Размер и доля рынка солнечных фотоэлектрических (ФЭ) систем по технологиям (кристаллический кремний и тонкопленочные); типу установки (наземные, кровельные и плавающие ФЭ); конечным пользователям (жилые, коммерческие, промышленные объекты и коммунальные предприятия); компонентам (солнечные модули, инверторы, вспомогательное оборудование, системы хранения энергии и солнечные трекеры) - глобальный анализ спроса и предложения, прогнозы роста, статистический отчет на 2026-2036 годы.

Перспективы рынка солнечных фотоэлектрических систем (ФЭС):

Объем рынка солнечных фотоэлектрических систем (ФЭС) в 2025 году оценивался в 979,9 млрд долларов США и, как ожидается, превысит 2,24 трлн долларов США к 2036 году, увеличиваясь на 7,63% в год в течение прогнозируемого периода, то есть с 2026 по 2036 год. В 2026 году объем отрасли солнечных фотоэлектрических систем оценивался в 1,07 трлн долларов США.

Картирование цепочки поставок:

Динамика производства и торговли комплектующими в ключевых странах

Рынок солнечных фотоэлектрических систем является краеугольным камнем производства чистой электроэнергии и ставит перед собой цель достижения устойчивого энергетического перехода и нулевых выбросов к 2050 году. Цепочка поставок фотоэлектрических модулей начинается с переработки поликристаллического кремния, получаемого из металлургического кремния (MGS) и кристаллического кремния (c-Si). Примерно 96% мировых поставок фотоэлектрических модулей в 2020 году осуществлялись с использованием технологии c-Si, получаемой путем плавления кусков поликристаллического кремния в слитки, нарезки их на тонкие пластины и преобразования этих пластин в фотоэлектрические элементы и модули. Другие фотоэлектрические модули используют технологию теллурида кадмия (CdTe), которая получила более широкое распространение в США (16% по сравнению с 4% в мире), а на долю c-Si приходится оставшиеся 84%.

Динамика цепочки поставок фотоэлектрической энергии в США:

Рынок солнечных фотоэлектрических систем играет ключевую роль в усилиях США по сокращению выбросов парниковых газов и минимизации воздействия изменения климата. Десятилетия инноваций и значительное снижение затрат сделали фотоэлектрическую энергетику одним из самых доступных способов производства электроэнергии. Что касается отказа от зависимости от поставок сырья из Китая и его влияния на производственный сектор США, страна стремится перевести цепочку поставок фотоэлектрической энергии в собственное производство. США обладают определенными производственными мощностями по выпуску тонкопленочных модулей CdTe, которые не зависят от поставок сырья из Китая. Более 16% установок модулей CdTe поставляются одной американской компанией, которая также произвела треть этих модулей CdTe в США. Учитывая темпы декарбонизации экономики, маловероятно, что какая-либо альтернативная технология, включая CdTe, сможет полностью вытеснить традиционную генерацию электроэнергии до 2050 года.

В 2010 году на солнечную энергетику приходилось 5% от общего прироста мощностей по производству энергии, а к 2024 году ее доля выросла до 58%, составив колоссальные 36,4 ГВт из 62,8 ГВт общей электроэнергии, произведенной в США (почти вдвое больше, чем 18,4 ГВт в 2023 году). Как показано на следующем графике, по оценкам, при сохранении сценария развития событий глобальные поставки электроэнергии достигнут 200 ГВт постоянного тока к 2030 году, а при глобальной декарбонизации они могут вырасти до более чем 500 ГВт постоянного тока к 2030 году.

Внутреннее производство сырья, слитков и вафель в 2022 году

Для декарбонизации электроэнергетики в США потребуется значительное ускорение ежегодного ввода в эксплуатацию солнечных электростанций. При агрессивном сценарии декарбонизации ожидается, что к 2030 году объем солнечных установок увеличится в четыре раза по сравнению с 19 ГВт постоянного тока в 2020 году. По данным SEIA, в 2023 году было установлено 40,3 ГВт постоянного тока солнечных электростанций, в результате чего совокупная мощность достигла 186,5 ГВт постоянного тока. Несмотря на рост внедрения, на солнечную энергию приходилось всего 5,6% от общего объема производства электроэнергии и 11,2% от чистой летней мощности в 2023 году. Около 22 штатов производили не менее 5% электроэнергии за счет солнечной энергии, при этом Калифорния лидирует с показателем 28,2%. Параллельно быстро растет внедрение систем хранения энергии: в 2023 году в сеть было добавлено 26,0 ГВт·ч или 8,8 ГВт переменного тока, что на 34% больше, чем годом ранее. В перспективе, согласно прогнозам, объем мировых поставок фотоэлектрической энергии достигнет около 200 ГВт постоянного тока при сохранении существующего сценария развития событий, в то время как полная декарбонизация может вывести объемы установок за пределы 500 ГВт постоянного тока к 2030 году, что подчеркивает масштабы роста, необходимые для достижения климатических целей.

