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

Omawiając cały łańcuch wartości fotowoltaiki, konsekwentnie pomija się element o największej masie po ogniwach słonecznych: szkło solarne. Nie znam żadnej publikacji opisującej problemy związane z pozyskiwaniem dużych ilości szkła solarnego do gigawatowej produkcji modułów fotowoltaicznych w celu realizacji transformacji energetycznej.

UE popada w niebezpieczną zależność od Chin, ponieważ ignoruje ten element

Europejska produkcja modułów jest wciąż niewielka w skali globalnej, a zależność od Chin jest niebezpieczna. Niemcy i UE chcą to radykalnie zmienić i zwiększyć europejskie moce produkcyjne. Fakt, że obejmuje to również zakup szkła solarnego, jest stale pomijany. Jednak branża już teraz boryka się z problemami.

Na przykład na Słowacji firma Agora Solar przygotowuje się do uruchomienia linii produkcyjnej modułów o mocy 150 MWp. Jednak pozyskanie najcięższego komponentu, czyli szkła solarnego, okazuje się trudne. Oferty europejskich i indyjskich producentów szkła solarnego nie zostały złożone, a nawet wycofane z powodu obecnego niedoboru gazu.

Chińczycy stosują holistyczne podejście, ponieważ produkcja modułów jest niemożliwa bez szkła solarnego, a co za tym idzie, do osiągnięcia ambitnych celów ekspansji sektora fotowoltaicznego potrzebne są gigantyczne ilości szkła. Właśnie dlatego niemiecka firma Grenzebach już w 2020 roku otrzymała zamówienia z Chin na ponad 160 linii do ciągnienia szkła specjalnie na potrzeby rynku fotowoltaicznego (Solarserver, 21 maja 2021 r.). Linie te zostały już dostarczone. W Europie istnieje zaledwie kilka takich linii i nie ma żadnych znanych planów, aby zniwelować tę stale rosnącą lukę. Niemcy oferują najlepszą na świecie technologię topienia, a światowi liderzy rynku to firmy takie jak Sorg i Horn. Francja i Anglia również mają doskonałych dostawców. Lisec z Austrii dostarcza najlepsze systemy do powlekania i utwardzania. Te systemy solarne są dostarczane do Chin, a nie do Europy.

O tym, że tak się nie stanie, świadczą statystyki patentowe. Ponad 1000 chińskich patentów stanowi jaskrawy kontrast w porównaniu z zaledwie kilkoma z Europy. Chiny są tutaj liderem technologicznym i dążą do zdominowania produkcji w zakładach produkcyjnych w przyszłości.

Budowa fabryki szkła solarnego to ogromna inwestycja, sięgająca nawet 100 milionów euro, na linię produkcyjną o optymalnych parametrach i wydajności 300 ton na dobę. Zużycie energii (80% gazu) oraz znaczący wpływ na środowisko w postaci emisji CO2 i tlenków azotu wymagają znacznego nakładu pracy przy planowaniu i długotrwałych procesach uzyskiwania pozwoleń. Okres od planowania do uruchomienia zakładu produkującego szkło solarne wynosi zatem 3-4 lata. Jest to długi czas w porównaniu z sześcioma do dziesięciu miesiącami w przypadku linii produkcyjnej modułów fotowoltaicznych.

Niezbędne jest także w pełni niezawodne zasilanie gazem 24 godziny na dobę, 365 dni w roku, gdyż obecna technologia produkcji szkła solarnego wymaga wykorzystania 80% gazu do procesów topienia.

Można by argumentować, że powinniśmy kupować szkło solarne z Chin. Podważa to jednak argument o zabezpieczeniu europejskiego łańcucha dostaw i oszczędnościach na kosztach logistycznych dzięki europejskiej produkcji. To jeszcze bardziej zwiększyłoby naszą i tak już krytyczną zależność od Chin. Wreszcie, poważna krytyka, że ​​produkcja w Chinach odbywa się w niesprzyjających warunkach politycznych i środowiskowych, jest również istotna. W prowincji Xinjiang, represjonowanym regionie Ujgurów, znajduje się kilka hut szkła. Ponieważ szkło stanowi do 80% masy standardowego modułu fotowoltaicznego, jego transport jest niemal tak kosztowny i czasochłonny, jak transport gotowych modułów.

