Reconstruire la chaîne d'approvisionnement solaire en Europe

L'Europe s'est engagée devenir une société climatiquement neutre d'ici 2050.1 "Stratégie à long terme 2050", site Web de la Commission européenne. Il s'agit d'un objectif ambitieux, compliqué par la crise énergétique et le conflit ukrainien, ainsi que par les efforts visant à remplacer l'importation de gaz russe.

Cet article est un effort collaboratif d'Alberto Bettoli, Tomas Nauclér, Thomas Nyheim, Andreas Schlosser et Christian Staudt représentant les points de vue de la pratique de l'énergie électrique et du gaz naturel de McKinsey.

L'Europe prévoit une montée en puissance majeure de l'électricité solaire photovoltaïque (PV) pour relever ses défis énergétiques, notamment répondre à ses ambitions climatiques, gérer une grande partie de son électrification, décarboner le réseau électrique et devenir moins dépendant des autres. Dans le cadre de sa « stratégie d'énergie solaire de l'UE », la région a annoncé un objectif de 750 GWDC de capacité solaire photovoltaïque installée d'ici 2030, contre 224 GW de capacité installée en 2022 (Figure 1). Cela représente une augmentation considérable des installations annuelles, passant de quelque 26 GW en 2021 à environ 70 GW par an dans la seconde moitié de cette décennie. L'Allemagne à elle seule vise à installer 215 GW d'ici 2030, ajoutant 160 GW de nouvelle capacité en plus des 58 GW actuels, ce qui divise presque le marché par un facteur de quatre.2Global market outlook for solar power 2022–2026, SolarPower Europe, mai 2022.

Avec ces ambitions en place, l'Europe maintiendrait sa position comme l'un des principaux marchés solaires photovoltaïques au monde, aux côtés de la Chine, de l'Inde et des États-Unis.

Cette ambition est confrontée à un risque potentiel de résilience de l'offre : l'Europe dépend actuellement presque entièrement des importations d'un pays pour les panneaux solaires photovoltaïques dont elle a besoin. La Chine domine la chaîne d'approvisionnement solaire photovoltaïque avec près de 95 % de la production mondiale de plaquettes (Figure 2). Il abrite les cinq premières entreprises à chaque étape de la chaîne de valeur, à l'exception de l'Allemand Wacker Chemie EG dans le polysilicium de qualité PV.

L'expansion de l'industrie chinoise du solaire photovoltaïque a été rapide, passant de zéro à 300 GW de capacité en une quinzaine d'années. Des entreprises spécialisées livrent tout, des extracteurs de lingots aux scies à fil diamanté et du verre solaire PV aux cadres en aluminium. De cette façon, l'industrie chinoise du solaire photovoltaïque a fait de cette technologie la source d'énergie renouvelable la moins chère sur de nombreux marchés.5 « Coût actualisé de l'énergie, coût actualisé du stockage et coût actualisé de l'hydrogène », Lazard, 28 octobre 2021. Avant les récentes augmentations de prix (en raison des effets de la pandémie de COVID-19 et des goulots d'étranglement de la chaîne d'approvisionnement), le prix du solaire photovoltaïque n'allait que dans un sens : vers le bas. Le coût moyen actualisé de l'énergie (LCOE), une mesure du coût de la durée de vie de l'énergie solaire photovoltaïque comprenant à la fois les dépenses d'investissement et d'exploitation, a chuté d'environ 80 % depuis 2010.6Renewable power generation costs in 2019, International Renewable Energy Agency, 2020.

Alors que les marchés européens ont bénéficié de la baisse des coûts du solaire photovoltaïque, le contexte géopolitique évolue. Le conflit en Ukraine a exposé le risque de dépendre des importations pour l'énergie essentielle, et l'Europe devient de plus en plus sensible aux risques potentiels de la chaîne d'approvisionnement pour les produits solaires photovoltaïques. Les problèmes de main-d'œuvre dans la production de polysilicium ont créé des inquiétudes supplémentaires pour les clients européens, en particulier en ce qui concerne les questions ESG et les droits de l'homme.

