Размер и прогноз рынка солнечных фотоэлектрических (ФЭ) систем по типам продукции (тонкопленочные, многослойные, монокристаллические); конечному использованию (жилые, коммерческие, коммунальные предприятия); типу развертывания; электросетям — тенденции роста, ключевые игроки, региональный анализ на 2026-2035 годы.

Сравнительный анализ производственных мощностей по выпуску фотоэлектрических компонентов:

Анализ производства поликристаллического кремния сверху вниз.

Высокочистый поликремний обычно получают путем рафинирования металлургического кремния, который используется для производства солнечных пластин, силиконов, полупроводников и алюминиевых сплавов. Для обеспечения поставок и уровня чистоты поставщики MGS часто осуществляют обратную интеграцию и владеют значительной частью кварцевых рудников. Кроме того, переработка MGS, как правило, энергоемка, поэтому крайне важно производить его в местах с обильными и доступными источниками электроэнергии, таких как Малайзия, Норвегия, США и Синьцзянский регион Китая. В настоящее время Китай доминирует на этом рынке, владея более чем 70% мировых производственных мощностей MGS, при этом на долю десяти китайских компаний приходится 35% внутренних мощностей, а на долю пяти крупнейших компаний — около 25%.

Основные производственные площадки MGS и их производственная мощность (тысячи метрических тонн)

Источник: Министерство энергетики США

Производство MGS в Северной Америке ведущими претендентами (2022)

Основное применение поликремния — фотовольтаика (на которую приходится 80% спроса), а также полупроводники и бытовая электроника. Несмотря на наличие нескольких технологий производства поликремния, две основные технологии занимают наибольшую долю рынка. Метод реактора с псевдоожиженным слоем (FBR) составляет 3–5% рынка, а метод химического осаждения из газовой фазы Siemens — 90%. Процесс Siemens включает пропускание силанового прекурсора или газообразного трихлорсилана (TCS) над нагретыми кремниевыми нитями. Полученные соединения далее перерабатываются для синтеза поликремния. Практически все производственные мощности по выпуску поликремния сосредоточены в 10 странах, при этом на Китай приходится 72% мировых мощностей.

Наличие ключевых поставщиков в Китае играет решающую 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 года до 28,46 долл. США/кг в июне 2021 года. Это объясняется дисбалансом спроса и предложения из-за расширения мощностей по производству кремниевых пластин и элементов питания. Поскольку поликремний становится критическим узким местом, предприятия, работающие в смежных отраслях, такие как производители элементов питания и пластин, стратегически накапливают запасы поликремния для удовлетворения ожидаемого спроса, в значительной степени обусловленного распространением крупномасштабных энергетических установок в Китае. Согласно объявленным проектам, ожидается, что производство поликремния удвоится в ближайшие несколько лет. Некоторые из новых построенных заводов имеют производственную мощность 30 000–70 000 тонн в год, и планируется строительство предприятий мощностью более 100 000 тонн.

Китайские компании стремятся снизить цены на поликремний, создавая производственные мощности и размещая производство в регионах с доступными земельными участками, электроэнергией и рабочей силой. Значительная часть производства сосредоточена в западных провинциях, включая Внутреннюю Монголию, Цинхай, Сычуань и особенно Синьцзян. В настоящее время на эти регионы приходится 54% и 39% мирового производства поликремния в Китае. На основе действующих проектов до 2022 года приведена оценка общего объема производства компонентов солнечных фотоэлектрических систем в Китае.

Низкие затраты на рабочую силу в Китае и концентрированная цепочка поставок кремниевых фотоэлектрических элементов создали барьер для входа других игроков. В США затраты на рабочую силу составляют 22% от производственных затрат по сравнению с 8% в Китае, 36% от стоимости производства кремниевых пластин в США против 23% в Китае и 33% от стоимости производства элементов в США против 8% в Китае.

Производство и мировая торговля кристаллическим кремнием (c-Si) и кадмиевым теллуром (CdTe):

Более 75% модулей из кристаллического кремния (c-Si) и теллура кадмия (CdTe), импортированных в США в 2020 году, поступили 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 зависят от китайской цепочки поставок. По состоянию на 2020 год производственные мощности США по выпуску кремниевых солнечных элементов были ограничены. Однако последующее развитие производства в США набрало обороты и сыграло ключевую роль в растущем спросе на солнечную энергию в стране. По данным SEIA, в 2019 году было завершено строительство объектов общей мощностью 8,6 ГВт, что на 21% больше, чем годом ранее.

