Szkło solarne – zapomniany element – ​​kolejne wąskie gardło jest nieuniknione

Kiedy mówimy o całym łańcuchu wartości fotowoltaiki, najcięższy pod względem masy element po ogniwach słonecznych jest konsekwentnie pomijany: szkło solarne. Nie znam żadnej publikacji, która jak dotąd opisywałaby problemy z pozyskiwaniem dużych ilości szkła solarnego do produkcji gigawatowych modułów fotowoltaicznych w celu realizacji transformacji energetycznej.

UE staje się niebezpiecznie uzależniona od Chin, ponieważ ignoruje ten element

Europejska produkcja modułów jest wciąż niewielka w skali globalnej, a uzależnienie od Chin jest niebezpieczne. Niemcy i UE chcą to radykalnie zmienić i zwiększyć europejskie moce produkcyjne. Ciągle zapomina się, że obejmuje to również zakup szkła solarnego. Branża już dziś zmaga się z problemami.

Przykładowo na Słowacji Agora Solar przygotowuje się do uruchomienia linii produkcyjnej modułów o mocy 150 MWp. Okazuje się, że zdobycie najcięższego elementu, czyli szkła solarnego, jest trudne. Oferty europejskich i indyjskich producentów szkła solarnego albo nie zostały złożone, albo wręcz zostały wycofane ze względu na obecny niedobór gazu.

Chińczycy planują całościowo, ponieważ produkcja modułów nie jest możliwa bez szkła solarnego, w związku z czym do osiągnięcia gigantycznych celów związanych z ekspansją fotowoltaiki potrzebne są gigantyczne ilości szkła. Dlatego niemiecka firma Grenzbach otrzymała w 2020 roku zamówienia z Chin na ponad 160 linii szkła ciągnionego specjalnie na rynek fotowoltaiczny (Solarserver, 21.05.2021). Zostały one już dostarczone. W Europie istnieje zaledwie kilka takich linii i nie są znane żadne plany usunięcia tej stale rosnącej luki. Niemcy oferują najlepszą na świecie technologię topienia wraz z liderami rynku światowego, takimi jak Sorg i Horn. Francja i Anglia również mają doskonałych dostawców. Lisec w Austrii dostarcza najlepsze systemy technologii powlekania i utwardzania. Systemy dla sektora fotowoltaicznego dostarczane są do Chin, a nie do Europy.

Statystyki dotyczące patentów pokazują, że tak się nie stanie. Istnieje ponad 1000 chińskich patentów, w porównaniu do zaledwie kilku z Europy. Chiny są tu pionierem technologicznym i w przyszłości chciałyby zdominować budowę zakładów produkcyjnych.

Budowa fabryki szkła solarnego to ogromna inwestycja rzędu 100 milionów euro w przypadku linii produkcyjnej o optymalnej wielkości i wydajności topienia 300 ton. 24 godziny każdy. Zużycie energii (80% gazu) oraz znaczący wpływ na środowisko w postaci CO2 i azotu powodują znaczny wysiłek planistyczny i długie procedury zatwierdzania. Okres od planowania do uruchomienia produkcji szkła solarnego wynosi zatem 3-4 lata. To dużo czasu w porównaniu do sześciu do dziesięciu miesięcy w przypadku linii produkcyjnej modułów fotowoltaicznych.

Niezbędne są także w 100% bezpieczne dostawy gazu 24 godziny na dobę, 365 dni w tygodniu, ponieważ obecna technologia produkcji szkła solarnego wymaga stosowania w procesach topienia 80% gazu.

