Marché du photovoltaïque solaire : taille et prévisions, par produit (couches minces, multi-silicium, mono-silicium) ; utilisation finale (résidentielle, commerciale, centrales électriques) ; déploiement ; réseau – tendances de croissance, principaux acteurs, analyse régionale 2026-2035

Analyse comparative des capacités de production des composants photovoltaïques :

Une analyse descendante de la production de polysilicium

Le polysilicium de haute pureté est généralement obtenu par raffinage du silicium de qualité métallurgique, utilisé pour la fabrication de plaquettes solaires, de silicones, de semi-conducteurs et d'alliages d'aluminium. Afin de garantir l'approvisionnement et les niveaux de pureté, les fournisseurs de silicium métallurgique (MSG) intègrent souvent la chaîne de valeur en amont et possèdent une part importante des mines de quartz. De plus, le traitement du MSG est généralement énergivore, ce qui rend impératif sa production dans des régions disposant de sources d'électricité abondantes et abordables, comme la Malaisie, la Norvège, les États-Unis et la région du Xinjiang en Chine. Actuellement, la Chine domine ce marché avec plus de 70 % de la capacité de production mondiale de MSG, et dix entreprises chinoises représentent 35 % de la capacité nationale, tandis que les cinq premières en détiennent environ 25 %.

Principaux sites de production et capacité de production de MGS (milliers de tonnes métriques)

Source : Département de l'Énergie des États-Unis

Production de MGS en Amérique du Nord par les principaux concurrents (2022)

Le principal usage du polysilicium est le photovoltaïque (qui représente 80 % de la demande), les semi-conducteurs et l'électronique grand public étant également utilisés. Malgré l'existence de plusieurs techniques de production de polysilicium, deux approches se partagent la plus grande part de marché. La méthode du réacteur à lit fluidisé (RLF) représente 3 à 5 % du marché, tandis que le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de Siemens en détient 90 %. Le procédé Siemens consiste à faire passer un précurseur de silane ou du trichlorosilane gazeux (TCS) sur des filaments de silicium chauffés. Les composés récupérés sont ensuite transformés pour synthétiser le polysilicium. La quasi-totalité de la capacité de production de polysilicium est concentrée dans une dizaine de pays, la Chine représentant à elle seule 72 % de la capacité mondiale.

La présence de matières premières clés en Chine est déterminante pour le coût des composants, notamment du polysilicium. Selon l'EIA, le prix du polysilicium a triplé, passant de 6,27 USD/kg en juin 2020 à 28,46 USD/kg en juin 2021. Cette hausse est attribuée à un déséquilibre entre l'offre et la demande, dû à l'expansion des capacités de production de plaquettes et de cellules. Le polysilicium étant devenu un goulot d'étranglement critique, les acteurs en aval, tels que les fabricants de cellules et de plaquettes, ont stratégiquement constitué des stocks de polysilicium pour répondre à la demande anticipée, largement alimentée par le déploiement massif de centrales photovoltaïques à grande échelle en Chine. D'après les projets annoncés, la production de polysilicium devrait doubler de capacité au cours des prochaines années. Certaines des nouvelles usines construites ont des capacités de production de 30 000 à 70 000 tonnes par an, et il est prévu de construire des installations d'une capacité supérieure à 100 000 tonnes.

Les entreprises chinoises s'efforcent de réduire les prix du polysilicium en implantant des sites de production dans des régions où le foncier, l'électricité et la main-d'œuvre sont abordables. Les provinces de l'ouest, notamment la Mongolie-Intérieure, le Qinghai, le Sichuan et surtout le Xinjiang, connaissent un développement considérable de ces industries. Cette région concentre actuellement 54 % de la production chinoise et 39 % de la production mondiale. Le rendement global de la production chinoise de composants photovoltaïques, estimé à partir des projets en cours jusqu'en 2022, est présenté ci-dessous.

Le faible coût de la main-d'œuvre et la concentration de la chaîne d'approvisionnement en silicium cristallin (c-Si) en Chine constituent une barrière à l'entrée pour les autres acteurs du marché. Aux États-Unis, les dépenses de main-d'œuvre représentent 22 % des coûts de fabrication contre 8 % en Chine, 36 % des coûts de fabrication des plaquettes contre 23 % en Chine et 33 % des coûts de fabrication des cellules contre 8 % en Chine.

Production et commerce mondial du c-Si et du CdTe :

Plus de 75 % des modules c-Si et CdTe importés par les États-Unis en 2020 provenaient de seulement trois pays d'Asie du Sud-Est : le Vietnam, la Malaisie et la Thaïlande, le reste étant issu de la Corée du Sud. Ces pays d'Asie du Sud-Est sont fortement dépendants de la chaîne d'approvisionnement chinoise. En 2020, les États-Unis disposaient d'une capacité de production de cellules solaires en silicium limitée. Cependant, la production en amont aux États-Unis a pris de l'ampleur et s'est avérée essentielle pour répondre à la forte croissance de la demande solaire du pays. Selon la SEIA, 8,6 GW de capacité installée ont été mis en service en 2019, soit une croissance de 21 % par rapport à l'année précédente.