Cele ekspansji dla „Nowego Europejskiego Przemysłu Solarnego” są gigantyczne i zostały ostatnio znacząco zrewidowane w górę w świetle wojny na Ukrainie. W większości przypadków rozwój mocy produkcyjnych ma nastąpić w całym łańcuchu wartości, tj. od krzemu, przez wafle i ogniwa, aż po produkcję modułów. Co ciekawe, na tej liście i w planach dotyczących fabryk gigawatów konsekwentnie brakuje jednego kluczowego elementu: szkła solarnego niezbędnego do produkcji 99% wszystkich modułów. Ten niezbędny element nie jest w Europie w wystarczającym stopniu dostępny. Poniższe argumenty to potwierdzają:

1. Ultrabiałe szkło solarne jest produkowane głównie jako szkło teksturowane w procesie walcowania. Specjalne walce formujące tworzą mikrostrukturę po obu stronach szkła, dopasowując ją do jego grubości. Struktura ta w dużej mierze zatrzymuje odbicie wewnątrz szkła, co przekłada się na wysoką przepuszczalność. Konwencjonalne metody produkcji szkła płaskiego nie nadają się do produkcji szkła solarnego.
2. Obecnie, przy użyciu szkła solarnego produkowanego w Europie, można osiągnąć maksymalną produkcję modułów o mocy około 3-4 gigawatów. Do 2021 roku nominalna część szkła była importowana z Indii i kilku innych krajów. Indie będą jednak potrzebować produkowanego tam szkła do własnych, gigantycznych planów produkcji fotowoltaicznej. Warto zatem zauważyć, że największy europejski dostawca szkła solarnego, Interfloat, wraz z zakładem produkcyjnym GMB Glasmanufaktur Brandenburg w Tschernitz, został sprzedany liderowi rynku indyjskiego, Borosilowi, w kwietniu 2022 roku (PV Magazine, 25 kwietnia 2022 r.). Biorąc pod uwagę, że tamtejszy zakład produkcyjny jest całkowicie zależny od nieprzerwanych dostaw gazu, eksperci branżowi byli tym zaskoczeni. Pomijając ryzyko przerw w dostawach gazu z Rosji, produkcja pokrywająca koszty jest możliwa jedynie przy obecnych cenach gazu, przy niemal nierealistycznie wysokich cenach sprzedaży produkowanego szkła solarnego. Borosil prawdopodobnie bardziej interesował się dostępem do rynku, zwłaszcza że w ciągu około trzech lat konieczne będzie poniesienie kosztów w wysokości około 30 milionów euro na prawdopodobną „naprawę na zimno” pieca topielnego. Borosil planuje zwiększyć swoje moce produkcyjne do 2600 ton dziennie do 2025 roku. Wątpliwe jest, czy deklarowane 450 ton faktycznie powstanie w Brandenburgii. Jednak nawet ta ilość wystarczyłaby jedynie na produkcję modułów o mocy około 2,5 GW.
3. Cele ekspansji opublikowane przez UE zakładają wzrost europejskich mocy produkcyjnych modułów o 30 GW do 2030 roku. Cele te zostały dodatkowo podniesione po rosyjskiej inwazji na Ukrainę. Nawet jeśli wydajność modułów ulegnie poprawie, doprowadzi to do prawie dziesięciokrotnego wzrostu popytu na szkło solarne w 2030 roku w porównaniu z 2021 rokiem. Powstaje pytanie, jak ten popyt zostanie zaspokojony, biorąc pod uwagę, że obecnie nie widać żadnych nowych mocy produkcyjnych w tym sektorze.
4. Produkcja szkła wymaga wysokich nakładów energii, z których 80% musi być pokryte gazem ziemnym. Produkcja jest nieelastyczna, 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 roku. 7 marca na holenderskim rynku kontraktów terminowych TTF odnotowano cenę 211 euro. Chociaż ta szczytowa cena spadła od tego czasu do 87 euro (27 maja 2022 r.), nikt obecnie nie spodziewa się, że w nadchodzących latach ceny spadną poniżej 50 euro za MW.
5. Konsekwencje dla europejskiej produkcji szkła solarnego są łatwe do obliczenia. Podczas gdy koszt energii na metr kwadratowy wynosił około 2 euro w 2020 roku, sześciokrotny wzrost podniósłby go do 12 euro. Cena szkła wzrosłaby wówczas z około 7,80 euro (2021) do 21,50 euro za metr kwadratowy, czyli z 14 euro za moduł do prawie 39 euro za moduł o powierzchni 1,8 metra kwadratowego. Obliczenia te nie uwzględniają jednak znacząco wyższego wzrostu w przypadku zakłóceń w dostawach lub embarga. W związku z tym piece do produkcji szkła solarnego opalane gazem ziemnym w Europie Środkowej nie są już opłacalne ekonomicznie, a nowe inwestycje nie mają szans na uzyskanie zgody.
6. Jako możliwą alternatywę rozważane są tzw. piece hybrydowe. Technologia hybrydowa w produkcji szkła jest przekonująca: przy maksymalnym zużyciu energii elektrycznej na poziomie 80% i zaledwie 20% gazu możliwe są oszczędności energii do 16% i redukcja emisji CO2 o 80% (według publikacji firmy Sorg – www.sorg.de). Należy jednak zauważyć, że technologie te zostały opracowane przede wszystkim z myślą o szkle opakowaniowym i obecnie nie istnieje żaden zakład produkcyjny na skalę przemysłową wykorzystujący tę technologię.

