La produzione solare fotovoltaica ha registrato un aumento record di 179 TWh nel 2021: si tratta della seconda maggiore crescita produttiva assoluta tra tutte le tecnologie rinnovabili nel 2021, dopo il vento. Il solare fotovoltaico sta diventando l'opzione più economica per la nuova generazione di elettricità nella maggior parte del mondo, il che dovrebbe stimolare ulteriori investimenti nei prossimi anni. Tuttavia, per conseguire lo scenario di “Net Zero Emissions” entro il 2050 è necessaria una crescita media annua della produzione del 25% nel periodo 2022-2030. Ciò corrisponde ad un aumento di oltre tre volte della capacità annuale fino al 2030, il che richiede un'ambizione politica molto maggiore e sforzi specifici da parte dei soggetti interessati sia pubblici che privati, in particolare nei settori dell'integrazione della rete e dell'attenuazione delle barriere politiche, normative e finanziarie.
L’aumento della produzione di energia dal solare fotovoltaico a 179 TWh nel 2021 ha segnato una crescita del 22% rispetto al 2020. Il solare fotovoltaico ha rappresentato il 3,6% della produzione globale di elettricità e rimane la terza più grande tecnologia di elettricità rinnovabile dietro quelle idroelettrica ed eolica.
La Cina è stata responsabile di circa il 38% della crescita della generazione solare fotovoltaica nel 2021, grazie ai grandi incrementi di capacità nel 2020 e nel 2021. La seconda maggiore crescita della generazione (quota del 17% del totale) è stata registrata negli Stati Uniti e la terza più grande nel Unione Europea (10%). Il solare fotovoltaico si è dimostrato resiliente di fronte alle interruzioni del Covid-19, ai colli di bottiglia delle catene di approvvigionamento ed agli aumenti dei prezzi delle materie prime verificatisi nel 2021 e ha raggiunto un altro aumento annuale record della capacità (quasi 190 GW). Ciò, a sua volta, dovrebbe portare ad un'ulteriore accelerazione della crescita della produzione di elettricità nel 2022.
Tuttavia, come detto, per raggiungere un livello annuale di produzione solare fotovoltaica di circa 7400 TWh nel 2030 -in linea con lo Scenario Net Zero- dagli attuali 1000 TWh sarà necessario assicurare una crescita media annua della produzione di circa il 25% nel periodo 2022-2030, cioè un tasso almeno simile all'espansione annuale media registrata negli ultimi cinque anni.
Gli impianti su larga scala sono stati responsabili del 52% degli incrementi globali di capacità solare fotovoltaica nel 2021, seguiti dai segmenti residenziale (28%) e commerciale e industriale (19%). La quota di impianti su larga scala è stata la più bassa dal 2012, poiché generosi incentivi politici hanno portato ad aumenti record di capacità fotovoltaica distribuita in Cina, Stati Uniti e Unione Europea nel 2020-2021.
Nel contesto dell'aumento dei prezzi del carburante e dell'elettricità nel 2021, il fotovoltaico distribuito è diventato un'alternativa sempre più attraente per molti consumatori, il che ha spinto gli investimenti. Il fotovoltaico su larga scala rimane la fonte più competitiva di generazione fotovoltaica nella maggior parte del mondo; tuttavia la costruzione di impianti su larga scala sta diventando sempre più impegnativa in molte parti del mondo a causa della mancanza di siti idonei.
Sarà quindi necessario un maggiore supporto in tutti i segmenti per raggiungere i traguardi dello Scenario Net Zero, con incrementi annuali di capacità solare fotovoltaica di circa 600 GW per assicurare tale livello di capacità nel 2030. Il fotovoltaico distribuito e su larga scala deve essere sviluppato in parallelo, a seconda del potenziale e delle esigenze di ciascun paese.
Il polisilicio cristallino rimane la tecnologia dominante per i moduli fotovoltaici, con una quota di mercato superiore al 95%. Il passaggio a wafer monocristallini più efficienti è accelerato nel 2021, coprendo ormai tale tecnologia quasi tutta la produzione fotovoltaica cristallina. Parallelamente, anche il design delle celle più efficienti (PERC) sta espandendo il proprio dominio con una quota di mercato di quasi il 75%. Nuovi progetti di celle ancora più efficienti (che utilizzano tecnologie come TOPCon, eterogiunzione e contatto posteriore) hanno visto un'espansione della produzione commerciale e hanno conquistato circa il 20% del mercato nel 2021.