En réponse à ces défis croissants, l'UE a lancé sa stratégie solaire photovoltaïque pour rétablir une industrie de fabrication photovoltaïque viable, le commissaire européen à l'énergie déclarant que l'UE fera « tout ce qu'il faut » pour réussir7. produits photovoltaïques. L'UE a déjà défini un objectif de 30 GW par an de fabrication de PV sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement d'ici 20258. "La Commission lance les travaux sur une alliance européenne de l'industrie solaire photovoltaïque", Commission européenne, 11 octobre 2022.

Mais, en réalité, que cela prendra-t-il et les entreprises européennes peuvent-elles vraiment être compétitives avec les leaders de l'industrie ?

Bien qu'elle soit actuellement petite, l'industrie européenne de l'énergie solaire photovoltaïque n'a pas à repartir entièrement de zéro (Figure 3). L'Europe dispose d'environ 6 à 8 GW de capacité de modules, et d'environ 1 GW de capacité de cellules et 2 GW de capacité de tranches, mais cela représente toujours moins de 1 % de la capacité mondiale.9 « EU solar manufacturing map », SolarPower EU, novembre 2022. 7, 2022.

De nombreuses entreprises européennes ont commencé à se développer ou ont des plans d'expansion en cours. En Turquie, Kalyon PV a renforcé son installation intégrée lingot-to-module de 1,2 GW.11Innovation axée sur la fabrication pour la durabilité, Kalyon PV, 2022. En Sicile, 3Sun d'Enel construit une installation de 3 GW qui produira des modules de technologie cellulaire à hétérojonction (HJT) et, au fil du temps, des cellules tandem (cellules photovoltaïques traditionnelles à base de polysilicium couplées à des cellules solaires photovoltaïques à pérovskite), avec une feuille de route pour plus de 30 % d'efficacité des cellules.12"3Sun gigafactory," Enel. De même, Meyer Burger en Suisse, l'ancien équipementier, vise 4,2 GW d'ici 2025 (utilisant également la technologie des cellules HJT), et les producteurs norvégiens de lingots et de plaquettes, NorSun et Norwegian Crystals, prévoient une nouvelle capacité d'environ 4 GW.13"Meyer Burger scaling solar manufacturing: Corporate presentation", Meyer Burger, novembre 2021 ; "Les plaquettes NorSun sont les premières au monde à recevoir une déclaration environnementale de produit certifiant sa faible empreinte carbone", NorSun, 4 février 2021 ; Emiliano Bellini, « Norwegian Crystals procède avec des plans de lingots photovoltaïques de 6 GW », PV Magazine, 7 septembre 2022. Les nouvelles entreprises technologiques comme Nexwafe et Oxford PV visent également à disposer de capacités de la taille d'un GW d'ici 2024 à 2025.

Jusqu'à présent, peu d'entreprises chinoises de panneaux solaires photovoltaïques ont décidé de s'établir en Europe. Les principales entreprises chinoises envisageraient probablement de le faire si cela soutenait leurs positions sur le marché. Ces entreprises apporteraient à la fois des capacités et des systèmes de production déjà à l'échelle. Cependant, compte tenu des plates-formes solides en Chine, ils peuvent entrer avec une approche minimale, en limitant la production européenne aux modules, ou aux cellules et modules, et en s'approvisionnant autant que possible auprès de leurs réseaux de fournisseurs chinois existants. De plus, compte tenu de leur expérience limitée dans la construction et l'exploitation d'usines en Europe, ils peuvent rechercher des partenaires européens et sont également confrontés à bon nombre des mêmes défis de mise à l'échelle et de montée en puissance que les entreprises européennes.

Notre analyse suggère que les coûts de fabrication du solaire photovoltaïque en Europe à grande échelle pour l'ensemble de la chaîne de valeur seront désavantagés de 20 à 25 % par rapport aux niveaux de coût actuels les plus bas, si les effets d'échelle et d'excellence ont été atteints. En supposant qu'une grande échelle est atteinte, les entreprises européennes seront toujours structurellement désavantagées par des coûts de main-d'œuvre, de matériaux, de services publics et d'investissement plus élevés. Ceci est basé sur le coût de l'électricité avant les hausses de prix que les acteurs industriels européens ont subies au cours de l'année écoulée. Cela signifie que les prix actuels de l'électricité en Europe réduisent encore leur compétitivité-coût, en particulier dans les parties en amont de la chaîne de valeur qui consomment beaucoup d'énergie.