Można argumentować, że powinniśmy kupować szkło solarne z Chin. Jednak argument dotyczący zabezpieczenia europejskiego łańcucha dostaw i oszczędności kosztów logistyki dzięki produkcji europejskiej upada. Zwiększy to egzystencjalną zależność od Chin, która już dziś jest postrzegana bardzo krytycznie. Wreszcie poważny jest także zarzut, że produkcja w Chinach odbywa się w złych warunkach politycznych i środowiskowych. W prowincji Xinjiang, uciskanym regionie Ujgurów, znajduje się kilka fabryk szkła. Przy udziale wagowym do 80% standardowego modułu fotowoltaicznego, transport szkła jest prawie tak samo kosztowny i czasochłonny, jak gotowych modułów.

Cele ekspansji „nowego europejskiego przemysłu fotowoltaicznego” są gigantyczne i ostatnio zostały znacznie skorygowane w górę w związku z wojną na Ukrainie. W większości przypadków rozbudowa mocy produkcyjnych powinna odbywać się wzdłuż całego łańcucha wartości, czyli od krzemu, poprzez płytki i ogniwa, po produkcję modułów. Co dziwne, na tej liście i w planach dotyczących fabryk gigawatowych zawsze brakuje jednego ważnego elementu: szkła solarnego wymaganego w 99% wszystkich modułów. Ten niezbędny składnik nie jest wystarczająco dostępny w Europie. Świadczą o tym następujące argumenty:

1. Ultrabiałe szkło solarne produkowane jest głównie jako szkło strukturalne w procesie walcowania. Specjalne rolki kształtujące służą do formowania mikrostruktury na grubości szkła i po obu jego stronach. Dzięki temu w dużej mierze zatrzymuje się odbicie w szkle, co skutkuje wysokim stopniem przepuszczalności. Zwykła produkcja szkła płaskiego jest mniej odpowiednia dla szkła solarnego.
2. Obecnie przy użyciu szkła solarnego produkowanego w Europie można osiągnąć produkcję modułów o maksymalnej mocy około 3-4 gigawatów. Nominalne proporcje szkła importowano z Indii i kilku innych krajów do 2021 roku. Indie będą jednak potrzebować produkowanego tam szkła do własnych, gigantycznych planów produkcji fotowoltaiki.Zauważalne jest, że największy europejski dostawca szkła solarnego Interfloat, wraz z zakładem produkcyjnym GMB Glasmanufaktur Brandenburg w Tschernitz, został sprzedany w kwietniu 2022 r. indyjskiemu liderowi rynku Borosil (Magazyn PV, 25 kwietnia 2022). Eksperci branżowi byli zaskoczeni, biorąc pod uwagę, że tamtejsza produkcja jest całkowicie uzależniona od nieprzerwanych dostaw gazu. Oprócz ryzyka przerwy w dostawach rosyjskiego gazu, przy dzisiejszych cenach gazu, pokrycie kosztów produkcji jest możliwe jedynie przy niemal nierealistycznie wysokich cenach sprzedaży wyprodukowanego szkła solarnego.Borosilowi ​​prawdopodobnie bardziej zależało na dostępie do rynku, zwłaszcza że koszty ok. Na spodziewaną „zimną naprawę” zbiornika do topienia trzeba będzie zebrać 30 milionów euro. Borosil chce do 2025 roku zwiększyć swoje moce produkcyjne łącznie do 2600 t/d. Czy to naprawdę deklarowane 450 t? Wątpliwe, czy jest to spowodowane produkcją w Brandenburgii. Ale nawet ta ilość wystarczyłaby jedynie na około 2,5 GW produkcji modułów.
3. Opublikowane przez UE cele ekspansji zakładają rozbudowę europejskich mocy produkcyjnych modułów do 30 GW do 2030 roku. Liczba ta wzrosła jeszcze bardziej po inwazji Rosji na Ukrainę. Nawet jeśli wydajność modułów wzrośnie, spowoduje to prawie dziesięciokrotnie większy popyt na szkło solarne w 2030 r. w porównaniu z 2021 r. Powstaje pytanie, jak zaspokoić ten popyt, skoro nie widać nowych mocy produkcyjnych w zakresie szkła solarnego.
4. Produkcja szkła wymaga dużych ilości energii, z czego 80% musi być pokrywane przez gaz ziemny. Produkcja nie jest elastyczna, a piece do topienia muszą być ogrzewane przez całą dobę, 365 dni w roku. Przy cenie gazu wynoszącej około 6 euro za MW, energia stanowiła około 35% kosztów produkcji w 2020 r. 7 marca na rynku kasowym TTF Dutch Future notowana była cena 211 euro. Nawet jeśli obecnie ta maksymalna cena zostanie obniżona do 87 euro (27 maja 2022 r.), to nikt obecnie nie spodziewa się, że w ciągu najbliższych kilku lat osiągną ceny poniżej 50 euro za MW.
5. Łatwo policzyć, co to oznacza dla europejskiej produkcji szkła solarnego. Jeśli udział energii w przeliczeniu na metr kwadratowy w 2020 r. wyniósłby około 2 euro, w przypadku sześciokrotnego wzrostu udział energii wzrósłby do 12 euro. Cena szkła wzrosłaby wówczas z około 7,80 euro (2021 r.) do 21,50 euro za metr kwadratowy lub z 14 euro za moduł do prawie 39 euro za moduł o powierzchni 1,8 m2. Nie uwzględnia to jednak znacznie większej podwyżki w przypadku wstrzymania dostaw lub embarga. Dlatego w szczególności piece solarne zasilane gazem ziemnym nie są już ekonomiczne w Europie Środkowej, a nowe inwestycje nie mają szans na zatwierdzenie.
6. Jako możliwą alternatywę można rozważyć tzw. wanny hybrydowe. Hybrydowa technologia produkcji szkła jest przekonująca: przy maksymalnej zawartości energii elektrycznej wynoszącej 80% i tylko 20% gazu można zaoszczędzić do 16% energii, a emisję CO2 można zmniejszyć o 80% (według publikacji Sorg - www.sorg .de) Należy jednak krytycznie zauważyć, że zostały one w zasadzie opracowane wyłącznie do szkła opakowaniowego i że nie działa jeszcze żaden zakład przemysłowy zajmujący się tą produkcją.

