Analyse du marché du solaire photovoltaïque (PV) : tendances mondiales de production, analyse commerciale et principales entreprises 2025-2037

Analyse comparative de la capacité de fabrication de composants photovoltaïques :

Analyse descendante de la production de polysilicium

Le polysilicium de haute pureté est généralement obtenu par raffinage de silicium métallurgique, utilisé pour la fabrication de plaquettes solaires, de silicones, de semi-conducteurs et d'alliages d'aluminium. Pour garantir l'approvisionnement et la pureté, les fournisseurs de MGS intègrent souvent 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 chinoise du Xinjiang. Actuellement, la Chine domine ce marché avec plus de 70 % de la capacité de production mondiale de MGS, et dix entreprises chinoises représentent 35 % de la capacité nationale, tandis que les cinq premières en détiennent environ 25 %.

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

Source : Département de l’Énergie des États-Unis

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

Le polysilicium est principalement utilisé dans le photovoltaïque (80 % de la demande), puis dans les semi-conducteurs et l'électronique grand public. Malgré l'existence de plusieurs techniques de production de polysilicium, deux approches principales se partagent les parts de marché les plus importantes. Le procédé par réacteur à lit fluidisé (FBR) représente 3 à 5 % du marché et le procédé de dépôt chimique en phase vapeur Siemens 90 %. Le procédé Siemens implique le passage d'un précurseur de silane ou de trichlorosilane gazeux (TCS) sur des filaments de silicium chauffés. Les composés récupérés sont ensuite traités pour synthétiser le polysilicium. La quasi-totalité des capacités de production de polysilicium se situe dans dix pays, la Chine représentant 72 % de la capacité mondiale.

La présence d'approvisionnements clés en Chine joue un rôle déterminant dans la détermination des coûts des composants, notamment du polysilicium. Selon l'EIA, les prix du polysilicium ont triplé, passant de 6,27 USD/kg en juin 2020 à 28,46 USD/kg en juin 2021. Ce phénomène est imputable à un déséquilibre entre l'offre et la demande dû à l'expansion des capacités de production de plaquettes et de cellules. Le polysilicium devenant un goulot d'étranglement critique, les acteurs en aval, tels que les producteurs de cellules et de plaquettes, ont stratégiquement constitué des stocks de polysilicium pour répondre à la demande anticipée, principalement grâce à la multiplication des déploiements à grande échelle en Chine. D'après les projets annoncés, la production de polysilicium devrait doubler ses capacités au cours des prochaines années. Certaines des nouvelles centrales construites ont une capacité de production de 30 000 à 70 000 tonnes par an, et des projets de construction d'installations d'une capacité supérieure à 100 000 tonnes sont prévus.

Les entreprises chinoises s'efforcent de faire baisser les prix du polysilicium en implantant des usines et en produisant dans des régions où les coûts du foncier, de l'électricité et de la main-d'œuvre sont abordables. Les provinces occidentales, notamment la Mongolie-Intérieure, le Quinghai, le Sichuan et surtout le Xinjiang, ont un développement considérable. Ces provinces concentrent actuellement respectivement 54 % et 39 % de la production mondiale de la Chine. Sur la base des projets actifs jusqu'en 2022, une estimation du rendement global des composants solaires photovoltaïques en Chine est présentée ci-dessous.

Les faibles coûts de main-d'œuvre et la concentration de la chaîne d'approvisionnement photovoltaïque c-Si en Chine constituent une barrière à l'entrée pour d'autres acteurs. 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 de c-Si et de CdTe :

Plus de 75 % des modules c-Si et CdTe importés par les États-Unis en 2020 provenaient de trois pays d'Asie du Sud-Est seulement : le Vietnam, la Malaisie et la Thaïlande, et le reste de Corée du Sud. Ces pays dépendent fortement de la chaîne d'approvisionnement chinoise en amont. En 2020, les États-Unis disposaient d'une capacité d'exploitation limitée pour les cellules solaires en silicium. Cependant, les activités de fabrication en amont suivantes aux États-Unis ont pris de l'ampleur et se sont avérées essentielles à la forte croissance de la demande solaire du pays. Selon la SEIA, 8,6 GW d'installations ont été réalisées en 2019, soit une croissance de 21 % en glissement annuel.

