Perspectivas del mercado de energía solar fotovoltaica (PV): tendencias de producción global, análisis comercial y empresas líderes 2025-2037

Análisis comparativo de la capacidad de fabricación de componentes fotovoltaicos:

Un análisis de arriba hacia abajo de la producción de polisilicio

El polisilicio de alta pureza generalmente se obtiene refinando silicio de grado metalúrgico, que se utiliza para fabricar obleas solares, siliconas, semiconductores y aleaciones de aluminio. Para garantizar los niveles de suministro y pureza, los proveedores de MGS a menudo integran y poseen una parte importante de las minas de cuarzo. Además, el procesamiento de glutamato monosódico suele consumir mucha energía, por lo que es imperativo producirlo en lugares con fuentes de electricidad abundantes y asequibles, como Malasia, Noruega, Estados Unidos y la región china de Xinjiang. Actualmente, China domina ese mercado con más del 70 % de la capacidad de producción mundial de MGS, y diez empresas chinas representan el 35 % de la capacidad nacional, mientras que las cinco principales poseen aproximadamente el 25 %.

Principales ubicaciones y centros de fabricación de MGS. capacidad de producción (miles de toneladas métricas)

Fuente: Departamento de Energía de EE. UU.

Producción de MGS en Norteamérica según los principales competidores (2022)

El principal caso de uso del polisilicio es el fotovoltaico (que representa el 80% de la demanda) y el otro son los semiconductores y la electrónica de consumo. A pesar de que existen varias técnicas de producción de polisilicio, se atribuyen dos enfoques generales a las mayores cuotas de mercado. El método del reactor de lecho fluidizado (FBR) representa entre el 3% y el 5% de la cuota de mercado y el método de deposición química de vapor de Siemens tiene una cuota del 90%. El proceso Siemens implica el paso de un precursor de silano o triclorosilano gaseoso (TCS) sobre los filamentos de silicio calentados. Los compuestos recuperados se procesan aún más para sintetizar polisilicio. Prácticamente toda la capacidad de fabricación de polisilicio se encuentra en 10 países, y China representa el 72 % de la capacidad mundial.

La presencia de suministros clave en China es fundamental para determinar los costos de los componentes, incluido el polisilicio. Según la EIA, los precios del polisilicio se triplicaron, de 6,27 USD/kg en junio de 2020 a 28,46 USD/kg en junio de 2021. Esto se atribuye a un desequilibrio entre la oferta y la demanda debido a la expansión de la capacidad de fabricación de obleas y células. Dado que el polisilicio se está convirtiendo en un cuello de botella crítico, las entidades transformadoras, como los productores de células y obleas, han estado acumulando estratégicamente suministros de polisilicio para satisfacer la demanda prevista, impulsada en gran medida por la proliferación del despliegue a escala de servicios públicos en China. Según los proyectos anunciados, se espera que la capacidad de fabricación de polisilicio se duplique en los próximos años. Algunas de las nuevas plantas construidas tienen una capacidad de fabricación de entre 30.000 y 70.000 toneladas al año, y se prevé que se construirán instalaciones con una capacidad de más de 100.000 toneladas.

Las empresas chinas han estado interesadas en reducir los precios del polisilicio estableciendo instalaciones de fabricación y fabricando en áreas con costos de tierra, electricidad y mano de obra asequibles. Las provincias occidentales tienen un desarrollo considerable, incluidas Mongolia Interior, Quinghai, Sichuan y, especialmente, Xinjiang. Actualmente alberga el 54% y el 39% de la producción mundial de China. A continuación se muestra una estimación del rendimiento general del componente solar fotovoltaico de China, basándose en proyectos activos hasta el 2022.

Los bajos costos laborales de China y la cadena de suministro fotovoltaica concentrada de c-Si han planteado una barrera de entrada para otros actores. En Estados Unidos, el gasto laboral representa el 22 % de los costes de fabricación frente al 8 % en China, el 36 % de los costes de fabricación de obleas en EE. UU. frente al 23 % en China, y el 33 % de los costes de fabricación de células en EE. UU. frente al 8 % en China.

Producción y comercio mundial de c-Si y CdTe:

Más del 75 % de los módulos de c-Si y CdTe importados por EE. UU. en 2020 provinieron de solo tres países del sudeste asiático: Vietnam, Malasia y Tailandia, y el resto de Corea del Sur. Estos países del sudeste asiático dependen en gran medida de una cadena de suministro china. En 2020, Estados Unidos tenía una capacidad operativa limitada de células solares de silicio. Sin embargo, la siguiente industria manufacturera en Estados Unidos ganó terreno y resultó fundamental en la creciente demanda solar del país. Según la SEIA, en 2019 se instalaron 8,6 GW, lo que supone un crecimiento interanual del 21 %.