Источник: NRELupdate (Смит и др., 2021)

Из-за пробелов в глобальной цепочке поставок фотоэлектрических элементов, таких как высокие капитальные затраты и стоимость рабочей силы, практически все сырье и компоненты из кристаллического кремния импортируются в западные страны из стран Юго-Восточной Азии. Эти импортные расходы увеличивают общие производственные затраты примерно на 11%. Развитие внутренней цепочки поставок фотоэлектрических элементов значительно снизит эти затраты. Существуют пути сокращения разницы в стоимости за счет автоматизации линий сборки пластин и слитков. В феврале 2024 года компания First Solar объявила о планах инвестировать 10 миллиардов долларов США в производство тонких пленок CdTe в США. Ретроспективные данные за 2023 год показали увеличение производственных мощностей модулей на 2,75 миллиарда долларов США, экономическую выгоду на 900 миллионов долларов США и объем производства на 2 миллиарда долларов США.

Слитки и пластины

В 2020 году десять китайских компаний произвели 98% всех солнечных пластин, из которых три компании — LONGi, GCL и Zhonghuan — обеспечили 71% производственных мощностей. С 2016 по 2020 год совокупные мощности вышеупомянутых компаний выросли с 29 ГВт постоянного тока (29% от мировых мощностей) до 173 ГВт постоянного тока (58% от мировых мощностей). Эта тенденция сопровождалась быстрым ростом доли рынка монокристаллических фотоэлектрических модулей.

Кроме того, семи китайским провинциям было выделено по 10 ГВт постоянного тока на производство кремниевых пластин. Примечательно, что на провинцию Цзянсу, расположенную к северу от Шанхая, приходится 28% от общей мощности производства кремниевых пластин в Китае, а за пределами Китая Восточная Азия обеспечивает 10 ГВт постоянного тока мирового производства кремниевых пластин. Китайская компания Jinko Solar объявила о планах строительства завода по производству кремниевых пластин и слитков мощностью 7 ГВт постоянного тока во Вьетнаме. Это направлено на оптимизацию операций по производству солнечных элементов в Малайзии и сборке модулей в США. Компания заявила, что начало проекта было положено в 2020 году, чтобы обойти торговые ограничения США на импорт материалов. Это стратегическое расширение подчеркивает усилия компании по созданию надежной цепочки поставок в условиях меняющейся торговой ситуации.

Модуль и ячейки

С момента введения новых налоговых льгот для производителей наблюдается значительный приток инвестиций в строительство и расширение всей цепочки поставок солнечных модулей, включая слитки, модули, пластины и ячейки. До принятия федеральных мер стимулирования производства существовало примерно 16,6 ГВт или 41 500 тонн в год мощностей по производству поликристаллического кремния и 7 ГВт в год мощностей по производству модулей. Производство ячеек было впервые с 2019 года переведено на территорию США, и ожидается, что дополнительные мощности по производству ячеек будут введены в эксплуатацию к концу 2025 года. На сегодняшний день наблюдается резкий рост производства модулей: с 7 ГВт до введения федеральных налоговых льгот для производителей до 44,4 ГВт в декабре 2024 года, что означает рост более чем на 500%.

Общая стоимость цепочки поставок фотоэлектрических модулей в США, включая действующие, строящиеся и объявленные проекты, оценивается в 81,6 ГВт. Создание цепочки поставок фотоэлектрических модулей — медленный процесс из-за сроков соответствия требованиям, получения разрешений, строительства и ввода в эксплуатацию. Чем выше ступенька в цепочке поставок, тем дольше время строительства. Ожидается, что расширение заводов продолжится в течение следующих нескольких лет.

В 2022 году Индия стала единственной страной, где наблюдалось значительное сокращение импорта из Китая, что привело к падению на 76% или -7,5 ГВт в годовом исчислении. В первом полугодии 2022 года общее снижение составило 9,8 ГВт с 2,3 ГВт. Более того, жесткие государственные правила, включая введение тарифов, привели к переходу от импорта к использованию собственных производственных мощностей. С тех пор индийские мощности по производству солнечных модулей значительно выросли, и Индия установила эталон в мировом экспорте солнечных модулей и панелей.

Несмотря на продолжающиеся усилия по снижению зависимости от Китая в поставках комплектующих, экспорт солнечных панелей из Китая вырос на 34% в первом полугодии 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 от китайского экспорта солнечной энергии. Из 90,4% объема экспорта Европа стала крупнейшим импортером (58%), за ней следует Бразилия, получившая 9,5 ГВт солнечных панелей китайского производства в первом полугодии 2023 года. Прогнозируется, что в Африке будет наблюдаться самый быстрый темп роста импорта — 187%, поскольку правительство ищет способы смягчить растущий энергетический кризис, в то время как Китай активно использует существующий разрыв между спросом и предложением.

