Verre solaire – le composant oublié – le prochain goulot d'étranglement est inévitable

Lorsqu'on aborde la chaîne de valeur du photovoltaïque, le composant le plus lourd après les cellules solaires est systématiquement négligé : le verre solaire. À ma connaissance, aucune publication n'a encore décrit les difficultés d'approvisionnement en grandes quantités de verre solaire nécessaires à la production de modules photovoltaïques à l'échelle du gigawatt, indispensable à la transition énergétique.

L'UE s'engage dans une dangereuse dépendance à l'égard de la Chine car elle ignore cet élément.

La production européenne de modules reste marginale à l'échelle mondiale, et la dépendance vis-à-vis de la Chine est dangereuse. L'Allemagne et l'UE souhaitent changer radicalement cette situation et accroître considérablement les capacités de production européennes. Le fait que cela comprenne également l'approvisionnement en verre solaire est systématiquement négligé. Or, le secteur est déjà confronté à de nombreuses difficultés.

En Slovaquie, par exemple, Agora Solar s'apprête à mettre en service une ligne de production de modules de 150 MWc. Cependant, l'approvisionnement en verre solaire, composant le plus lourd, s'avère difficile. Les offres des fabricants européens et indiens de verre solaire n'ont pas été soumises, voire retirées, en raison de la pénurie de gaz actuelle.

Les Chinois adoptent une approche globale, car la production de modules est impossible sans verre solaire. Par conséquent, des quantités gigantesques de verre sont nécessaires pour atteindre leurs objectifs ambitieux de développement du photovoltaïque. C'est pourquoi, dès 2020, l'entreprise allemande Grenzebach a reçu des commandes de la Chine pour plus de 160 lignes de tréfilage de verre spécifiquement destinées au marché photovoltaïque (Solarserver, 21 mai 2021). Ces lignes ont depuis été livrées. En Europe, on ne compte qu'une poignée de lignes de ce type, et aucun projet n'est prévu pour combler ce fossé qui ne cesse de se creuser. L'Allemagne offre la meilleure technologie de fusion au monde, avec des leaders mondiaux comme Sorg et Horn. La France et l'Angleterre disposent également d'excellents fournisseurs. En Autriche, Lisec propose les meilleurs systèmes de revêtement et de durcissement. Ces systèmes solaires sont destinés à la Chine, et non à l'Europe.

Les statistiques sur les brevets montrent que cette situation ne perdurera pas. Plus de 1 000 brevets chinois contrastent fortement avec le nombre restreint de brevets européens. La Chine est ici leader technologique et ambitionne de dominer la fabrication d'installations de production à l'avenir.

La construction d'une usine de verre solaire représente un investissement considérable, pouvant atteindre 100 millions d'euros pour une ligne de production de taille optimale avec une capacité de fusion de 300 tonnes par 24 heures. La consommation énergétique (dont 80 % de gaz) et l'impact environnemental important, notamment les émissions de CO₂ et d'oxydes d'azote, impliquent un travail de planification important et de longues procédures d'autorisation. Le délai entre la planification et la mise en service d'une usine de production de verre solaire est donc de 3 à 4 ans, un délai long comparé aux six à dix mois nécessaires pour une ligne de production de modules photovoltaïques.

Un approvisionnement en gaz fiable à 100 % 24h/24 et 7j/7 est également essentiel, car la technologie actuelle de fabrication du verre solaire nécessite l'utilisation de 80 % de gaz pour les processus de fusion.

On pourrait envisager d'acheter du verre solaire en Chine. Cependant, cela remet en cause l'argument de la sécurisation d'une chaîne d'approvisionnement européenne et des économies sur les coûts logistiques grâce à la production européenne. Cela ne ferait qu'accroître notre forte dépendance à l'égard de la Chine. Enfin, il convient de souligner les graves critiques concernant les conditions politiques et environnementales déplorables dans lesquelles se déroule la production en Chine. Plusieurs verreries sont situées dans la province du Xinjiang, région ouïghoure réprimée. Le verre représentant jusqu'à 80 % du poids d'un module photovoltaïque standard, son transport est presque aussi coûteux et long que celui des modules finis.