Source : NRELupdate de (Smith et al. 2021)

En raison des lacunes de la chaîne d'approvisionnement mondiale du photovoltaïque, telles que les coûts d'investissement et de main-d'œuvre élevés, la quasi-totalité des matières premières et des composants en silicium cristallin (c-Si) sont importés des pays d'Asie du Sud-Est vers les pays occidentaux. Ces coûts d'importation représentent environ 11 % du coût total de fabrication. Le développement de la chaîne d'approvisionnement photovoltaïque nationale permettrait de réduire considérablement ces coûts. L'automatisation des lignes d'assemblage de plaquettes et de lingots offre des pistes pour réduire cet écart de coût. En février 2024, First Solar a annoncé son intention d'investir 10 milliards de dollars dans les couches minces de CdTe aux États-Unis. Les chiffres rétrospectifs de 2023 indiquent une augmentation de la capacité de production de modules de 2,75 milliards de dollars, une valeur économique de 900 millions de dollars et une production de 2 milliards de dollars.

Lingots et plaquettes

En 2020, dix entreprises chinoises ont produit 98 % des plaquettes solaires mondiales, dont trois – LONGi, GCL et Zhonghuan – qui ont concentré 71 % de la capacité de production. Entre 2016 et 2020, ces entreprises ont vu leur capacité de production cumulée passer de 29 GWc (29 % de la capacité mondiale) à 173 GWc (58 % de la capacité mondiale). Cette évolution s'est accompagnée d'une forte croissance de la part de marché des modules photovoltaïques monocristallins.

Par ailleurs, sept provinces chinoises totalisent une capacité de production de plaquettes de 10 GWc. Le Jiangsu, situé au nord de Shanghai, représente à lui seul 28 % de la capacité totale de production de plaquettes en Chine, tandis que l'Asie de l'Est contribue à hauteur de 10 GWc à la capacité mondiale. Jinko Solar, entreprise chinoise, a annoncé son projet de construction d'une usine de production de plaquettes et de lingots d'une capacité de 7 GWc au Vietnam. Ce projet vise à optimiser la production de cellules en Malaisie et l'assemblage de modules aux États-Unis. L'entreprise a précisé que le projet a été lancé en 2020 afin de contourner les restrictions commerciales américaines sur les importations de matières premières. Cette expansion stratégique témoigne de la volonté de l'entreprise de bâtir une chaîne d'approvisionnement robuste face à l'évolution du contexte commercial.

Module et cellules

Depuis la mise en place des nouveaux crédits d'impôt pour la production industrielle, on observe un afflux important d'investissements visant à développer et à étendre l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement des modules solaires, incluant les lingots, les modules, les plaquettes et les cellules. Avant l'adoption de ces incitations fédérales, la capacité de production de polysilicium était d'environ 16,6 GW (41 500 tonnes par an) et celle des modules de 7 GW par an. La production de cellules a été relocalisée pour la première fois depuis 2019, et l'on prévoit la mise en service de capacités supplémentaires d'ici fin 2025. À ce jour, la production de modules a connu une forte croissance, passant de 7 GW avant les crédits d'impôt fédéraux à 44,4 GW en décembre 2024, soit une augmentation de plus de 500 %.

La capacité totale de la chaîne d'approvisionnement américaine en modules photovoltaïques, incluant les projets opérationnels, en construction et annoncés, est estimée à 81,6 GW. La mise en place de cette chaîne d'approvisionnement est un processus long en raison des délais de conformité, des permis, de la construction et de la mise en service. Plus on avance dans la chaîne, plus les délais de construction sont importants. L'expansion des usines devrait se poursuivre au cours des prochaines années.

En 2022, l'Inde a été le seul pays à enregistrer une baisse significative de ses importations en provenance de Chine, avec un recul de 76 %, soit -7,5 GW, par rapport à l'année précédente. Un repli total de 9,8 GW a été observé au premier semestre 2022, contre 2,3 GW précédemment. Par ailleurs, le renforcement des réglementations gouvernementales, notamment l'imposition de droits de douane, a favorisé le recours à la production nationale au détriment des importations. Depuis, la capacité de production locale de modules solaires en Inde a fortement progressé et le pays est devenu une référence mondiale en matière d'exportations de modules et de panneaux solaires.

Malgré les efforts déployés pour réduire la dépendance à la Chine pour l'approvisionnement en composants, les exportations chinoises de panneaux solaires ont bondi de 34 % au premier semestre 2023. Ce phénomène est crucial pour répondre à la forte demande énergétique en Europe et en Afrique du Sud. L'accent mis sur la transition énergétique propre a encore accru cette dépendance. Sur un volume total d'exportations de 90,4 %, l'Europe s'est imposée comme le principal importateur (58 %), suivie du Brésil qui a reçu 9,5 GW de panneaux solaires fabriqués en Chine au premier semestre 2023. L'Afrique devrait connaître la plus forte croissance des importations, avec une hausse de 187 %, les gouvernements cherchant des solutions pour atténuer la crise énergétique croissante, tandis que la Chine tire pleinement profit du déséquilibre actuel entre l'offre et la demande.

