זכוכית סולארית – הרכיב הנשכח – צוואר הבקבוק הבא הוא בלתי נמנע

כאשר דנים בשרשרת הערך של אנרגיה פוטו-וולטאית כולה, הרכיב הכבד ביותר מבחינת משקל אחרי התאים הסולאריים מוזנח באופן עקבי: זכוכית סולארית. איני מכיר פרסום כלשהו עד כה שתיאר את הבעיות הכרוכות ברכישת כמויות גדולות של זכוכית סולארית לייצור מודולים פוטו-וולטאיים בקנה מידה של ג'יגה-וואט כדי לממש את המעבר האנרגטי.

האיחוד האירופי נכנס לתלות מסוכנת בסין משום שהוא מתעלם ממרכיב זה

ייצור מודולים באירופה עדיין זניח בקנה מידה עולמי, והתלות בסין מסוכנת. גרמניה והאיחוד האירופי רוצים לשנות זאת באופן דרסטי ולהגדיל את יכולות הייצור האירופיות. העובדה שזה כולל גם רכש של זכוכית סולארית מתעלמת בעקביות. עם זאת, התעשייה כבר מתמודדת עם בעיות.

בסלובקיה, לדוגמה, אגורה סולאר מתכוננת להפעיל קו ייצור למודולים בהספק של 150 מגה-וואט וואט. עם זאת, מתברר כי קשה להשיג את הרכיב הכבד ביותר, זכוכית סולארית. הצעות מיצרני זכוכית סולארית אירופאים והודיים לא הוגשו או אף בוטלו עקב המחסור הנוכחי בגז.

הסינים נוקטים בגישה הוליסטית, משום שייצור מודולים בלתי אפשרי ללא זכוכית סולארית, וכתוצאה מכך, נדרשות כמויות אדירות של זכוכית עבור יעדי הרחבת הפוטו-וולטאיים השאפתניים שלהם. זו הסיבה שחברת Grenzebach הגרמנית קיבלה הזמנות מסין כבר בשנת 2020 ליותר מ-160 קווי שרטוט זכוכית במיוחד עבור שוק הפוטו-וולטאית (Solarserver, 21 במאי 2021). אלה סופקו מאז. באירופה ישנם רק קומץ קווי שרטוט כאלה, ואין תוכניות ידועות לסגירת הפער ההולך וגדל הזה. גרמניה מציעה את טכנולוגיית ההיתוך הטובה בעולם, עם מובילות שוק עולמיות כמו Sorg ו-Horn. גם לצרפת ולאנגליה יש ספקים מצוינים. Lisec באוסטריה מספקת את המערכות הטובות ביותר לציפוי והקשחה. מערכות סולאריות אלו מסופקות לסין, לא לאירופה.

נתוני פטנטים מראים שזה לא יישאר כך. למעלה מ-1,000 פטנטים סיניים עומדים בניגוד מוחלט למעטים מאירופה. כאן, סין היא המובילה הטכנולוגית ושואפת לשלוט בייצור מתקני הייצור בעתיד.

בניית מפעל לייצור זכוכית סולארית היא השקעה עצומה של עד 100 מיליון אירו עבור קו ייצור בגודל אופטימלי עם כושר התכה של 300 טון ל-24 שעות. צריכת האנרגיה (80% גז) וההשפעה הסביבתית המשמעותית בצורת CO2 ותחמוצות חנקן גורמות למאמץ תכנון ניכר ולתהליכי היתר ארוכים. לכן, התקופה מתכנון ועד להפעלת מתקן ייצור זכוכית סולארית היא 3-4 שנים. זהו זמן רב בהשוואה לשישה עד עשרה חודשים עבור קו ייצור מודולים פוטו-וולטאיים.

אספקת גז אמינה של 100% 24/7 חיונית גם היא, שכן הטכנולוגיה הנוכחית לייצור זכוכית סולארית דורשת שימוש ב-80% גז לתהליכי ההיתוך.