Il sostegno politico rimane un fattore trainante per la diffusione del solare fotovoltaico nella maggior parte del mondo. Vari tipi di politiche sono alla base della crescita della capacità, tra cui aste, tariffe feed-in (omnicomprensive), net-metering (scambio sul posto) e contratti per differenza.
Nel 2021-2022 sono state implementate le seguenti importanti modifiche alla politica e agli obiettivi che incidono sulla crescita del solare fotovoltaico:
· La Cina ha pubblicato il suo 14° piano quinquennale nel giugno 2022, che include un obiettivo ambizioso del 33% della produzione di elettricità da fonti rinnovabili entro il 2025 (rispetto al 29% circa nel 2021), compreso un obiettivo del 18% per le tecnologie eoliche e solari.
· Nell'agosto 2022 il governo federale degli Stati Uniti ha introdotto l'Inflation Reduction Act, una legge che amplia in modo significativo il sostegno alle energie rinnovabili nei prossimi 10 anni attraverso crediti d'imposta e altre misure.
· Nel luglio 2021 la Commissione europea ha proposto di aumentare l'obiettivo di energia rinnovabile del blocco per il 2030 dal 32% al 40%. L'obiettivo proposto è stato ulteriormente aumentato dal piano REPowerEU al 45% nel maggio 2022 (che richiederebbe 1236 GW di capacità totale rinnovabile installata, inclusi 600 GW di solare fotovoltaico). Molti paesi europei hanno già ampliato i propri meccanismi di supporto al solare fotovoltaico per accelerare la crescita della capacità in vista degli obiettivi del 2030 e in risposta alla crisi energetica causata dall'invasione russa dell'Ucraina.
· Durante la COP26, tenutasi nel novembre 2021 a Glasgow, l'India ha annunciato i nuovi obiettivi per il 2030 di 500 GW di capacità totale non fossile e il 50% di quota di generazione di elettricità rinnovabile (più del doppio della quota del 22% nel 2020), nonché emissioni nette pari a zero entro il 2070, con il solare fotovoltaico come una delle principali tecnologie utilizzate per raggiungere questi obiettivi.
In generale, negli ultimi dieci anni, la capacità produttiva globale di energia solare fotovoltaica si è sempre più spostata dall'Europa, dal Giappone e dagli Stati Uniti verso la Cina. La Cina ha investito oltre 50 miliardi di dollari in nuova capacità di fornitura fotovoltaica – dieci volte più dell'Europa – e dal 2011 ha creato più di 300.000 posti di lavoro lungo la catena del valore del solare fotovoltaico. Oggi, la quota della Cina in tutte le fasi di produzione dei pannelli solari (polisilicio / lingotti / wafer / celle / moduli) supera l'80%; la quota cinese è più del doppio della domanda globale di fotovoltaico. Inoltre, il paese ospita i 10 principali fornitori mondiali di apparecchiature per la produzione di impianti solari fotovoltaici. La Cina è stata determinante nel ridurre i costi in tutto il mondo per il solare fotovoltaico, con molteplici vantaggi per le transizioni di energia pulita. Allo stesso tempo, tale livello di concentrazione geografica nelle catene di approvvigionamento globali produce potenziali problematiche che tutti i governi devono affrontare.
E’ quindi un dato di fatto che le politiche del governo della Cina hanno plasmato sia l'offerta, che la domanda, che i prezzi globali del solare fotovoltaico nell'ultimo decennio. Le politiche industriali cinesi incentrate sul solare fotovoltaico come settore strategico e sulla crescente domanda interna hanno consentito economie di scala e sostenuto l'innovazione continua lungo tutta la catena di approvvigionamento. Queste politiche hanno contribuito a una riduzione dei costi di oltre l'80%, permettendo al solare fotovoltaico di diventare la tecnologia di generazione di elettricità più conveniente in molte parti del mondo. Tuttavia, hanno anche portato a squilibri tra domanda e offerta nella filiera: la capacità globale di produrre wafer e celle (che sono elementi chiave del solare fotovoltaico) e di assemblarli in pannelli/moduli solari ha superato la domanda di almeno il 100% alla fine del 2021. Al contrario, la produzione di polisilicio, il materiale chiave per il solare fotovoltaico, è attualmente un collo di bottiglia in una catena di approvvigionamento altrimenti in eccesso. Ciò ha portato a forniture globali limitate e a un quadruplicamento dei prezzi del polisilicio nell'ultimo anno.