Стратегии, действия и рекомендации:

Налоговые льготы на производство (PTC) и инвестиционные налоговые льготы (ITC) являются основными направлениями политики в США. Однако наиболее заметное изменение в политике прямой поддержки было реализовано в 2022 году с принятием Закона о снижении инфляции (IRA), федерального закона о предоставлении кредитов, грантов и расширении налоговых льгот. Это сыграло решающую роль в социально справедливом развитии производства и установки фотоэлектрических систем как в малых, так и в крупных масштабах. Закон санкционировал инвестиции в размере 370 миллиардов долларов США, а Фонд сокращения выбросов парниковых газов Агентства по охране окружающей среды США выделил 7 миллиардов долларов США в виде грантов.

IRA предлагает следующие стимулы для развития солнечной энергетики.

Источник: Европейская платформа технологий и инноваций в области фотовольтаики.

Сводная информация о налоговых льготах, применимых к PV в рамках IRA. MPTC = Налоговая льгота на производство, PTC = Налоговая льгота на производство, ITC = Инвестиционная налоговая льгота, GHG = Налог на выбросы парниковых газов

Источник: Европейская платформа технологий и инноваций в области фотовольтаики.

Сборка модулей из кристаллического кремния (c-Si) в США началась в 2018 году с использованием импортных элементов, и к 2020 году было собрано 4,3 ГВт постоянного тока фотоэлектрических модулей, что на 24% больше, чем в 2019 году. Этот рост был в основном обусловлен стратегическим удвоением производственных мощностей компанией First Solar. По мере роста спроса на фотоэлектрическую энергию появляются новые возможности для дальнейшего развития внутреннего производства. Вследствие введенных в 2021 году импортных ограничений, потенциально связанных с компаниями из Китая, неизбежно укрепится цепочка поставок фотоэлектрической энергии в США. Среди ведущих компаний по производству поликремния в стране можно выделить Hemlock из Мичигана (с годовой производственной мощностью 35 000 тонн); Wacker (с 20 000 тонн), работающую в Теннесси; REC Silicon (с заводом мощностью 16 000 тонн в Вашингтоне и заводом мощностью 4 000 тонн в Монтане) и Mitsubishi из Алабамы (с 1 500 тоннами). Компаниям Hemlock, REC и Wacker были предоставлены налоговые льготы в соответствии с разделом 48C, что впоследствии способствовало расширению мощностей по производству поликремния.

Источник: EIA

Согласно данным Управления энергетической информации США (EIA), объем розничных продаж электроэнергии в США составил 3 861 миллиард долларов США, что значительно больше, чем 66 миллиардов долларов США в 2022 году. Розничные продажи включают чистый импорт или импорт за вычетом экспорта электроэнергии из Мексики и Канады.

Объемы продаж электроэнергии розничным потребителям в США и их процентная доля в общем объеме продаж (2023 г.)

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 рынке солнечной фотовольтаики, 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%.

Источник: Министерство энергетики США

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, США имели ограниченные производственные мощности по выпуску кремниевых солнечных элементов. 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 демонстрирует рост на 21% по сравнению с предыдущим годом.

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

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%. Укрепление 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% всего объема солнечных кремниевых пластин, из которых три компании — LONGi, GCL и Zhonghuan — обеспечили 71% производственных мощностей. С 2016 по 2020 год вышеупомянутые компании увеличили свои совокупные мощности 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 в солнечной фотоэлектрической энергетике. Кроме того, семи провинциям Китая 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, в то время как за пределами Китая Восточная Азия обеспечивает 10 ГВт постоянного тока от мировых мощностей по производству кремниевых пластин. Китайская компания Jinko Solar объявила о планах строительства завода по производству кремниевых пластин и слитков мощностью 7 ГВт постоянного тока во Вьетнаме. Цель проекта – оптимизация производственных процессов по выпуску элементов питания в Малайзии и сборке модулей в США. Компания заявила, что проект был инициирован в 2020 году для обхода торговых ограничений США на импортные материалы. 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 элементы. До принятия федеральных мер стимулирования производства мощность поликристаллического кремния составляла примерно 16,6 ГВт или 41 500 тонн в год, а мощность производства модулей — 7 ГВт в год. Производство элементов было впервые с 2019 года переведено на территорию США, и ожидается, что дополнительные мощности по производству элементов 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 увеличение 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.

Экспоненциальный рост рынка солнечных фотоэлектрических элементов оказывает положительное влияние на мировой рынок полупроводниковых солнечных фотоэлектрических элементов. В 2022 году эти устройства занимали 33-е место в мире по объему торгов, с общим объемом в 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 США за модуль, что значительно выше платы за захоронение на полигоне, составляющей 1-5 долларов США за каждый модуль. Это, в свою очередь, может повлиять на федеральную и государственную политику в отношении способов переработки 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 для солнечных фотоэлектрических систем после их 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. Ожидается, что исследования по повышению коэффициента извлечения при минимизации затрат на извлечение помогут изменить экономику переработки солнечных фотоэлектрических систем.