الزجاج الشمسي – العنصر المنسي – عنق الزجاجة التالي لا مفر منه

عند مناقشة سلسلة القيمة الكاملة للطاقة الشمسية الكهروضوئية، يُهمل باستمرار المكون الأثقل وزنًا بعد الخلايا الشمسية: الزجاج الشمسي. ولا أعلم بوجود أي منشور حتى الآن تناول المشاكل المتعلقة بتوفير كميات كبيرة من الزجاج الشمسي لإنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق الجيجاواط لتحقيق التحول في قطاع الطاقة.

يدخل الاتحاد الأوروبي في تبعية خطيرة للصين لأنه يتجاهل هذا العنصر.

لا يزال إنتاج الوحدات الشمسية في أوروبا ضئيلاً على المستوى العالمي، والاعتماد على الصين أمرٌ خطير. تسعى ألمانيا والاتحاد الأوروبي إلى تغيير هذا الوضع جذرياً ورفع القدرات الإنتاجية الأوروبية. ويُغفل باستمرار حقيقة أن هذا يشمل أيضاً توريد الزجاج الشمسي. ومع ذلك، فإن هذه الصناعة تعاني بالفعل من مشاكل عديدة.

في سلوفاكيا، على سبيل المثال، تستعد شركة أغورا سولار لتشغيل خط إنتاج لوحدات شمسية بقدرة 150 ميغاواط. إلا أن الحصول على المكون الأثقل وزناً، وهو الزجاج الشمسي، يواجه صعوبة. فقد امتنعت الشركات الأوروبية والهندية المصنعة للزجاج الشمسي عن تقديم عروضها، أو حتى سحبتها، بسبب النقص الحالي في الغاز.

يتبنى الصينيون نهجًا شاملًا، إذ يستحيل إنتاج الوحدات الشمسية بدون الزجاج الشمسي، وبالتالي، فهم بحاجة إلى كميات هائلة من الزجاج لتحقيق أهدافهم الطموحة في توسيع نطاق الطاقة الشمسية الكهروضوئية. لهذا السبب، تلقت شركة غرينزباخ الألمانية طلبات من الصين في وقت مبكر من عام 2020 لأكثر من 160 خطًا لسحب الزجاج مخصصة لسوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية (سولار سيرفر، 21 مايو 2021). وقد تم تسليم هذه الطلبات بالفعل. أما في أوروبا، فلا يوجد سوى عدد قليل من هذه الخطوط، ولا توجد خطط معروفة لسد هذه الفجوة المتزايدة باستمرار. تمتلك ألمانيا أفضل تقنيات صهر الزجاج في العالم، مع شركات رائدة عالميًا مثل سورغ وهورن. كما تمتلك فرنسا وإنجلترا موردين ممتازين. وتوفر شركة ليسيك النمساوية أفضل أنظمة الطلاء والتصليد. ويتم توريد هذه الأنظمة الشمسية إلى الصين، وليس إلى أوروبا.

تُشير إحصاءات براءات الاختراع إلى أن هذا الوضع لن يستمر. إذ يتجاوز عدد براءات الاختراع الصينية الألف، في تناقض صارخ مع العدد القليل منها في أوروبا. وتُعدّ الصين رائدةً في هذا المجال من الناحية التكنولوجية، وتطمح إلى الهيمنة على تصنيع مرافق الإنتاج في المستقبل.

يُعدّ بناء مصنع للزجاج الشمسي استثمارًا ضخمًا يصل إلى 100 مليون يورو لخط إنتاج مُصمّم على النحو الأمثل، بسعة صهر تبلغ 300 طن يوميًا. ويؤدي استهلاك الطاقة (80% منها غاز) والأثر البيئي الكبير المتمثل في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين إلى بذل جهد تخطيطي كبير وإجراءات ترخيص مطوّلة. لذا، تستغرق الفترة من التخطيط إلى التشغيل لمنشأة إنتاج الزجاج الشمسي من 3 إلى 4 سنوات، وهي مدة طويلة مقارنةً بستة إلى عشرة أشهر لخط إنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

كما أن توفير إمدادات غاز موثوقة بنسبة 100% على مدار 24/365 أمر ضروري، حيث تتطلب التكنولوجيا الحالية لتصنيع الزجاج الشمسي استخدام 80% من الغاز لعمليات الصهر.