Source : NRELupdate de (Smith et al. 2021)

En raison de lacunes dans la chaîne d'approvisionnement mondiale du photovoltaïque, telles que des dépenses d'investissement et des coûts de main-d'œuvre élevés, la quasi-totalité des matières premières et des composants en c-Si sont importés vers les pays occidentaux depuis les pays d'Asie du Sud-Est. Ces coûts d'importation représentent environ 11 % du total des dépenses de fabrication. Un renforcement de la chaîne d'approvisionnement nationale du photovoltaïque permettrait de réduire considérablement ces coûts. Il existe des pistes pour réduire l'écart de coût grâce à l'automatisation des lignes d'assemblage de plaquettes et de lingots. 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 ont ajouté 2,75 milliards de dollars à la capacité de production de modules, 900 millions de dollars à la valeur économique et 2 milliards de dollars à la production.

Lingots et plaquettes

Dix entreprises chinoises ont fabriqué 98 % de la production totale de plaquettes solaires en 2020, dont trois entreprises – LONGi, GCL et Zhonghuan – qui ont généré 71 % de la capacité produite. De 2016 à 2020, ces entreprises ont augmenté leur capacité collective de 29 GWdc (29 % de la capacité mondiale) à 173 GWdc (58 % de la capacité mondiale). Cette tendance a été suivie d'une croissance rapide de la part de marché des modules photovoltaïques monocristallins.

De plus, sept provinces chinoises ont une capacité de production de plaquettes de 10 GWdc. Le Jiangsu, situé au nord de Shanghai, représente notamment 28 % de la capacité totale de plaquettes chinoise, tandis que l'Asie de l'Est contribue à hauteur de 10 GWdc à la capacité mondiale de plaquettes. L'entreprise chinoise Jinko Solar a annoncé son projet de construction d'une usine de plaquettes et de lingots de 7 GWdc au Vietnam. Ce projet vise à rationaliser la production de cellules en Malaisie et l'assemblage de modules aux États-Unis. L'entreprise a indiqué que le projet avait été lancé en 2020 afin de contourner les restrictions commerciales américaines sur les importations de matériaux. Cette expansion stratégique souligne les efforts de l'entreprise pour bâtir une chaîne d'approvisionnement robuste tout en s'adaptant à l'évolution de la dynamique commerciale.

Modules et cellules

Depuis la mise en œuvre des nouveaux crédits d'impôt à la fabrication, un afflux important d'investissements a été réalisé pour développer et développer l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement des modules solaires, notamment les lingots, les modules, les wafers et les cellules. Avant la mise en place des mesures d'incitation fédérales à la fabrication, la capacité de production de polysilicium était d'environ 16,6 GW, soit 41 500 tonnes par an, et celle des modules de 7 GW par an. La production de cellules a été délocalisée pour la première fois depuis 2019, et une capacité de production supplémentaire devrait être mise en service 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 pour la fabrication à 44,4 GW en décembre 2024, soit une hausse de plus de 500 %.

La chaîne d'approvisionnement totale de modules aux États-Unis, incluant les projets opérationnels, en construction et annoncés, a atteint une valeur estimée à 81,6 GW. La mise en place de la chaîne d'approvisionnement de modules photovoltaïques est un processus lent en raison des délais de conformité, des permis, de la construction et de la mise en service. Plus on monte dans la chaîne d'approvisionnement, plus le temps de construction est long. L'expansion des nouvelles usines devrait se poursuivre au cours des prochaines années.

En 2022, l'Inde a été le seul pays à enregistrer une baisse importante de ses importations en provenance de Chine, entraînant une baisse de 76 %, soit -7,5 GW en glissement annuel. Une chute totale de 9,8 GW, contre 2,3 GW, a été observée au premier semestre 2022. De plus, des réglementations gouvernementales strictes, notamment l'imposition de droits de douane, ont entraîné un déplacement des importations vers l'utilisation des capacités de production nationales. La capacité de production locale de modules solaires en Inde a augmenté depuis lors et l'Inde est devenue une référence en matière d'exportations mondiales de modules et de panneaux solaires (Türkiye).

Malgré les efforts continus pour se déconnecter de la Chine pour l'approvisionnement en composants, les exportations chinoises de panneaux solaires ont bondi de 34 % au premier semestre 2023. Ce bond est essentiel pour répondre à la forte demande énergétique en Europe et en Afrique du Sud. L’attention croissante portée à la transition vers une énergie propre a encore accru la dépendance à l’égard des exportations solaires chinoises. Sur un volume d'exportations de 90,4 %, l'Europe est devenue le premier 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 croissance la plus rapide des importations, soit 187 %, le gouvernement cherchant des solutions pour atténuer la crise énergétique croissante, tandis que la Chine exploite fortement l'écart existant entre l'offre et la demande.