I prodotti solari fotovoltaici rappresentano un'importante esportazione per la Cina. Nel 2021, il valore delle esportazioni cinesi di energia solare fotovoltaica ha superato i 30 miliardi di dollari, quasi il 7% del surplus commerciale della Cina negli ultimi cinque anni. Inoltre, gli investimenti cinesi in Malesia e Vietnam hanno reso anche questi paesi grandi esportatori di prodotti fotovoltaici, rappresentando rispettivamente circa il 10% e il 5% dei loro surplus commerciali dal 2017. Il valore totale del commercio globale relativo al fotovoltaico -inclusi polisilicio, wafer, celle e moduli- ha superato i 40 miliardi di USD nel 2021, con un aumento di oltre il 70% rispetto al 2020
Oggi, la produzione di pannelli solari fotovoltaici ad alta intensità di elettricità è per lo più alimentata da combustibili fossili, ma i pannelli solari devono poter funzionare solo per 4-8 mesi per compensare le loro emissioni di produzione. Questo periodo di ammortamento si confronta con la durata media dei pannelli solari di circa 25-30 anni. L'elettricità fornisce l'80% dell'energia totale utilizzata nella produzione di pannelli solari fotovoltaici, con la maggior parte consumata dalla produzione di polisilicio, lingotti e wafer perché richiedono calore a temperature elevate e precise. Oggi, il carbone genera oltre il 60% dell'elettricità utilizzata per la produzione globale di pannelli solari fotovoltaici, molto più della sua quota nella produzione globale di energia (36%). Ciò è dovuto in gran parte al fatto che la produzione fotovoltaica è concentrata in Cina, principalmente nelle province di Xinjiang e Jiangsu, dove il carbone rappresenta oltre il 75% dell'approvvigionamento energetico annuale e beneficia di tariffe governative favorevoli.
La continua innovazione guidata dalla Cina ha dimezzato l'intensità delle emissioni della produzione solare fotovoltaica dal 2011. Questo è il risultato di un uso più efficiente dei materiali e dell'energia e di una maggiore produzione di elettricità a basse emissioni di carbonio. Nonostante questi miglioramenti, le emissioni assolute di anidride carbonica (CO2) derivanti dalla produzione di pannelli solari fotovoltaici sono quasi quadruplicate in tutto il mondo dal 2011 con l'espansione della produzione in Cina. Tuttavia, la produzione di fotovoltaico solare ha rappresentato solo lo 0,15% delle emissioni globali di CO2 legate all'energia nel 2021. Con la decarbonizzazione dei sistemi energetici in tutto il mondo, l'impronta di carbonio della produzione di fotovoltaico dovrebbe ridursi di conseguenza. Complessivamente comunque, il trasporto di prodotti fotovoltaici rappresenta solo il 3% delle emissioni fotovoltaiche totali.
Il raggiungimento degli obiettivi energetici e climatici internazionali richiede che la diffusione globale del fotovoltaico solare cresca in una scala senza precedenti. Ciò a sua volta richiede un'importante espansione aggiuntiva della capacità produttiva, sollevando preoccupazioni sulla capacità del mondo di sviluppare rapidamente catene di approvvigionamento resilienti. Gli aumenti annuali di capacità solare fotovoltaica devono più che quadruplicare a 630 gigawatt (GW) entro il 2030 per essere in linea con la Roadmap verso emissioni nette zero entro il 2050. La capacità di produzione globale di polisilicio, lingotti, wafer, celle e moduli dovrebbe aumentare del doppio entro il 2030 rispetto ai livelli odierni. Man mano che i paesi accelerano i loro sforzi per ridurre le emissioni, devono garantire che la loro transizione verso un sistema energetico sostenibile poggi su basi sicure. Affinché le catene di fornitura del solare fotovoltaico siano in grado di soddisfare i requisiti di un percorso net zero, dovranno essere ampliate in modo da garantire che siano resilienti, convenienti e sostenibili.