Exportations solaires de la Chine au premier semestre 2023, part (%) en valeur (en dollars)

Source : Ember Energy

La croissance exponentielle du marché du photovoltaïque a un impact positif sur le marché mondial des semi-conducteurs. En 2022, les dispositifs photovoltaïques représentaient le 33e produit le plus échangé au monde, avec un volume d'échanges total de 87,7 milliards de dollars. Entre 2021 et 2022, le commerce des semi-conducteurs photovoltaïques, photosensibles et LED a progressé de 21,9 %, passant de 72 milliards de dollars à 87,7 milliards de dollars, soit 0,37 % du commerce mondial total.

Croissance annuelle du commerce mondial des dispositifs semi-conducteurs photovoltaïques et LED

Source : OEC

Commerce mondial des dispositifs semi-conducteurs photovoltaïques/LED

Source : OEC

Fin de vie (EOL) des systèmes photovoltaïques

L'accent mis sur la décarbonation des réseaux électriques a entraîné une augmentation proportionnelle des capacités de production et de stockage d'énergie solaire à travers le monde. À titre d'exemple, pour atteindre les objectifs de décarbonation, les États-Unis doivent installer 30 GWac par an entre 2025 et 2030. En 2021, 19 GW de capacité solaire ont été installés, portant la capacité cumulée à 100 GW aux États-Unis. Cela laisse présager une forte accélération des installations dans les années à venir.

Bien que la durée de vie d'un système photovoltaïque soit d'environ 25 à 35 ans, certains de ses composants, notamment les modules, se retrouvent déjà dans les déchets. De plus, les modules arrivent en fin de vie en raison des intempéries, de défauts de fabrication ou d'erreurs d'installation. Le volume annuel de modules photovoltaïques en fin de vie pourrait représenter jusqu'à 12 % des déchets électroniques municipaux aux États-Unis d'ici fin 2050. 99 % des matériaux des modules photovoltaïques sont non dangereux et 95 % sont entièrement recyclables grâce aux technologies actuelles. Ceci constitue une base solide pour des méthodes de gestion des matériaux en fin de vie sûres et à faible impact environnemental. Actuellement, les procédés de gestion des déchets en fin de vie sont peu favorables au recyclage. Le coût du recyclage des modules photovoltaïques pour les producteurs de déchets est de 15 à 45 dollars par module, ce qui est nettement supérieur aux frais de mise en décharge (1 à 5 dollars par module). Cette situation est susceptible d'influencer les politiques fédérales et étatiques en matière de traitement des déchets.

Source : IRENA

Couverture du plan d'action

En juin 2021, le Bureau des technologies de l'énergie solaire (SETO) a lancé un appel à manifestation d'intérêt (AMI) afin de recueillir les avis des acteurs de la gestion des déchets photovoltaïques concernant les principaux défis liés au traitement en fin de vie. Les réponses, les entretiens avec des experts et l'analyse documentaire ont permis d'identifier des pistes de recherche pour rationaliser et optimiser les pratiques de gestion des déchets photovoltaïques en fin de vie. Les réponses ont souligné le rôle des politiques publiques dans la gestion de ces déchets et la nécessité de développer des technologies de séparation pour améliorer la valorisation des matériaux.

En tenant compte des contributions des parties prenantes sur les défis courants en matière de conception matérielle, de collecte et d'analyse des données, et en identifiant le rôle du DOE dans la gestion de la fin de vie, le SETO a déployé en 2021 un plan d'action quinquennal.

Le plan pluriannuel 2021 a été établi sur la base de l'atelier PV EOL 2021 et des retours d'information. Il met l'accent sur les facteurs clés suivants d'une économie circulaire :

• Collecte et analyse des données : L’analyse des volumes et du traitement des déchets modélisés met en évidence la nécessité d’une collecte, d’un tri, d’un transport et d’une valorisation réalistes des matériaux. SETO vise à créer une base de données indépendante contenant 10 MW de données sur la fin de vie des centrales photovoltaïques d’ici fin 2025 et à mettre en œuvre des normes de données exhaustives. De plus, les données non confidentielles seront accessibles au public et mises à la disposition des acteurs de la gestion des déchets, du solaire et des politiques publiques.
• Développement matériel et recherche sur les procédés : SETO met l’accent sur l’amélioration de l’efficacité énergétique et de l’utilisation des matières premières afin de minimiser les ressources nécessaires au traitement des matériaux en fin de vie et d’allonger la durée de vie des composants. Il recommande la vente de l’acier, du cuivre et de l’aluminium sur les marchés de la ferraille en fin de vie. Cependant, la récupération de l’argent issu de la métallisation et la séparation des polymères et des composites, notamment des feuilles arrière, constituent des domaines où la récupération des matériaux peut s’avérer complexe. Les recherches visant à améliorer le taux de récupération tout en minimisant les coûts devraient contribuer à transformer la rentabilité du recyclage des cellules photovoltaïques.