Les objectifs de développement d'une « nouvelle industrie solaire européenne » sont colossaux et ont récemment été revus à la hausse de manière significative en raison du conflit en Ukraine. Dans la plupart des cas, l'augmentation des capacités de production est prévue sur l'ensemble de la chaîne de valeur, c'est-à-dire du silicium aux plaquettes et aux cellules, jusqu'à la production de modules. Étrangement, un élément crucial manque systématiquement à l'appel, tant dans cette liste que dans les plans des usines de plusieurs gigawatts : le verre solaire, indispensable à la fabrication de 99 % des modules. Ce composant essentiel est insuffisant en Europe. Les arguments suivants le démontrent :

1. Le verre solaire ultra-blanc est principalement fabriqué à partir de verre texturé par un procédé de laminage. Des rouleaux de formage spéciaux créent une microstructure sur les deux faces du verre, épousant parfaitement son épaisseur. Cette structure retient en grande partie la réflexion à l'intérieur du verre, ce qui lui confère une transmittance élevée. Les méthodes de production classiques du verre plat sont moins adaptées au verre solaire.
2. Actuellement, une production maximale de modules d'environ 3 à 4 gigawatts peut être atteinte grâce au verre solaire produit en Europe. Jusqu'en 2021, une part infime de ce verre était importée d'Inde et de quelques autres pays. Cependant, l'Inde aura besoin du verre produit localement pour ses gigantesques projets de production photovoltaïque. Il est donc remarquable que le principal fournisseur européen de verre solaire, Interfloat, ainsi que son usine GMB Glasmanufaktur Brandenburg à Tschernitz, aient été vendus au leader indien du marché, Borosil, en avril 2022 (PV Magazine, 25 avril 2022). Étant donné que cette usine dépend entièrement d'un approvisionnement continu en gaz, les experts du secteur ont été surpris par cette vente. Outre le risque d'interruption des approvisionnements en gaz russe, la rentabilité de la production n'est possible qu'aux prix actuels du gaz, moyennant des prix de vente du verre solaire produit quasi irréalistes. Borosil était probablement davantage intéressée par l'accès au marché, d'autant plus que des coûts d'environ 30 millions d'euros devront être engagés d'ici trois ans pour une probable remise en état à froid du four de fusion. Borosil prévoit d'augmenter sa capacité de production à 2 600 tonnes par jour d'ici 2025. La production effective des 450 tonnes annoncées dans le Brandebourg reste incertaine. Mais même cette quantité ne suffirait qu'à la production d'environ 2,5 GW de modules.
3. Les objectifs de croissance publiés par l'UE tablent sur une augmentation de la capacité de production européenne de modules photovoltaïques pouvant atteindre 30 GW d'ici 2030. Ces objectifs ont été revus à la hausse suite à l'invasion russe de l'Ukraine. Même en cas d'amélioration du rendement des modules, la demande de verre solaire serait multipliée par dix en 2030 par rapport à 2021. Dès lors, comment cette demande sera-t-elle satisfaite, alors qu'aucune nouvelle capacité de production de verre solaire n'est actuellement prévue ?
4. La production de verre est très énergivore, et 80 % de cette énergie doit être fournie par le gaz naturel. La production est peu flexible : les fours de fusion doivent fonctionner en continu, 24 h/24 et 365 j/an. Avec un prix du gaz d’environ 6 €/MW, l’énergie représentait près de 35 % des coûts de production en 2020. Le 7 mars, un prix de 211 € a été enregistré sur le marché spot néerlandais TTF Future. Bien que ce prix record soit depuis retombé à 87 € (le 27 mai 2022), personne ne prévoit actuellement que les prix descendent en dessous de 50 €/MW dans les années à venir.
5. Les conséquences pour la production européenne de verre solaire sont faciles à calculer. Alors que le coût de l'énergie par mètre carré avoisinait les 2 € en 2020, une multiplication par six le porterait à 12 €. Le prix du verre passerait alors d'environ 7,80 € (2021) à 21,50 € par mètre carré, soit de 14 € par module à près de 39 € par module de 1,8 mètre carré. Cependant, ce calcul ne tient pas compte d'une hausse bien plus importante en cas de rupture d'approvisionnement ou d'embargo. Par conséquent, les fours à verre solaire alimentés au gaz naturel en Europe centrale ne sont plus rentables, et tout nouvel investissement a peu de chances d'être approuvé.
6. Une alternative possible consiste à utiliser des fours dits hybrides. La technologie hybride pour la production de verre est prometteuse : avec un apport électrique maximal de 80 % et seulement 20 % de gaz, des économies d’énergie allant jusqu’à 16 % et une réduction des émissions de CO₂ de 80 % sont possibles (d’après les publications de la société Sorg – www.sorg.de). Il convient toutefois de noter que ces technologies ont été développées principalement pour le verre d’emballage et qu’aucune installation de production industrielle utilisant cette technologie n’est actuellement en service.

Il sera intéressant de voir d'où proviendront les 12 millions de mètres carrés de verre solaire nécessaires à l'usine de production de modules de 3 GWc d'Enel en Sicile, annoncée début avril 2022. L'usine nécessitera deux lignes de production de verre solaire, chacune d'une capacité de fusion de 200 tonnes par jour. Enel recevra 118 millions d'euros de subventions de la Commission européenne pour étendre son usine de cellules et de modules existante de 200 MW en Sicile à une capacité de production de 3 MW d'ici 2024. Cet investissement concerne l'ensemble de la chaîne de valeur photovoltaïque. Le verre solaire risque une fois de plus d'être le maillon faible.