אפשר לטעון שעלינו לקנות זכוכית סולארית מסין. עם זאת, הדבר מערער את הטיעון של הבטחת שרשרת אספקה ​​אירופאית וחיסכון בעלויות לוגיסטיקה באמצעות ייצור אירופאי. דבר זה יגביר עוד יותר את התלות הקריטית שלנו ממילא בסין. לבסוף, הביקורת החמורה על כך שהייצור בסין מתרחש בתנאים פוליטיים וסביבתיים ירודים היא משמעותית גם כן. מספר מפעלי זכוכית ממוקמים במחוז שינג'יאנג, אזור אויגור המדוכא. כאשר זכוכית מהווה עד 80% ממשקל מודול פוטו-וולטאי סטנדרטי, הובלת הזכוכית יקרה וגוזלת זמן כמעט כמו הובלת המודולים המוגמרים.

יעדי ההרחבה של "תעשיית השמש האירופית החדשה" הם עצומים ולאחרונה עודכנו משמעותית כלפי מעלה לאור המלחמה באוקראינה. ברוב המקרים, הרחבת כושר הייצור נועדה להתרחש לאורך כל שרשרת הערך, כלומר, מסיליקון ועד ופלים ותאים ועד לייצור מודולים. באופן מוזר, מרכיב מכריע אחד חסר באופן עקבי ברשימה זו ובתוכניות למפעלי ג'יגה-וואט: זכוכית סולארית הנדרשת עבור 99% מכלל המודולים. רכיב הכרחי זה אינו זמין מספיק באירופה. הטיעונים הבאים מדגימים זאת:

1. זכוכית סולארית לבנה במיוחד מיוצרת בעיקר כזכוכית בעלת טקסטורה באמצעות תהליך גלגול. גלילים מיוחדים לעיצוב יוצרים מיקרו-מבנה משני צידי הזכוכית, התואמים לעוביה. מבנה זה שומר במידה רבה על השתקפות בתוך הזכוכית, וכתוצאה מכך העברה גבוהה של הקרנה. שיטות ייצור קונבנציונליות של זכוכית שטוחה פחות מתאימות לזכוכית סולארית.
2. נכון לעכשיו, ניתן להשיג ייצור מודולים מקסימלי של כ-3-4 ג'יגה-וואט באמצעות זכוכית סולארית המיוצרת באירופה. עד 2021, חלק סמלי מהזכוכית יובא מהודו ומכמה מדינות נוספות. עם זאת, הודו תזדקק לזכוכית המיוצרת שם עבור תוכניות הייצור הפוטו-וולטאיות הענקיות שלה. לכן ראוי לציין כי ספקית הזכוכית הסולארית הגדולה ביותר באירופה, Interfloat, יחד עם מפעל הייצור GMB Glasmanufaktur Brandenburg בטשרניץ, נמכרה לחברת Borosil, מובילת השוק ההודית, באפריל 2022 (מגזין PV, 25 באפריל 2022). בהתחשב בכך שמתקן הייצור שם תלוי לחלוטין באספקת גז רציפה, מומחי התעשייה הופתעו מכך. מלבד הסיכון להפסקה באספקת הגז הרוסית, ייצור המכסה עלויות אפשרי רק במחירי הגז של היום עם מחירי מכירה גבוהים כמעט באופן לא מציאותי עבור הזכוכית הסולארית המיוצרת. Borosil כנראה התעניינה יותר בגישה לשוק, במיוחד מכיוון שיצטרכו לשלם עלויות של כ-30 מיליון אירו תוך כשלוש שנים עבור "תיקון קר" סביר של תנור ההיתוך. בורוסיל מתכוונת להגדיל את כושר הייצור שלה לסך של 2,600 טון ליום עד 2025. ספק אם 450 הטון המוצהרים אכן ייוצרו בברנדנבורג. אך אפילו כמות זו תספיק רק לכ-2.5 ג'יגה-וואט של ייצור מודולים.
3. יעדי ההרחבה שפרסם האיחוד האירופי מניחים עלייה של עד 30 ג'יגה-וואט ביכולת ייצור המודולים האירופית עד שנת 2030. יעדים אלה הועלו עוד יותר בעקבות הפלישה הרוסית לאוקראינה. גם אם יעילות המודולים תשתפר, הדבר יוביל לעלייה של כמעט פי עשרה בביקוש לזכוכית סולארית בשנת 2030 בהשוואה לשנת 2021. עולה השאלה כיצד ייענה ביקוש זה, בהתחשב בכך שלא נראות כרגע יכולות ייצור חדשות לזכוכית סולארית באופק.
4. ייצור זכוכית דורש קלט אנרגיה גבוה, ש-80% ממנה חייב להיות מכוסה על ידי גז טבעי. הייצור אינו גמיש, ותנורי ההיתוך חייבים להיות מחוממים מסביב לשעון, 365 ימים בשנה. עם מחיר גז של כ-6 אירו למגוואט, אנרגיה היוותה כ-35% מעלויות הייצור בשנת 2020. ב-7 במרץ נרשם מחיר של 211 אירו בשוק הספוט של TTF Dutch Future. למרות שמחיר שיא זה ירד מאז ל-87 אירו (ב-27 במאי 2022), איש אינו צופה כרגע כי מחירים מתחת ל-50 אירו למגוואט יושגו בשנים הקרובות.
5. קל לחשב את ההשלכות על ייצור זכוכית סולארית באירופה. בעוד שעלות האנרגיה למטר רבוע הייתה כ-2 אירו בשנת 2020, עלייה פי שישה תעלה אותה ל-12 אירו. מחיר הזכוכית יעלה אז מכ-7.80 אירו (2021) ל-21.50 אירו למטר רבוע, או מ-14 אירו למודול לכמעט 39 אירו למודול של 1.8 מטר רבוע. עם זאת, חישוב זה אינו מתחשב בעלייה משמעותית גבוהה יותר במקרה של הפרעה באספקה ​​או אמברגו. לכן, תנורי זכוכית סולאריים המופעלים בגז טבעי במרכז אירופה אינם עוד כדאיים כלכלית, ולהשקעות חדשות אין סיכוי לקבל אישור.
6. כחלופה אפשרית, נשקלים תנורים היברידיים. טכנולוגיה היברידית לייצור זכוכית היא טכנולוגיה משכנעת: עם צריכת חשמל מקסימלית של 80% ורק 20% גז, חיסכון באנרגיה של עד 16% והפחתת פליטות CO2 של 80% אפשריים (על פי פרסומים של חברת Sorg – www.sorg.de). עם זאת, יש לציין כי טכנולוגיות אלו פותחו בעיקר עבור זכוכית מכלים, ואין כיום מתקן ייצור בקנה מידה תעשייתי המשתמש בטכנולוגיה זו.