Il mondo si affiderà quasi completamente alla Cina per la fornitura di elementi chiave per la produzione di pannelli solari fino al 2025. Sulla base della capacità produttiva in costruzione, la quota della Cina nella produzione globale di polisilicio, lingotti e wafer raggiungerà presto quasi il 95%. Oggi, la provincia cinese dello Xinjiang rappresenta il 40% della produzione globale di polisilicio. Inoltre, un pannello su sette prodotti in tutto il mondo è prodotto da un unico stabilimento. Questo livello di concentrazione in qualsiasi filiera globale rappresenterebbe una notevole vulnerabilità; il solare fotovoltaico non fa eccezione. Nella Roadmap verso emissioni zero nette entro il 2050, ad esempio, la domanda di argento per la produzione di pannelli solari fotovoltaici nel 2030 potrebbe superare il 30% della produzione globale totale di argento del 2020, rispetto a circa il 10% di oggi. Questa rapida crescita, combinata con lunghi tempi di entrata a regime dei progetti minerari, aumenta il rischio di aumenti dei costi e carenze di offerta.
La sostenibilità finanziaria a lungo termine del settore manifatturiero del solare fotovoltaico è fondamentale per transizioni di energia pulita rapide ed economiche. La redditività netta del settore solare fotovoltaico per tutti i segmenti della catena di approvvigionamento è stata volatile, provocando diversi fallimenti nonostante il sostegno politico. Il rischio di bancarotta e la bassa redditività potrebbero rallentare il ritmo delle transizioni verso l'energia pulita se le aziende non sono disposte a investire a causa dei bassi rendimenti o non sono in grado di resistere a cambiamenti improvvisi delle condizioni di mercato.
Le restrizioni commerciali si stanno espandendo, rischiando una diffusione più lenta del solare fotovoltaico. Poiché il commercio è fondamentale per fornire i diversi materiali necessari per produrre pannelli solari e consegnarli ai mercati finali, le catene di approvvigionamento sono vulnerabili ai rischi della politica commerciale. Dal 2011, il numero di dazi antidumping, compensativi e all'importazione imposti a parti della catena di fornitura del solare fotovoltaico è aumentato da una sola tassa all'importazione a 16 dazi e tasse all'importazione, con 8 politiche aggiuntive allo studio. Complessivamente, queste misure coprono il 15% della domanda globale al di fuori della Cina.
Le recenti interruzioni hanno sollevato importanti questioni relative alle catene di approvvigionamento. La crisi del Covid-19, i prezzi record delle materie prime e l'invasione russa dell'Ucraina hanno tutti focalizzato l'attenzione sull'elevata dipendenza di molti paesi dalle importazioni di energia, materie prime e beni manifatturieri che sono fondamentali per la loro sicurezza di approvvigionamento. Diversi paesi hanno ormai capito di poter migliorare la resilienza investendo per diversificare la produzione e le importazioni.
I nuovi impianti di produzione di pannelli solari fotovoltaici programmati potrebbero attrarre investimenti per 120 miliardi di dollari entro il 2030. L'industria del solare fotovoltaico potrebbe creare 1.300 posti di lavoro nel settore manifatturiero per ogni gigawatt di capacità produttiva. Il settore del solare fotovoltaico ha il potenziale per raddoppiare il numero di posti di lavoro nella produzione diretta a 1 milione entro il 2030. I segmenti a più alta intensità di lavoro lungo la catena di fornitura del fotovoltaico sono la produzione di moduli e celle. Nell'ultimo decennio, tuttavia, l'uso dell'automazione e dei veicoli a guida automatica ha aumentato la produttività, riducendo così l'intensità del lavoro.
La diversificazione delle catene di approvvigionamento e la decarbonizzazione del settore energetico potrebbero ridurre rapidamente le emissioni di produzione del solare fotovoltaico. La produzione nazionale può ridurre le emissioni di CO2 della produzione se il mix di elettricità locale ha un'intensità di carbonio inferiore rispetto al paese esportatore. L'Europa detiene il potenziale più elevato, date le quote considerevoli di rinnovabili e nucleare nei suoi mix energetici, seguita dai paesi dell'America Latina e dell'Africa subsahariana che hanno una forte produzione di energia idroelettrica.