Cependant, plusieurs facteurs indiquent une voie potentielle vers la compétitivité pour les principales entreprises européennes de l'énergie solaire photovoltaïque (Figure 4).

Échelle et excellence : Les entreprises européennes (ou les entreprises qui établissent des capacités de fabrication en Europe) ne réussiront que si elles sont capables de se développer rapidement pour atteindre une grande échelle, tout en étant très strictes en matière d'excellence en matière de capital et d'exploitation. Bien qu'il soit difficile d'identifier les seuils d'échelle exacts, au niveau de l'usine, nous observons que les principaux acteurs disposent généralement de 3 à 5 GW au niveau des cellules et des modules, et d'environ 10 GW pour les lingots et les plaquettes, et le polysilicium. De plus, les principaux acteurs disposent de systèmes de production d'une capacité de près de 100 GW au niveau de l'entreprise et exploitent plus de dix usines dans leurs systèmes de production. Notre analyse montre qu'environ la moitié de l'écart de coût initial (environ 4 c/W) pour les entreprises chinoises dépendra de l'atteinte d'une échelle suffisante.

Un facteur clé dans la mise à l'échelle de l'industrie est également de construire un écosystème viable de fournisseurs et de fournisseurs d'équipements. Sans une échelle suffisante, l'industrie ne stimulera pas les investissements nécessaires et la concurrence entre les sous-traitants et les partenaires technologiques.

De même, les principaux acteurs devront se concentrer au laser pour assurer la réduction des coûts et mettre en œuvre des améliorations continues afin de créer une compétitivité viable à long terme. Cela inclut des niveaux d'automatisation plus élevés et la création d'un réseau de fournisseurs compétitifs qui partagent le même engagement en faveur d'une mise à l'échelle agressive et d'une compétitivité des coûts.

Déploiement d'une technologie de pointe : Les acteurs européens pourraient améliorer leur compétitivité en étant les premiers à adopter les nouvelles technologies. Plus important encore, des efficacités de cellule plus élevées et plus de puissance par module pourraient réduire le coût par watt en conséquence. Et, comme de nombreux inducteurs de coûts sont liés aux unités produites, des cellules plus efficaces réduiront les désavantages de coûts structurels auxquels sont confrontées les entreprises européennes - Enel et Meyer Burger ouvrent déjà la voie à la mise en œuvre du HJT et développent également des technologies de cellules en tandem. Sandra Enkhardt, "Meyer Burger fixe 225,2 millions de dollars pour augmenter la capacité de production à 3 GW", PV Magazine, 5 octobre 2022. De plus, les entreprises européennes ont la possibilité d'être des leaders dans la mise en œuvre de nouveaux processus de production et de nouvelles technologies de produits et, de cette manière, renforceront probablement leur compétitivité à long terme. Cependant, comme la montée en puissance est nécessaire dans un délai relativement court, il est peu probable que les technologies de nouvelle génération suffisent à elles seules à combler l'écart.

Consentement à payer des consommateurs : Les clients européens seront, dans une certaine mesure, probablement prêts à payer un supplément pour des panneaux fabriqués en Europe. D'après des entretiens menés au cours des six derniers mois et en comparant les prix, les clients montrent une volonté de payer des primes de 10 à 20 % pour des produits fabriqués en Europe avec une traçabilité complète. Les déclarations des leaders de l'industrie incluent : "Il y a une prime pour un meilleur ESG. Nous avons vu des joueurs payer 2 à 3 c/Wp." Et, "Si les acteurs européens peuvent proposer des modules photovoltaïques avec de bonnes garanties, une empreinte carbone réduite et une sécurité de livraison, je pense que les services publics paieraient une prime d'environ 2 $/Wp."