Plus surprenant encore, un autre communiqué de presse (Photon Newsletter, 21 avril 2022) révèle que la start-up Carbon SAS, basée à Roche-la-Molière, en France, a annoncé un partenariat avec le groupe français ACI. ACI accompagnera Carbon dans la réalisation de son projet d'usine solaire entièrement intégrée en France. La production de modules devrait démarrer en 2024 avec une capacité de 500 mégawatts. Cette capacité sera ensuite portée à 5 gigawatts d'ici 2025, puis à 15-20 gigawatts d'ici 2030. L'entreprise précise qu'elle entend couvrir l'intégralité de la chaîne de valeur, de la production de lingots à celle de plaquettes et de cellules (IBC et TOPCon).

L'invasion de l'Ukraine par la Russie a mis en lumière la question de la sécurité énergétique en Europe. « L'un des moyens de renforcer l'indépendance énergétique de vastes régions d'Europe consiste à accélérer le déploiement de l'énergie solaire et à améliorer la base de production », selon SolarPower Europe.

Un responsable de la Commission européenne a souligné lors du récent sommet sur l'énergie solaire à Bruxelles en avril 2022 que la production solaire en Europe devait être reconstruite – « coûte que coûte ».

Cependant, l'approche actuelle de la promotion d'une industrie solaire européenne est manifestement trop court-termiste : sans inclure le verre solaire, composant le plus énergivore et le plus lourd, la dépendance à l'égard de la Chine, leader mondial du marché du verre solaire, persistera. Le déficit actuel de production de verre solaire, estimé à 60 %, devrait atteindre 90 % en raison des projets d'expansion à plusieurs gigawatts.

Personne n'oserait exclure l'acier, élément indispensable à la production automobile. Pourtant, c'est précisément ce qui se fait lorsqu'on examine la chaîne de valeur de la production de modules photovoltaïques !

En raison des droits antidumping élevés appliqués au verre solaire chinois (droits de douane et taxes antidumping pouvant atteindre 100 %), les importations en provenance de Chine jouent actuellement un rôle moins important. Cette situation évoluera cependant, car, faute de sources alternatives, seule la Chine sera en mesure de fournir les quantités requises. Le paiement de la surtaxe antidumping entraînera un désavantage concurrentiel pour les modules photovoltaïques produits en Europe par rapport aux modules chinois importés sans surtaxe. En effet, les droits antidumping ne s'appliquent qu'au verre solaire importé, et non aux modules photovoltaïques eux-mêmes (qui contiennent pourtant ce verre).

« À l’instar de la situation avec la Russie, l’asymétrie et le caractère unilatéral de la dépendance de l’Allemagne vis-à-vis de la Chine constituent un problème majeur », a déclaré Marcel Fratzscher, président de DIW. La Chine exploite de plus en plus cette dépendance comme moyen de pression sur l’Allemagne et l’Europe. La dépendance aux composants chinois (notamment les composants BOS et les onduleurs) avoisine les 90 %. Ce taux augmentera encore avec le développement de la production de modules en Europe.

Dans son éditorial du 28 mai 2022 paru dans Der Spiegel, Simon Hage écrit : « L’envolée des prix du gaz et du pétrole suite à l’invasion russe de l’Ukraine illustre les conséquences d’une politique d’aveuglement : une dépendance qu’il est impossible de corriger sans un coût économique exorbitant. Or, la dépendance à l’égard de la Chine est déjà supérieure à celle à l’égard de la Russie. » Ceci s’applique tout particulièrement au secteur photovoltaïque. … « L’UE a besoin d’une politique industrielle qui soutienne de manière constante le développement des industries stratégiques clés. » Certainement pas une politique qui ignore la dépendance future de plus de 90 % à l’égard du composant indispensable qu’est le verre solaire.

Erich Merkle travaille dans l'industrie photovoltaïque depuis plus de 20 ans.

Il fut l'un des pionniers tant dans la mise en place des premières lignes de production de modules en Allemagne que dans la construction de centrales photovoltaïques de l'ordre du mégawatt.

Il a joué un rôle clé dans le développement et le lancement commercial des premiers modules minces à double vitrage d'Almaden.

Dès 2007/2008, il avait planifié la première usine allemande de production de verre solaire dans le Brandebourg. Ce projet n'a pu aboutir en raison de l'effondrement du secteur photovoltaïque en Europe et de la crise financière.

Le Dr Merkle dirige GridParity AG et conseille AGORA sro en Slovaquie sur la construction d'une usine de production de modules PV d'une capacité allant jusqu'à 150 MW en 2023 (450 MW à partir de 2024).