Part des exportations solaires chinoises au premier semestre 2023 (%) en valeur (en dollars)

2,6 %

Source : Ember Energy

La croissance exponentielle du marché du solaire photovoltaïque influence positivement le marché mondial des semi-conducteurs. En 2022, les dispositifs étaient le 33e produit le plus échangé au monde, avec un volume d’échanges total de 87,7 milliards de dollars. Entre 2021 et 2022, les semi-conducteurs photovoltaïques/photosensibles/LED ont augmenté de 21,9 %, passant de 72 à 87,7 milliards de dollars, ce qui représente 0,37 % du commerce mondial total.

Croissance annuelle des semi-conducteurs photovoltaïques et Commerce mondial des semi-conducteurs LED

Source : OEC

Commerce mondial des semi-conducteurs photovoltaïques/LED

Source : OEC

Fin de vie photovoltaïque (FV)

L'attention croissante portée à 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 de comparaison, pour atteindre les objectifs de décarbonation, les États-Unis doivent installer 30 GWac par an entre 2025 et 2030. 19 GW de capacité solaire ont été installés en 2021 et la capacité cumulée a atteint 100 GW aux États-Unis. Cela signifie que l'installation de nouveaux systèmes devrait connaître une forte croissance dans les années à venir.

Alors que la durée de vie d'un système photovoltaïque est d'environ 25 à 35 ans, certains composants, notamment les modules, finissent déjà par être mis au rebut. De plus, les modules arrivent en fin de vie en raison de dommages causés par les intempéries, de défauts de fabrication ou d'erreurs d'installation. Le volume annuel de modules photovoltaïques en fin de vie atteindra jusqu'à 12 % des déchets électroniques municipaux annuels aux États-Unis d'ici fin 2050. 99 % des matériaux des modules photovoltaïques sont non dangereux et 95 % sont entièrement recyclables grâce aux technologies disponibles. Cela constitue une base solide pour des méthodes de manutention des matériaux en fin de vie à faible impact et sûres. Actuellement, les processus de manutention en fin de vie sont défavorables 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 d'enfouissement de 1 à 5 dollars par module. Cela est susceptible d'avoir un impact sur les politiques fédérales et étatiques relatives au traitement des déchets.

Source : IRENA

Couverture du plan d'action

En juin 2021, le Bureau des technologies de l'énergie solaire (SETO) a lancé une demande d'information afin de recueillir les commentaires des acteurs de la gestion des déchets photovoltaïques. Concernant les principaux défis du traitement des données de fin de vie (EOL). Les réponses, les entretiens avec des experts et les analyses documentaires ont permis d'identifier des axes de recherche potentiels pour rationaliser et optimiser les pratiques de traitement des données de fin de vie (EOL) des PV. Les réponses ont souligné le rôle des politiques dans la gestion des déchets en fin de vie et le développement de technologies de séparation pour améliorer la récupération des matériaux.

Suite aux contributions des parties prenantes sur les défis courants liés à la conception du matériel, à la collecte et à l'analyse des données, et à l'identification du rôle du DOE dans la gestion des déchets en 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 de fin de vie photovoltaïque de 2021 et des commentaires de la RFI. Il se concentre sur les leviers suivants de l'économie circulaire :

• Collecte et analyse des données : Compte tenu de la modélisation du volume et de la gestion des déchets, la nécessité d'une collecte, d'un tri, d'un transport et d'une valorisation réalistes des matériaux est évidente. Le SETO vise à établir une base de données autonome contenant 10 MW de données de fin de vie photovoltaïque collectées d'ici fin 2025 et à mettre en œuvre des normes de données complètes. De plus, des données non confidentielles seront rendues publiques et accessibles aux communautés de gestion des déchets, du solaire et des politiques publiques.
• Développement matériel et recherche sur les procédés : le SETO met l'accent sur l'amélioration de l'efficacité des matières premières et de l'utilisation de l'énergie afin de minimiser les ressources nécessaires au traitement des matériaux en fin de vie et de prolonger 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, y compris les feuilles arrière, sont des domaines où la récupération des matériaux peut s'avérer difficile. Les recherches visant à améliorer le taux de récupération tout en minimisant les coûts de récupération devraient contribuer à modifier l'économie du recyclage du solaire photovoltaïque.