À l'avenir, cette tendance ne devrait que se renforcer. Comme l'a dit un expert, "L'importance de l'ESG augmente, en particulier lorsque les banques sont impliquées. Il y a une différence de coût dans la transparence ESG complète de 1,3 à 1,5 c/Wp." Les entreprises européennes qui réussissent devront construire des produits de qualité avec des positions de marque fortes pour lesquelles les clients sont prêts à payer des prix élevés. Ces entreprises pourraient développer des propositions de valeur convaincantes qui incluent la durabilité et une faible empreinte carbone, une traçabilité complète de la chaîne de valeur, ainsi qu'une excellente qualité des produits, des performances de production et une bancabilité. De plus, étant donné que les coûts du solaire photovoltaïque ont autant baissé, le surcoût marginal lié au paiement d'une prime sera, pour de nombreux clients, secondaire par rapport aux autres facteurs d'achat. Cependant, les acteurs énergivores, en particulier les grands, resteront potentiellement sensibles à ces moindres écarts, ce qui souligne la nécessité de combler au maximum l'écart structurel.

Le coût du carbone : Les entreprises européennes peuvent atteindre une empreinte carbone intégrée inférieure à celle de la chaîne d'approvisionnement actuelle, soit environ 40 % de moins dans l'UE par rapport aux modules produits en Chine. En supposant une fourchette de prix du carbone de 60 à 90 $ par tonne et 330 kg d'équivalent CO2 par kilowatt d'émissions inférieures pour un panneau fabriqué dans l'UE, l'impact serait de 2,0 à 3,0 c/W, avec un impact potentiel plus élevé sur les marchés avec des incitations liées au CO2 comme la France.

Ces leviers indiquent une voie potentielle vers la compétitivité pour les entreprises européennes ayant la bonne approche et la bonne mentalité. Pourtant, bien que la direction de la voie soit claire, il y a de multiples défis à surmonter. Reconstruire une chaîne d'approvisionnement européenne de bout en bout, y compris les fournisseurs de matériaux et les fournisseurs d'équipements, ne sera pas facile (Figure 5). Les fabricants de modules auront probablement du mal à trouver des fournisseurs régionaux compétents et compétitifs en matière de verre, de feuilles de fond, de boîtes de jonction et de cadres, du moins à court terme. De même, trouver des fournisseurs d'équipements de fabrication et des partenaires technologiques européens est possible, mais nécessitera des efforts supplémentaires pour évoluer et des coûts initiaux plus élevés, car l'industrie est actuellement sous-dimensionnée. Pour les lingots et les wafers, la dépendance vis-à-vis de l'approvisionnement non européen est encore plus prononcée et les composants clés tels que les arracheurs de lingots et les fournisseurs de creusets, de zones chaudes et de scies à fil diamanté sont aujourd'hui entièrement approvisionnés en Asie. Toute mise à l'échelle rapide d'une industrie européenne nécessite, par nécessité, une étroite collaboration avec des fournisseurs mondiaux.

Alors que les entreprises européennes cherchent à investir dans la reconstruction de la fabrication de panneaux solaires photovoltaïques, la conception du marché et le cadre dans lequel il peut fonctionner sont essentiels. En effet, la conception du marché évolue rapidement dans d'autres régions. Il existe des différences structurelles importantes entre les principales régions solaires photovoltaïques : la Chine, l'Europe, l'Inde et les États-Unis. En particulier, les États-Unis ont récemment adopté l'Inflation Reduction Act (IRA) en août 2022, qui comprend des incitations fiscales pour les fabricants de panneaux solaires.

Ce programme de soutien aux États-Unis vise à encourager les investissements dans de nouvelles capacités de fabrication de panneaux solaires photovoltaïques. Sur une base entièrement localisée (l'IRA plus d'autres programmes d'incitation locaux), le soutien direct à la production est d'environ 12 à 20 c/W jusqu'en 2030, après quoi il diminue de 25 % par an - en d'autres termes, le gouvernement fédéral couvre une grande partie du coût, et fera hypothétiquement des États-Unis la région la moins chère pour le PV solaire dans le monde. De plus, les États-Unis imposent déjà des droits d'importation sur les cellules et modules fabriqués en Chine, et les ont partiellement étendus en décembre 2022 aux centres de fabrication au Cambodge, en Malaisie, en Thaïlande et au Vietnam pour sélectionner des fournisseurs. Les États-Unis envisagent également d'étendre ces tarifs pour imposer des droits spéciaux sur l'importation de wafers chinois, parallèlement aux règles existantes qui interdisent l'importation de produits de travail forcé chinois, qui créent déjà des barrières élevées pour les entreprises solaires photovoltaïques chinoises à vendre aux États-Unis.