Attualmente, la competitività dei costi dell'attuale produzione di pannelli solari fotovoltaici è una sfida chiave per la diversificazione delle catene di approvvigionamento. La Cina è il luogo più competitivo in termini di costi per la produzione di tutti i componenti della catena di fornitura del solare fotovoltaico. I costi in Cina sono inferiori del 10% rispetto all'India, del 20% rispetto agli Stati Uniti e del 35% rispetto all'Europa. Grandi variazioni di energia, manodopera, investimenti e costi generali spiegano queste differenze. Tuttavia, in assenza di incentivi finanziari e sostegno alla produzione, la bancabilità dei progetti di produzione al di là dell'assemblaggio dei pannelli rimane limitata al di fuori della Cina e di pochi paesi del sud-est asiatico.
L'elettricità a basso costo è fondamentale per la competitività dei principali pilastri della catena di fornitura del solare fotovoltaico. La diversificazione della produzione di polisilicio altamente concentrato, lingotti e wafer fornirebbe vantaggi in termini di sicurezza dell'approvvigionamento. L'elettricità rappresenta oltre il 40% dei costi di produzione per il polisilicio e quasi il 20% per lingotti e wafer. Circa l'80% dell'elettricità coinvolta nella produzione di polisilicio oggi viene consumata nelle province cinesi a un prezzo medio dell'elettricità di circa 75 USD per megawattora (MWh), cioè quasi il 30% al di sotto della media dei prezzi industriali globali. Per mantenere la competitività in questi segmenti è necessario che i produttori abbiano accesso a costi dell'elettricità comparabili o inferiori.
Costruire la produzione di pannelli solari fotovoltaici attorno a distretti industriali a basse emissioni di carbonio può sbloccare i vantaggi delle economie di scala. I produttori di pannelli solari possono anche utilizzare i loro prodotti per generare la propria elettricità rinnovabile in loco, riducendo così sia le bollette elettriche che le emissioni. La produzione solare ad alta intensità di elettricità potrebbe essere situata vicino a distretti industriali emergenti (ad esempio l'idrogeno da fonti rinnovabili), consentendo loro di beneficiare di elettricità rinnovabile a costi competitivi. Nel frattempo, le economie di scala e l'integrazione verticale della produzione possono ridurre i costi variabili e aumentare ulteriormente la competitività.
Infine, il riciclo dei pannelli solari fotovoltaici offre vantaggi ambientali, sociali ed economici, migliorando nel contempo la sicurezza dell'approvvigionamento a lungo termine. Se i pannelli venissero sistematicamente raccolti alla fine del loro ciclo di vita, le forniture derivanti dal riciclo potrebbero soddisfare oltre il 20% della domanda dell'industria solare fotovoltaica di alluminio, rame, vetro, silicio e quasi il 70% di argento tra il 2040 e il 2050 nella Roadmap dell'AIE per Net Zero Emissions entro il 2050. Tuttavia, i processi di riciclo FV esistenti faticano a generare entrate sufficienti dai materiali recuperati per coprire i costi.
I prezzi elevati delle materie prime e i colli di bottiglia della catena di approvvigionamento hanno portato a un aumento di circa il 20% dei prezzi dei pannelli solari nell'ultimo anno. Queste sfide hanno provocato ritardi nelle consegne di pannelli solari in tutto il mondo. A livello globale, le politiche a sostegno del solare fotovoltaico fino ad oggi si sono concentrate principalmente sull'aumento della domanda e sulla riduzione dei costi. Tuttavia, sono necessarie anche catene di approvvigionamento resilienti e sostenibili per garantire la consegna tempestiva ed economica dei pannelli solari in tutto il mondo. Specie i governi occidentali devono quindi rivolgere la loro attenzione a garantire la sicurezza delle forniture solari fotovoltaiche come parte integrante delle transizioni di energia pulita valutando le vulnerabilità ed i rischi delle loro catene di fornitura solare fotovoltaica nazionali e sviluppando strategie e azioni per affrontarli.
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