Ciekawie będzie zobaczyć, skąd będzie pochodzić ogłoszone na początku kwietnia 2022 r. 12 milionów metrów kwadratowych szkła solarnego dla fabryki modułów Enel o mocy 3 GWp na Sycylii. Do produkcji potrzebne są dwie linie do produkcji szkła solarnego, każda o wydajności topienia 200 ton dziennie. Enel otrzyma 118 mln euro dotacji od Komisji Europejskiej na rozbudowę istniejącej fabryki ogniw i modułów o mocy 200 MW na Sycylii do zdolności produkcyjnej 3 MW do 2024 r. Jest to inwestycja w cały łańcuch wartości PV. Szkło solarne znów stanie się zapomnianym elementem.

Jeszcze bardziej zadziwiający jest kolejny komunikat prasowy (biuletyn Photon z 21 kwietnia 2022 r.): Start-up Carbon SAS z siedzibą w Roche-la-Molière we Francji ogłosił partnerstwo z francuską ACI Groupe. ACI będzie wspierać Carbon w realizacji planów w pełni zintegrowanej fabryki fotowoltaicznej we Francji. Produkcja modułów ma się rozpocząć w 2024 roku o mocy 500 megawatów. Następnie moc powinna zostać zwiększona do pięciu gigawatów do roku 2025 i od 15 do 20 gigawatów do roku 2030. Firma twierdzi, że chce objąć cały łańcuch wartości, począwszy od produkcji wlewków, poprzez wafle i ogniwa – IBC i TOPCon.

Inwazja Rosji na Ukrainę zwróciła uwagę na kwestię bezpieczeństwa energetycznego w Europie. „Jednym ze sposobów wzmocnienia niezależności energetycznej w dużej części Europy jest przyspieszenie wdrażania systemów fotowoltaicznych i ulepszenie bazy produkcyjnej” – mówi SolarPower Europe.