יהיה מעניין לראות מאיפה יגיעו 12 מיליון המטרים הרבועים של זכוכית סולארית עבור מפעל ייצור המודולים של אנל בסיציליה, בהספק של 3 ג'יגה-וואט, שהוכרז בתחילת אפריל 2022. המפעל ידרוש שני קווי ייצור של זכוכית סולארית, כל אחד עם כושר התכה של 200 טון ליום. אנל תקבל 118 מיליון אירו בסובסידיה מהנציבות האירופית כדי להרחיב את מפעל התאים והמודולים הקיים שלה בסיציליה, בנפח 200 מגה-וואט, לכושר ייצור של 3 מגה-וואט עד 2024. זוהי השקעה בכל שרשרת הערך של אנרגיה פוטו-וולטאית. זכוכית סולארית שוב תישאר המרכיב הנשכח.

מפתיעה עוד יותר היא הודעה לעיתונות נוספת (Photon Newsletter, 21 באפריל 2022): חברת הסטארט-אפ Carbon SAS, שבסיסה ברוש-לה-מולייר, צרפת, הודיעה על שותפות עם קבוצת ACI הצרפתית. ACI תתמוך ב-Carbon במימוש תוכניותיה להקמת מפעל סולארי משולב במלואו בצרפת. ייצור המודולים מתוכנן להתחיל בשנת 2024 עם קיבולת של 500 מגה-וואט. קיבולת זו צפויה לאחר מכן לגדול לחמישה ג'יגה-וואט עד 2025 ול-15 עד 20 ג'יגה-וואט עד 2030. החברה מצהירה כי בכוונתה לכסות את כל שרשרת הערך, החל מייצור מטילי ייצור ועד ופלים ותאים - IBC ו-TOPCon.

פלישת רוסיה לאוקראינה העלתה את נושא ביטחון האנרגיה באירופה למוקד העניין. "אחת הדרכים לחזק את העצמאות האנרגטית בחלקים נרחבים של אירופה היא להאיץ את פריסת האנרגיה הסולארית ולשפר את בסיס הייצור", על פי SolarPower Europe.

