и пластины

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

Кроме того, семи провинциям Китая были присвоены мощности по производству пластин мощностью 10 ГВт постоянного тока. Примечательно, что на долю провинции Цзянсу, расположенной на севере Шанхая, приходится 28% общей мощности полупроводниковых пластин в Китае, в то время как за пределами Китая Восточная Азия обеспечивает 10 ГВт постоянного тока мировой мощности полупроводниковых пластин. Китайская компания Jinko Solar объявила о своих планах построить во Вьетнаме завод по производству пластин и слитков постоянного тока мощностью 7 ГВт. Это направлено на оптимизацию операций по производству элементов в Малайзии и сборке модулей в США. Компания заявила, что проект был запущен в 2020 году, чтобы обойти торговые ограничения США на импорт материалов. Это стратегическое расширение подчеркивает усилия компании по созданию надежной цепочки поставок, одновременно учитывая меняющуюся динамику торговли.

Модуль и ячейки

После введения новых налоговых льгот для производства произошел значительный приток инвестиций в создание и расширение всей цепочки поставок солнечных модулей, включая слитки, модули, пластины и элементы. 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 элементов было перенесено на берег впервые с 2019 года, и ожидается, что дополнительные мощности будут введены в эксплуатацию к концу 2025 года. На сегодняшний день наблюдается резкий рост производства модулей: с 7 ГВт до введения федеральных налоговых льгот на производство до 44,4 ГВт в декабре 2024 года, что означает рост более чем на 500 %.

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

Индия в 2022 году была единственной страной, в которой произошло значительное падение импорта из Китая, что привело к падению на 76 %, или -7,5 ГВт, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. В первой половине 2022 года наблюдался общий спад на 9,8 ГВт с 2,3 ГВт. Более того, жесткое государственное регулирование, включая введение тарифов, привело к переходу от импорта к использованию внутренних производственных мощностей. С тех пор местные мощности по производству солнечных модулей в Индии расширились, и Индия установила эталон в мировом экспорте солнечных модулей и панелей в Турцию.

Несмотря на продолжающиеся усилия по отказу от зависимости от Китая в поставках комплектующих, экспорт солнечных панелей в Китае 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 энергетику еще больше увеличило зависимость Китая от экспорта солнечной энергии. 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. По прогнозам, в Африке будут наблюдаться самые высокие темпы роста импорта - 187%, поскольку правительство ищет способы смягчить нарастающий энергетический кризис, в то время как Китай активно извлекает выгоду из преобладающего 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 стали 33-м по величине продаваемым продуктом в мире с общим объемом торговли 87,7 млрд долларов США. За период с 2021 по 2022 год объем продаж фотоэлектрических, светочувствительных и светодиодных полупроводников вырос на 21,9 %, с 72 миллиардов долларов США до 87,7 миллиарда долларов США, что составляет 0,37 % от общего объема мировой торговли.

Ежегодный рост продаж фотоэлектрических и amp; Мировая торговля светодиодными полупроводниковыми устройствами

Источник: OEC

Фотоэлектрические/светодиодные полупроводниковые устройства, международная торговля

Источник: OEC

Срок службы фотоэлектрических батарей (EOL)

Растущее внимание к декарбонизации электросетей привело к пропорциональному увеличению мощностей по производству и хранению солнечной энергии во всем мире. Для контекста: для достижения целей по декарбонизации США должны устанавливать 30 ГВт переменного тока каждый год с 2025 по 2030 год. В 2021 году было установлено 19 ГВт солнечной энергии, а совокупная мощность в США достигла 100 ГВт. Это означает, что установка новых систем, вероятно, будет резко возрастать в ближайшие годы.

Хотя срок службы фотоэлектрической системы составляет около 25-35 лет, некоторые компоненты системы, включая модули, уже попадают в поток отходов. Кроме того, срок службы модулей заканчивается из-за погодных условий, производственных дефектов или ошибок при установке. Ежегодный объем EOL фотоэлектрических модулей достигнет 12% ежегодных городских электронных отходов в Соединенных Штатах к концу 2050 года. 99% материалов фотоэлектрических модулей неопасны, а 95% полностью подлежат вторичной переработке с использованием доступных технологий. Это закладывает прочную основу для малотравматичных и безопасных методов обработки материалов EOL. В настоящее время процессы обработки EOL неблагоприятны для переработки. Стоимость переработки фотоэлектрических модулей для генераторов отходов составляет 15–45 долларов США за модуль, что значительно выше, чем плата за захоронение в размере 1–5 долларов США за каждый модуль. Это, в свою очередь, может повлиять на федеральную политику и политику штата в отношении переработки отходов.

Источник: IRENA

Покрытие Плана действий

В июне 2021 года Управление технологий солнечной энергетики (SETO) опубликовало запрос на получение обратной связи от сообществ по управлению фотоэлектрическими отходами относительно ключевых проблем в обработке EOL. Ответы, интервью с экспертами и обзоры литературы были использованы для определения потенциальных областей исследований для оптимизации и оптимизации практики фотоэлектрических окончаний. В ответах подчеркивалась роль политики в обработке EOL и разработке технологий разделения для повышения эффективности восстановления материалов.

Учитывая мнения заинтересованных сторон по наиболее распространенным проблемам в проектировании оборудования, сборе и анализе данных, а также определяя роль Министерства энергетики в управлении EOL, компания SETO в 2021 году разработала пятилетний план действий.

Многолетний план программы на 2021 год был составлен на основе семинара по окончанию фотоэлектрических систем 2021 года и отзывов о запросах на информацию. Основное внимание уделяется следующим факторам экономики замкнутого цикла:

• Сбор данных и усиление; Анализ: на основе смоделированного объема отходов и обращения с ними очевидна необходимость реалистичного сбора, сортировки, транспортировки и утилизации материалов. Целью SETO является создание отдельной базы данных с данными об окончании фотоэлектрических установок мощностью 10 МВт, собранной к концу 2025 года, и внедрение комплексных стандартов данных. Кроме того, неконфиденциальные данные станут общедоступными для сообществ, занимающихся утилизацией отходов, солнечной энергии и политиков.
• Разработка аппаратного обеспечения и усиление; исследование процесса: SETO уделяет особое внимание повышению эффективности использования сырья и энергии, чтобы, в свою очередь, минимизировать ресурсы, необходимые для обработки материалов EOL, и продлить срок службы компонентов. Он рекомендует продавать сталь, медь и алюминий на рынки металлолома в EOL. Однако извлечение серебра в результате металлизации и разделение полимеров и композитов, включая нижние листы, являются некоторыми из областей, где восстановление материалов может быть затруднено. Ожидается, что исследования, направленные на повышение скорости восстановления и минимизацию затрат на восстановление, помогут изменить экономику переработки солнечных фотоэлектрических систем.