Fuente: NRELupdate of (Smith et al. 2021)

Debido a brechas en la cadena de suministro fotovoltaica global, como los altos gastos de capital y costos laborales, prácticamente todas las materias primas y componentes de c-Si se importan a las naciones occidentales desde los países del Sudeste Asiático. Estos costos de importación añaden alrededor del 11% a los gastos totales de fabricación. Un aumento de la cadena de suministro fotovoltaica nacional reduciría significativamente estos costos. Existen formas de reducir el delta de costos con la automatización de las líneas de ensamblaje de obleas y lingotes. En febrero de 2024, First Solar anunció sus planes de invertir 10.000 millones de dólares en películas delgadas de CdTe en Estados Unidos. Las cifras retrospectivas de 2023 añadieron 2750 millones de dólares de valor a la capacidad de producción de módulos, 900 millones de dólares de valor económico y 2000 millones de dólares de producción.

Lingotes y obleas

Diez empresas chinas fabricaron el 98 % del total de obleas solares en 2020, de las cuales tres empresas: LONGi, GCL y Zhonghuan obtuvieron el 71 % de la capacidad producida. De 2016 a 2020, las empresas antes mencionadas aumentaron su capacidad colectiva a 173 GWdc (58% de la capacidad global) desde 29 GWdc (29% de la capacidad global). A esta tendencia le siguió el rápido crecimiento de la cuota de mercado de los módulos fotovoltaicos monocristalinos.

Además, a siete provincias chinas se les atribuyó una capacidad de producción de obleas de 10 GWdc. En particular, Jiangsu, ubicada en el norte de Shanghai, representó el 28% de la capacidad total de obleas de China, mientras que fuera de China, Asia Oriental aporta 10 GWdc de capacidad mundial de obleas. Jinko Solar, con sede en China, anunció sus planes de construir una instalación de lingotes y obleas de 7 GWdc en Vietnam. Esto tiene como objetivo agilizar las operaciones de producción de células en Malasia y el ensamblaje de módulos en los EE. UU. La compañía declaró que el inicio del proyecto se realizó en 2020, para evitar las restricciones comerciales de los EE. UU. sobre la importación de materiales. Esta expansión estratégica subraya los esfuerzos de la empresa por construir una cadena de suministro sólida mientras navega por la cambiante dinámica comercial.

Módulo y celdas

Desde la implementación de nuevos créditos fiscales para la fabricación, ha habido una importante afluencia de inversiones para construir y ampliar toda la cadena de suministro de módulos solares, incluidos lingotes, módulos, obleas y células. Antes de la promulgación de los incentivos federales a la fabricación, había aproximadamente 16,6 GW o 41.500 TM/año de capacidad de polisilicio y 7 GW/año de capacidad de módulos. La fabricación de células se instaló en el país por primera vez desde el 2019 y se espera que haya capacidad adicional de células para finales de 2025. Hasta la fecha, se ha producido un fuerte crecimiento en la producción de módulos, pasando de 7 GW antes de los créditos fiscales federales a la fabricación a 44,4 GW en diciembre de 2024, lo que supone un aumento de más del 500 %.

La cadena de suministro total de módulos de EE. UU., incluidos los proyectos operativos, en construcción y anunciados, alcanzó un valor estimado de 81,6 GW. El establecimiento de una cadena de suministro de módulos fotovoltaicos es un proceso lento debido a los períodos de conformidad, los permisos, la construcción y la puesta en servicio. Cuanto más arriba en la escala de la cadena de suministro, mayor será el tiempo de construcción. Se prevé que las nuevas ampliaciones de fábricas continúen durante los próximos años.

India en 2022 fue el único país que experimentó una caída importante en las importaciones procedentes de China, lo que supuso una caída del 76 % o -7,5 GW interanual. En el primer semestre de 2022 se observó una caída total de 9,8 GW desde 2,3 GW. Además, las estrictas regulaciones gubernamentales, incluida la imposición de aranceles, dieron como resultado un cambio de las importaciones a la utilización de la capacidad de fabricación nacional. La capacidad de producción local de módulos solares de la India ha aumentado desde entonces y el país ha establecido un punto de referencia en las exportaciones mundiales de módulos y paneles solares a Turquía.

A pesar de los esfuerzos en curso para desvincularse de la dependencia de China para el suministro de componentes, las exportaciones de paneles solares de China aumentaron un 34 % en el primer semestre de 2023. Esto es fundamental para satisfacer la alta demanda de energía en Europa y Sudáfrica. El creciente enfoque en la transición a la energía limpia ha aumentado aún más la dependencia de las exportaciones solares de China. Del volumen de exportación del 90,4%, Europa se convirtió en el mayor importador (58%), seguida de Brasil, que recibió 9,5 GW de paneles solares fabricados en China en la primera mitad del 2023. Se prevé que África experimente la tasa de crecimiento de las importaciones más rápida, del 187%, mientras el gobierno busca formas de mitigar la creciente crisis energética, mientras que China está capitalizando en gran medida la brecha existente entre la oferta y la demanda.