גורם רשמי בנציבות האירופית ציין בפסגת האנרגיה הסולארית האחרונה בבריסל באפריל 2022 כי יש לבנות מחדש את ייצור האנרגיה הסולארית באירופה - "מה שיידרש".

עם זאת, הגישה הנוכחית לקידום תעשייה סולארית אירופאית היא בבירור קצרת ראות מדי: ללא הכללת זכוכית סולארית, המרכיב הצרכני והכבד ביותר באנרגיה, התלות בסין כמובילת השוק העולמי בזכוכית סולארית תימשך. הפער הנוכחי המשוער בייצור זכוכית סולארית, העומד על 60%, יגדל ל-90% עקב תוכניות התרחבות לכמה ג'יגה-וואטים.

איש לא היה חולם על הוצאת הפלדה הדרושה משרשרת הייצור של הרכב. אך זה בדיוק מה שנעשה כאשר בוחנים את שרשרת הערך של ייצור מודולי פוטו-וולטאיים!

עקב מכסי ההיצף הגבוהים על זכוכית סולארית מסין (מכס והיטלי היצף של עד 100%), ליבוא מסין יש כיום תפקיד פחות משמעותי. עם זאת, מצב זה ישתנה, שכן בשל היעדר מקורות חלופיים, רק סין תוכל לספק את הכמויות הנדרשות. יהיה צורך לשלם את תוספת ההיצף, מה שיוביל לחיסרון עלויות עבור מודולים פוטו-וולטאיים המיוצרים באירופה בהשוואה למודולים פוטו-וולטאיים מסין המיובאים ללא תוספות. הסיבה לכך היא שמכס ההיצף מוטל רק על זכוכית סולארית מיובאת, ולא על מודולי הפוטו-וולטאיים עצמם (אשר, כמובן, גם מכילים את הזכוכית).

"בדומה למצב עם רוסיה, האסימטריה והחד-צדדיות של תלותה של גרמניה בסין הן בעיה מרכזית", אמר נשיא DIW, מרסל פרצשר. סין משתמשת בכך יותר ויותר כמנוף נגד גרמניה ואירופה. התלות ברכיבים סיניים (כולל רכיבי BOS וממירי מתח) היא כ-90%. נתון זה יגדל עוד יותר עם הרחבת ייצור המודולים באירופה.

סיימון הייג כותב במאמר המערכת שלו בדר שפיגל ב-28 במאי 2022: "מחירי הגז והנפט המריאים כתוצאה מהפלישה הרוסית לאוקראינה ממחישים לאן מדיניות של עצימת עין יכולה להוביל - תלות שניתן לתקן רק במחיר כלכלי גבוה. והתלות בסין כבר גדולה מזו ברוסיה." זה חל במיוחד על מגזר הפוטו-וולטאית (PV) ... "האיחוד האירופי זקוק למדיניות תעשייתית התומכת באופן עקבי בפיתוח תעשיות אסטרטגיות מרכזיות." בוודאי שלא מדיניות שמתעלמת מהתלות העתידית של יותר מ-90% במרכיב החיוני של זכוכית סולארית.

אריך מרקל עובד בתעשיית הפוטו-וולטאית למעלה מ-20 שנה.

הוא היה אחד החלוצים הן בהקמת קווי הייצור הראשונים למודולים בגרמניה והן בבניית תחנות כוח פוטו-וולטאיות בטווח המגה-וואט.

הוא מילא תפקיד מפתח בפיתוח ובהשקה לשוק של מודולי הזכוכית הכפולה הדקים הראשונים של אלמדן.

כבר בשנת 2007/8 הוא תכנן את מתקן ייצור הזכוכית הסולארית הגרמני הראשון בברנדנבורג. הפרויקט לא מומש עקב קריסת תעשיית הפוטו-וולטאית באירופה והמשבר הפיננסי.

ד"ר מרקל עומד בראש GridParity AG ומייעץ לחברת AGORA sro בסלובקיה בנוגע לבניית מתקן ייצור מודולים פוטו-וולטאיים בהספק של עד 150 מגה-וואט בשנת 2023 (450 מגה-וואט החל משנת 2024).