Urzędnik Komisji Europejskiej podczas niedawnego szczytu poświęconego energii słonecznej, który odbył się w Brukseli w kwietniu 2022 r., zwrócił uwagę, że należy odbudować produkcję energii słonecznej w Europie – „bez względu na koszty”.

Jednakże obecne podejście do promowania europejskiego przemysłu fotowoltaicznego jest wyraźnie zbyt krótkowzroczne: bez uwzględnienia szkła solarnego jako najbardziej energochłonnego i najcięższego komponentu, zależność od Chin jako światowego lidera rynku szkła solarnego pozostanie. Obecnie szacowana luka w zakresie szkła fotowoltaicznego wynosząca 60% wzrośnie do 90% w przypadku planów rozbudowy o wielu GW.

Nikt nie wpadłby na pomysł wykluczenia niezbędnej stali z łańcucha produkcyjnego produkcji samochodów. Dzieje się tak jednak przy uwzględnieniu łańcucha wartości produkcji modułów fotowoltaicznych!

Ze względu na wysokie cła antydumpingowe na szkło solarne z Chin (cła i antydumping do 100%), import z Chin odgrywa obecnie mniejszą rolę. To się zmieni, bo z braku innych źródeł jedynie Chiny będą w stanie dostarczyć potrzebne ilości. Dopłata antydumpingowa będzie musiała zostać uiszczona, co spowoduje niekorzystne koszty modułów fotowoltaicznych produkowanych w Europie w porównaniu z chińskimi modułami fotowoltaicznymi, które nie są importowane w ramach dopłat. Cło antydumpingowe jest nakładane wyłącznie na przywożone szkło fotowoltaiczne, ale nie na moduły fotowoltaiczne (które oczywiście również zawierają to szkło).

„Podobnie jak w Rosji, głównym problemem jest asymetria i jednostronność zależności Niemiec od Chin” – powiedział prezes DIW Marcel Fratzscher. Chiny coraz częściej wykorzystują to jako środek nacisku na Niemcy i Europę. Zależność od chińskich komponentów (w tym komponentów BOS, w tym falowników) wynosi około 90%. Będzie ona wzrastać wraz z rozwojem produkcji modułów w Europie.

Simon Hage pisze w swoim artykule wstępnym w Der Spiegel z 28 maja 2022 r.: „Gwałtowny wzrost cen gazu i ropy w wyniku rosyjskiej inwazji na Ukrainę pokazuje, do czego może prowadzić polityka patrzenia w drugą stronę – do zależności, która może zostać skorygowane tylko przy wysokich kosztach ekonomicznych liści. A zależność od Chin jest już większa niż od Rosji”. Jest to szczególnie prawdziwe w obszarze fotowoltaiki. …”UE potrzebuje polityki przemysłowej, która konsekwentnie wspiera rozwój kluczowych sektorów strategicznych”. Z pewnością nie jest to polityka ignorująca przyszłą zależność w ponad 90% od niezbędnego składnika, jakim jest szkło solarne.

Erich Merkle pracuje w branży fotowoltaicznej od ponad 20 lat.

Był jednym z pionierów w uruchomieniu pierwszych linii produkcyjnych modułów w Niemczech i budowie megawatowych elektrowni fotowoltaicznych.

Odegrał kluczową rolę w opracowaniu pierwszych cienkich podwójnych modułów szklanych firmy Almaden i ich wprowadzeniu na rynek.

Już na przełomie 2007/8 roku zaplanował pierwszą niemiecką produkcję szkła solarnego w Brandenburgii. Projekt nie został zrealizowany ze względu na upadek branży fotowoltaicznej w Europie i kryzys finansowy.

Dr. Merkle stoi na czele GridParity AG i doradza AGORA sro na Słowacji przy uruchomieniu produkcji modułów fotowoltaicznych o mocy do 150 MW w 2023 r. i 450 MW od 2024 r.).