قد يجادل البعض بضرورة استيراد زجاج الطاقة الشمسية من الصين. إلا أن هذا يُضعف الحجة القائلة بتأمين سلسلة توريد أوروبية وتوفير تكاليف النقل من خلال الإنتاج الأوروبي، مما سيزيد من اعتمادنا المُفرط أصلاً على الصين. كما أن الانتقادات الموجهة للإنتاج في الصين، والذي يُعزى إلى ظروف سياسية وبيئية سيئة، تُعدّ بالغة الأهمية. تقع العديد من مصانع الزجاج في إقليم شينجيانغ، المنطقة التي يُعاني فيها الأويغور من القمع. وبما أن الزجاج يُشكّل ما يصل إلى 80% من وزن وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية القياسية، فإن نقله يُصبح مُكلفاً ويستغرق وقتاً طويلاً، تماماً كنقل الوحدات الجاهزة.

تُعدّ أهداف التوسع لـ"صناعة الطاقة الشمسية الأوروبية الجديدة" ضخمة، وقد خضعت مؤخرًا لمراجعة تصاعدية كبيرة في ضوء الحرب في أوكرانيا. في معظم الحالات، يُفترض أن يشمل توسيع القدرات الإنتاجية كامل سلسلة القيمة، أي من السيليكون إلى الرقائق والخلايا وصولًا إلى إنتاج الوحدات. ومن الغريب أن عنصرًا أساسيًا يغيب باستمرار عن هذه القائمة وعن خطط مصانع الطاقة الشمسية العملاقة: وهو الزجاج الشمسي اللازم لـ99% من جميع الوحدات. هذا العنصر الذي لا غنى عنه غير متوفر بكميات كافية في أوروبا. وتُبيّن الحجج التالية ذلك:

1. يُصنع الزجاج الشمسي فائق البياض بشكل أساسي كزجاج مُحكم باستخدام عملية الدرفلة. تُنشئ بكرات تشكيل خاصة بنية دقيقة على جانبي الزجاج، تتناسب مع سمكه. تحافظ هذه البنية إلى حد كبير على الانعكاس داخل الزجاج، مما ينتج عنه نفاذية عالية. تُعد طرق إنتاج الزجاج المسطح التقليدية أقل ملاءمة للزجاج الشمسي.
2. يُمكن حاليًا تحقيق إنتاج أقصى للوحدات الشمسية يبلغ حوالي 3-4 جيجاوات باستخدام الزجاج الشمسي المُصنّع في أوروبا. وحتى عام 2021، كان يتم استيراد جزء ضئيل من هذا الزجاج من الهند وعدد قليل من الدول الأخرى. إلا أن الهند ستحتاج إلى الزجاج المُصنّع محليًا لتلبية خططها الضخمة لإنتاج الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ومن الجدير بالذكر أن شركة إنترفلوت، أكبر مُورّد للزجاج الشمسي في أوروبا، بالإضافة إلى مصنعها "جي إم بي غلاسمانوفاكتور براندنبورغ" في تشيرنيتز، قد بيعت إلى شركة بوروسيل، الرائدة في السوق الهندية، في أبريل 2022 (مجلة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، 25 أبريل 2022). ونظرًا لاعتماد منشأة الإنتاج هناك كليًا على إمدادات الغاز المُستمرة، فقد أثار هذا الأمر دهشة خبراء الصناعة. فإلى جانب خطر انقطاع إمدادات الغاز الروسية، لا يُمكن تحقيق الإنتاج المُجدي اقتصاديًا إلا بأسعار الغاز الحالية، مع أسعار بيع مرتفعة للغاية للزجاج الشمسي المُنتج. ربما كان اهتمام شركة بوروسيل منصباً على الوصول إلى السوق، لا سيما مع تكلفة إصلاح فرن الصهر التي ستبلغ حوالي 30 مليون يورو خلال ثلاث سنوات تقريباً. وتعتزم بوروسيل زيادة طاقتها الإنتاجية إلى 2600 طن يومياً بحلول عام 2025. ويبقى إنتاج 450 طناً من هذه الكمية في براندنبورغ موضع شك. وحتى هذه الكمية لن تكفي إلا لإنتاج وحدات بقدرة 2.5 جيجاواط تقريباً.
3. تفترض أهداف التوسع التي نشرها الاتحاد الأوروبي زيادة في الطاقة الإنتاجية الأوروبية للوحدات الشمسية تصل إلى 30 جيجاواط بحلول عام 2030. وقد تم رفع هذه الأهداف بعد الغزو الروسي لأوكرانيا. وحتى مع تحسن كفاءة الوحدات، سيؤدي ذلك إلى زيادة الطلب على الزجاج الشمسي بنحو عشرة أضعاف في عام 2030 مقارنةً بعام 2021. ويثور التساؤل حول كيفية تلبية هذا الطلب، في ظل عدم وجود أي طاقات إنتاجية جديدة للزجاج الشمسي في الأفق حاليًا.
4. يتطلب إنتاج الزجاج مدخلات طاقة عالية، يُغطى 80% منها بالغاز الطبيعي. الإنتاج غير مرن، ويجب تسخين أفران الصهر على مدار الساعة طوال أيام السنة. مع سعر غاز يبلغ حوالي 6 يورو لكل ميغاواط، شكلت الطاقة ما يقارب 35% من تكاليف الإنتاج في عام 2020. في 7 مارس، سُجل سعر 211 يورو في سوق العقود الآجلة الهولندية (TTF). ورغم انخفاض هذا السعر الأقصى إلى 87 يورو (في 27 مايو 2022)، لا يتوقع أحد حاليًا أن تنخفض الأسعار إلى أقل من 50 يورو لكل ميغاواط في السنوات القادمة.
5. من السهل حساب تداعيات ذلك على إنتاج الزجاج الشمسي في أوروبا. فبينما كانت تكلفة الطاقة للمتر المربع الواحد حوالي 2 يورو في عام 2020، فإن زيادة ستة أضعاف سترفعها إلى 12 يورو. وبالتالي، سيرتفع سعر الزجاج من حوالي 7.80 يورو (في عام 2021) إلى 21.50 يورو للمتر المربع، أو من 14 يورو للوحدة إلى ما يقارب 39 يورو للوحدة التي تبلغ مساحتها 1.8 متر مربع. مع ذلك، لا تأخذ هذه الحسابات في الحسبان الزيادة الكبيرة المتوقعة في حال انقطاع الإمدادات أو فرض حظر. لذا، لم تعد أفران الزجاج الشمسي التي تعمل بالغاز الطبيعي في أوروبا الوسطى مجدية اقتصاديًا، ولا توجد فرصة للموافقة على الاستثمارات الجديدة.
6. كبديل محتمل، يجري النظر في ما يُسمى بالأفران الهجينة. تُعدّ تقنية الأفران الهجينة لإنتاج الزجاج واعدة للغاية: فباستخدام طاقة كهربائية لا تتجاوز 80% وغاز بنسبة 20% فقط، يُمكن تحقيق وفورات في الطاقة تصل إلى 16% وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 80% (وفقًا لمنشورات شركة Sorg - www.sorg.de). مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنيات طُوّرت في الأساس لزجاج العبوات، ولا يوجد حاليًا أي مصنع إنتاج صناعي واسع النطاق يستخدم هذه التقنية.