L'effet global de ces mesures a été immédiat, avec plus de 30 GW de nouvelle capacité révélés à travers plus de dix nouvelles annonces dans le court laps de temps depuis l'adoption de l'IRA.19Dr. Paul Basore, Dr Becca Jones et Dr Krysta Dummit, "Reaching for the solar future: How the IRA impacts solar deployment and expands manufacturing," Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, US Department of Energy.

En Europe, le Fonds européen pour l'innovation et les programmes régionaux peuvent accorder des subventions et ont récemment rouvert les appels d'offres pour allouer 25 milliards d'euros d'ici 2030 à des projets à faible émission de carbone. Traditionnellement, le fonds se concentre sur des projets innovants à l'échelle pré-commerciale, qui ne sont pas entièrement adaptés pour stimuler la mise à l'échelle d'une industrie solaire photovoltaïque relativement mature.20« Innovation Fund », Climate Action, site Web de la Commission européenne. Cependant, des projets phares, comme 3Sun d'Enel, ont jusqu'à présent reçu 118 millions d'euros de subventions de l'UE (en plus des subventions nationales), couvrant environ 20 % du coût d'investissement global. coûts unitaires (pièce 6).

Créer des règles du jeu équitables est un défi dans ces circonstances changeantes. L'UE élabore des mesures telles qu'une taxe sur le CO2 et un éco-étiquetage qui devraient être favorables aux entreprises basées en Europe. Pour déclencher des investissements larges et à grande échelle, cependant, d'autres mesures ciblées de conception du marché peuvent être nécessaires pour attirer les investissements. En effet, il y a déjà des indications que les entreprises solaires photovoltaïques recentrent les investissements de l'Europe vers d'autres régions - REC Solar a récemment annoncé qu'il annulait ses plans pour une centrale française de 4 GW, bien qu'il ait été sélectionné en juillet pour recevoir une subvention de l'UE.

Pour que les entreprises basées en Europe réussissent à établir des positions concurrentielles réalisables et à long terme dans la chaîne d'approvisionnement solaire photovoltaïque mondiale et permettent une industrie européenne viable, la formule de réussite combinera probablement des acteurs très ambitieux et compétitifs en termes de coûts, soutenus par la bonne conception du marché, en particulier dans la phase critique de mise à l'échelle. Dans cet esprit, nous avons identifié six déblocages potentiels :

Les entreprises européennes de l'énergie solaire photovoltaïque ont déjà connu un boom et un effondrement de l'énergie solaire photovoltaïque, ce qui rend de nombreuses parties prenantes méfiantes. Bien qu'il existe une voie potentielle vers la compétitivité, les entreprises produisant des produits solaires photovoltaïques dans la région devront aspirer audacieusement et tourner toutes les pierres pour devenir compétitives. Les entreprises européennes devront construire un écosystème industriel complet pour être véritablement viables sur le marché mondial à long terme, comme l'ont fait les entreprises chinoises. Cela nécessitera des efforts considérables de la part des leaders de l'industrie, soutenus par les clients, les utilisateurs finaux et les décideurs politiques.

Alberto Bettoliest un associé principal du bureau de McKinsey à Rome,Thomas Nauclerest un associé principal du bureau de Stockholm,Thomas Nyheimest associé au bureau d'Oslo,Andreas Schlosserest un associé du bureau de Munich, etChristian Stautest associé associé du bureau de Washington.

Les auteurs tiennent à remercier Kevin Anneken, Rogier Buck, Stefan Burghardt, Bas Dijkstra, Aman Gupta, Lawrence Heath, Humayun Tai, Bram van der Horst et Shivaji Yadav pour leurs contributions à cet article.