Exportaciones solares de China en el primer semestre del 2023, porcentaje (%) en términos de valor en dólares

Fuente: Ember Energy

El crecimiento exponencial del mercado de la energía solar fotovoltaica está influyendo positivamente en el mercado mundial de semiconductores. En 2022, Dispositivos fue el producto número 33 más comercializado en el mundo, con un comercio total de USD 87,7 mil millones. Entre 2021 y 2022, los semiconductores fotovoltaicos, fotosensibles y LED crecieron un 21,9 %, de 72.000 millones de dólares a 87.700 millones de dólares, lo que representa el 0,37 % del comercio mundial total.

Crecimiento anual de energía fotovoltaica y Comercio mundial de dispositivos semiconductores LED

Fuente: OEC

Comercio mundial de dispositivos semiconductores fotovoltaicos/LED

Fuente: OEC

Fin de vida útil (EOL) de la energía fotovoltaica

El creciente interés por descarbonizar las redes eléctricas ha aumentado proporcionalmente las capacidades de generación y almacenamiento de energía solar en todo el mundo. A modo de contexto, para cumplir los objetivos de descarbonización, Estados Unidos debe instalar 30 GWac cada año entre 2025 y 2030. En 2021 se instalaron 19 GW de capacidad solar y la capacidad acumulada ha alcanzado los 100 GW en Estados Unidos. Esto significa que es probable que la instalación de nuevos sistemas aumente a un ritmo pronunciado en los próximos años.

Si bien la vida útil de un sistema fotovoltaico es de aproximadamente 25 a 35 años, algunos componentes del sistema, incluidos los módulos, ya están ingresando al flujo de desechos. Además, los módulos llegan al final de su vida útil debido a daños climáticos, defectos en serie de fabricación o errores de instalación. El volumen anual EOL de los módulos fotovoltaicos alcanzará hasta el 12% de los desechos electrónicos municipales anuales en los Estados Unidos para fines de 2050. El 99% de los materiales de los módulos fotovoltaicos no son peligrosos y el 95% son completamente reciclables con las tecnologías disponibles. Esto establece una base sólida para métodos de manipulación de materiales EOL seguros y de bajo impacto. Actualmente, los procesos de manipulación de EOL son desfavorables para el reciclaje. El costo de reciclaje de los módulos fotovoltaicos para los generadores de desechos es de $15 a $45 por módulo, lo que es significativamente más alto que la tarifa del vertedero de $1 a $5 por cada módulo. A su vez, es probable que esto afecte a las políticas federales y estatales sobre cómo se procesan los residuos.

Fuente: IRENA

Cobertura del plan de acción

En junio de 2021, la Oficina de Tecnologías de Energía Solar (SETO) emitió una RFI para solicitar comentarios de las comunidades de gestión de residuos fotovoltaicos sobre los desafíos clave en el procesamiento de EOL. Las respuestas, las entrevistas a expertos y las revisiones de la literatura se utilizaron para identificar posibles áreas de investigación para agilizar y optimizar las prácticas de fin de vida fotovoltaica. Las respuestas hicieron hincapié en el papel de las políticas en la manipulación del final de su vida útil y en el desarrollo de tecnologías de separación para mejorar la recuperación de materiales.

Con las aportaciones de las partes interesadas sobre los desafíos predominantes en el diseño de hardware, la recopilación y el análisis de datos, y la identificación del papel del DOE en la gestión de EOL, SETO lanzó en el 2021 un plan de acción de cinco años.

El plan del programa plurianual de 2021 se estableció en base al taller de EOL de PV de 2021 y los comentarios de RFI. Se centra en los siguientes facilitadores de una economía circular:

• Recopilación y recopilación de datos. Análisis: Con base en el volumen y manejo de desechos modelados, es evidente la necesidad de una recolección, clasificación, transporte y recuperación de materiales realistas. SETO tiene como objetivo establecer una base de datos independiente con 10 MW de datos EOL fotovoltaicos recopilados para fines de 2025 e implementar estándares de datos integrales. Además, los datos no confidenciales se pondrán a disposición del público para las comunidades de gestión de residuos, energía solar y políticas.
• Desarrollo y desarrollo de hardware. Investigación de procesos: SETO enfatiza la mejora de las materias primas y la eficiencia del uso de energía para, a su vez, minimizar los recursos necesarios para procesar materiales EOL y extender la vida útil de los componentes. Recomienda que el acero, Cu y Al se vendan a los mercados de chatarra en el EOL. Sin embargo, la recuperación de plata de la metalización y la separación de polímeros y compuestos, incluidas las láminas posteriores, son algunas de las áreas donde la recuperación de materiales puede ser un desafío. Se espera que la investigación para mejorar la tasa de recuperación y al mismo tiempo minimizar la carga de los costes de recuperación ayude a cambiar la economía del reciclaje de energía solar fotovoltaica.