سيكون من المثير للاهتمام معرفة مصدر 12 مليون متر مربع من زجاج الطاقة الشمسية اللازمة لمصنع إنتاج الوحدات الشمسية التابع لشركة إينيل في صقلية، والذي تبلغ طاقته الإنتاجية 3 جيجاواط، والذي أُعلن عنه في أوائل أبريل 2022. سيحتاج المصنع إلى خطي إنتاج لزجاج الطاقة الشمسية، تبلغ طاقة كل منهما 200 طن يوميًا. ستحصل إينيل على دعم بقيمة 118 مليون يورو من المفوضية الأوروبية لتوسيع مصنعها الحالي للخلايا والوحدات الشمسية في صقلية، والذي تبلغ طاقته الإنتاجية 200 ميجاواط، ليصل إلى 3 ميجاواط بحلول عام 2024. يُمثل هذا استثمارًا في سلسلة القيمة الكاملة للطاقة الكهروضوئية. وسيبقى زجاج الطاقة الشمسية، مرة أخرى، العنصر المهمَل.

الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو بيان صحفي آخر (نشرة فوتون، 21 أبريل 2022): أعلنت شركة كاربون إس إيه إس الناشئة، ومقرها روش لا موليير، فرنسا، عن شراكة مع مجموعة إيه سي آي الفرنسية. ستدعم إيه سي آي شركة كاربون في تحقيق خططها لإنشاء مصنع متكامل للطاقة الشمسية في فرنسا. من المقرر أن يبدأ إنتاج الوحدات في عام 2024 بطاقة إنتاجية تبلغ 500 ميغاواط. وسيتم رفع هذه الطاقة الإنتاجية إلى 5 غيغاواط بحلول عام 2025، وإلى ما بين 15 و20 غيغاواط بحلول عام 2030. وتؤكد الشركة أنها تعتزم تغطية سلسلة القيمة بأكملها، بدءًا من إنتاج السبائك وصولًا إلى الرقائق والخلايا - IBC وTOPCon.

أدى غزو روسيا لأوكرانيا إلى تسليط الضوء بشكل حاد على قضية أمن الطاقة في أوروبا. ووفقًا لمنظمة "سولار باور يوروب"، فإن "إحدى طرق تعزيز استقلال الطاقة في أجزاء كبيرة من أوروبا هي تسريع نشر الطاقة الشمسية وتحسين قاعدة الإنتاج".