Экспорт солнечной энергии из Китая в первом полугодии 2023 года, доля (%) в долларовом выражении.

Источник: Ember Energy

Экспоненциальный рост рынка солнечных фотоэлектрических систем оказывает положительное влияние на мировой рынок полупроводников. В 2022 году устройства занимали 33-е место в мире по объему торгов, общий объем которых составил 87,7 млрд долларов США. В период с 2021 по 2022 год рынок 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.

Ежегодный рост мировой торговли фотоэлектрическими и светодиодными полупроводниковыми приборами

Источник: ОЭС

Мировая торговля фотоэлектрическими/светодиодными полупроводниковыми устройствами

Источник: ОЭС

Отказ от использования фотоэлектрических систем (EOL)

Усиление внимания к декарбонизации электросетей пропорционально увеличило мощности по производству и хранению солнечной энергии во всем мире. Для сравнения, для достижения целей по декарбонизации США должны устанавливать 30 ГВт переменного тока ежегодно с 2025 по 2030 год. В 2021 году было установлено 19 ГВт солнечных мощностей, а совокупная мощность в США достигла 100 ГВт. Это означает, что установка новых систем, вероятно, будет резко расти 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 выходят из строя из-за повреждений, вызванных погодными условиями, серийных производственных дефектов или ошибок при установке. К концу 2050 года ежегодный объем отработанных фотоэлектрических модулей в США достигнет 12% от общего объема ежегодных бытовых электронных отходов. 99% материалов фотоэлектрических модулей не являются опасными, а 95% полностью перерабатываются с использованием доступных технологий. Это создает прочную основу для щадящих и безопасных методов обращения с отработанными материалами. В настоящее время процессы обращения с отработанными материалами неблагоприятны для переработки. Стоимость переработки фотоэлектрических модулей для производителей отходов составляет 15-45 долларов за модуль, что значительно выше платы за захоронение на полигоне, составляющей 1-5 долларов за модуль. Это, в свою очередь, вероятно, повлияет на федеральную и государственную политику в отношении обработки отходов.

Источник: IRENA

Охват плана действий

В июне 2021 года Управление по технологиям солнечной энергии (SETO) выпустило запрос информации (RFI) для получения отзывов от сообществ, занимающихся утилизацией отходов фотоэлектрических систем, относительно ключевых проблем в переработке отходов, отслуживших свой срок. Полученные ответы, интервью с экспертами и обзоры литературы были использованы для определения потенциальных областей исследований, направленных на оптимизацию и упрощение практики переработки отходов фотоэлектрических систем. В ответах подчеркивалась роль политики в обращении с отходами и разработка технологий разделения для повышения эффективности извлечения материалов.

С учетом мнения заинтересованных сторон о распространенных проблемах в проектировании оборудования, сборе и анализе данных, а также с учетом роли Министерства энергетики США в управлении выводом оборудования из эксплуатации, SETO в 2021 году представила пятилетний план действий.

Многолетний программный план на 2021 год был разработан на основе результатов семинара по утилизации фотоэлектрических систем в 2021 году и отзывов на запросы информации. Он сосредоточен на следующих факторах, способствующих развитию экономики замкнутого цикла:

• Сбор и анализ данных: На основе смоделированных объемов отходов и способов их обработки очевидна необходимость реалистичного сбора, сортировки, транспортировки и переработки материалов. SETO стремится создать автономную базу данных с данными об отходах фотоэлектрических систем общей мощностью 10 МВт, собранными к концу 2025 года, и внедрить комплексные стандарты данных. Кроме того, неконфиденциальные данные будут доступны для общественности в сфере управления отходами, солнечной энергетики и разработки политики.
• Разработка оборудования и исследования технологических процессов: SETO уделяет особое внимание повышению эффективности использования сырья и энергии, чтобы, в свою очередь, минимизировать ресурсы, необходимые для обработки отслуживших свой срок материалов, и продлить срок службы компонентов. Рекомендуется продавать сталь, медь и алюминий на рынки металлолома после окончания срока службы. Однако извлечение серебра из металлизации и разделение полимеров и композитов, включая задние пластины, являются одними из областей, где извлечение материалов может представлять собой проблему. Исследования по повышению коэффициента извлечения при одновременном минимизировании затрат на извлечение, как ожидается, помогут изменить экономику переработки солнечных фотоэлектрических элементов.