أشار مسؤول من المفوضية الأوروبية في قمة الطاقة الشمسية الأخيرة في بروكسل في أبريل 2022 إلى أن إنتاج الطاقة الشمسية في أوروبا بحاجة إلى إعادة بناء - "مهما تطلب الأمر".

مع ذلك، من الواضح أن النهج الحالي لتعزيز صناعة الطاقة الشمسية الأوروبية قصير النظر للغاية: فبدون تضمين الزجاج الشمسي، وهو المكون الأكثر استهلاكًا للطاقة والأثقل وزنًا، سيستمر الاعتماد على الصين بصفتها رائدة السوق العالمية في إنتاج الزجاج الشمسي. ومن المتوقع أن ترتفع الفجوة الحالية المقدرة في إنتاج الزجاج الشمسي من 60% إلى 90% نتيجة لخطط التوسع التي تصل إلى عدة جيجاوات.

لا يمكن لأحد أن يتخيل استبعاد الفولاذ الضروري من سلسلة إنتاج السيارات. ومع ذلك، هذا بالضبط ما يحدث عند دراسة سلسلة القيمة لإنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية!

نظراً لارتفاع رسوم مكافحة الإغراق المفروضة على زجاج الطاقة الشمسية المستورد من الصين (رسوم جمركية ورسوم مكافحة إغراق تصل إلى 100%)، فإن الواردات من الصين تلعب حالياً دوراً أقل أهمية. إلا أن هذا الوضع سيتغير، إذ نظراً لقلة المصادر البديلة، ستكون الصين المصدر الوحيد القادر على توفير الكميات المطلوبة. وسيتعين دفع رسوم مكافحة الإغراق الإضافية، مما سيؤدي إلى ارتفاع تكلفة وحدات الطاقة الشمسية المنتجة في أوروبا مقارنةً بوحدات الطاقة الشمسية الصينية المستوردة بدون رسوم إضافية. ويعود ذلك إلى أن رسوم مكافحة الإغراق تُفرض فقط على زجاج الطاقة الشمسية المستورد، وليس على وحدات الطاقة الشمسية نفسها (التي تحتوي بطبيعة الحال على الزجاج أيضاً).

قال رئيس معهد DIW، مارسيل فراتزشر: "على غرار الوضع مع روسيا، يُعدّ عدم التوازن والاعتماد الأحادي الجانب لألمانيا على الصين مشكلةً رئيسية". وتستغل الصين هذا الأمر بشكل متزايد كورقة ضغط ضد ألمانيا وأوروبا. ويبلغ الاعتماد على المكونات الصينية (بما في ذلك مكونات نظام الطاقة والعواكس) حوالي 90%. ومن المتوقع أن يزداد هذا الاعتماد مع توسع إنتاج الوحدات الشمسية في أوروبا.

كتب سيمون هاج في افتتاحية صحيفة دير شبيغل بتاريخ 28 مايو/أيار 2022: "إن الارتفاع الصاروخي في أسعار الغاز والنفط نتيجة الغزو الروسي لأوكرانيا يُظهر إلى ماذا قد تؤدي سياسة التغاضي عن الأمر - إلى تبعية لا يمكن تصحيحها إلا بتكلفة اقتصادية باهظة. والاعتماد على الصين يفوق بالفعل الاعتماد على روسيا". وينطبق هذا بشكل خاص على قطاع الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ... "يحتاج الاتحاد الأوروبي إلى سياسة صناعية تدعم باستمرار تطوير الصناعات الاستراتيجية الرئيسية". وبالتأكيد ليست سياسة تتجاهل الاعتماد المستقبلي لأكثر من 90% على المكون الأساسي للزجاج الشمسي.

يعمل إريك ميركل في صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية منذ أكثر من 20 عامًا.

كان أحد الرواد في إنشاء أول خطوط إنتاج للوحدات في ألمانيا وفي بناء محطات الطاقة الكهروضوئية في نطاق الميغاواط.

لقد لعب دوراً رئيسياً في تطوير وإطلاق أول وحدات زجاجية مزدوجة رقيقة من شركة ألمادن في السوق.

في وقت مبكر من عامي 2007/2008، خطط لإنشاء أول مصنع ألماني لإنتاج الزجاج الشمسي في براندنبورغ. إلا أن المشروع لم يُنفذ بسبب انهيار صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في أوروبا والأزمة المالية.

يرأس الدكتور ميركل شركة GridParity AG ويقدم المشورة لشركة AGORA sro في سلوفاكيا بشأن إنشاء منشأة لإنتاج وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية بقدرة تصل إلى 150 ميجاوات في عام 2023 (450 ميجاوات من عام 2024).