Ciekawe będzie, skąd będzie pochodzić 12 milionów metrów kwadratowych szkła solarnego dla zakładu produkcyjnego modułów Enel o mocy 3 GWp na Sycylii, ogłoszonego na początku kwietnia 2022 roku. Zakład będzie potrzebował dwóch linii produkcyjnych szkła solarnego, każda o wydajności topienia 200 ton dziennie. Enel otrzyma 118 milionów euro dotacji od Komisji Europejskiej na rozbudowę swojej istniejącej fabryki ogniw i modułów o mocy 200 MW na Sycylii do mocy produkcyjnej 3 MW do 2024 roku. Stanowi to inwestycję w cały łańcuch wartości fotowoltaiki. Szkło solarne ponownie będzie zapomnianym elementem.

Jeszcze bardziej zaskakujący jest kolejny komunikat prasowy (Photon Newsletter, 21 kwietnia 2022 r.): Startup Carbon SAS z siedzibą w Roche-la-Molière we Francji ogłosił partnerstwo z francuską grupą ACI. ACI będzie wspierać Carbon w realizacji planów budowy w pełni zintegrowanej fabryki fotowoltaicznej we Francji. Produkcja modułów ma rozpocząć się w 2024 roku i osiągnąć moc 500 megawatów. Następnie moc ta ma wzrosnąć do pięciu gigawatów do 2025 roku i do 15-20 gigawatów do 2030 roku. Firma deklaruje, że zamierza objąć cały łańcuch wartości, od produkcji wlewków, przez płytki krzemowe, po ogniwa – IBC i TOPCon.

Rosyjska inwazja na Ukrainę uwypukliła kwestię bezpieczeństwa energetycznego w Europie. „Jednym ze sposobów na wzmocnienie niezależności energetycznej w dużej części Europy jest przyspieszenie wdrażania energii słonecznej i poprawa bazy produkcyjnej” – twierdzi SolarPower Europe.

Podczas niedawnego szczytu poświęconego energii słonecznej, który odbył się w Brukseli w kwietniu 2022 r., urzędnik Komisji Europejskiej zwrócił uwagę, że produkcja energii słonecznej w Europie musi zostać odbudowana – „za wszelką cenę”.

Jednak obecne podejście do promowania europejskiego przemysłu solarnego jest ewidentnie zbyt krótkowzroczne: bez uwzględnienia szkła solarnego, najbardziej energochłonnego i najcięższego komponentu, zależność od Chin jako światowego lidera na rynku szkła solarnego będzie się utrzymywać. Obecna szacowana luka w produkcji szkła solarnego, wynosząca 60%, wzrośnie do 90% ze względu na plany rozbudowy do kilku gigawatów.

Nikt nie pomyślałby o wykluczeniu niezbędnej stali z łańcucha produkcji samochodów. A jednak właśnie to robi się, badając łańcuch wartości w produkcji modułów fotowoltaicznych!

Ze względu na wysokie cła antydumpingowe na szkło solarne z Chin (cła i opłaty antydumpingowe sięgające 100%), import z Chin odgrywa obecnie mniejszą rolę. Sytuacja ta ulegnie jednak zmianie, ponieważ z powodu braku alternatywnych źródeł jedynie Chiny będą w stanie dostarczyć wymagane ilości. Dopłata antydumpingowa będzie musiała zostać uiszczona, co spowoduje niekorzystną sytuację cenową modułów fotowoltaicznych produkowanych w Europie w porównaniu z chińskimi modułami fotowoltaicznymi importowanymi bez dopłat. Wynika to z faktu, że cło antydumpingowe nakładane jest wyłącznie na importowane szkło solarne, a nie na same moduły fotowoltaiczne (które oczywiście również zawierają to szkło).

„Podobnie jak w przypadku Rosji, asymetria i jednostronność zależności Niemiec od Chin stanowią kluczowy problem” – powiedział prezes DIW Marcel Fratzscher. Chiny coraz częściej wykorzystują to jako narzędzie nacisku przeciwko Niemcom i Europie. Zależność od chińskich komponentów (w tym komponentów BOS i falowników) wynosi około 90%. Będzie ona rosła 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 naftowej w wyniku rosyjskiej inwazji na Ukrainę ilustruje, do czego może prowadzić polityka przymykania oczu – zależność, którą można skorygować jedynie wysokim kosztem ekonomicznym. A zależność od Chin jest już większa niż od Rosji”. Dotyczy to zwłaszcza sektora fotowoltaicznego (PV). … „UE potrzebuje polityki przemysłowej, która konsekwentnie wspiera rozwój kluczowych, strategicznych sektorów przemysłu”. Z pewnością nie polityki, która ignoruje przyszłą zależność na poziomie ponad 90% od niezbędnego komponentu, jakim jest szkło solarne.

Erich Merkle pracuje w branży fotowoltaicznej od ponad 20 lat.

Był jednym z pionierów w tworzeniu pierwszych linii produkcyjnych modułów w Niemczech i budowie elektrowni fotowoltaicznych o mocy rzędu megawatów.

Odegrał kluczową rolę w opracowaniu i wprowadzeniu na rynek pierwszych cienkich modułów z podwójnym szkłem firmy Almaden.

Już w latach 2007/2008 planował budowę pierwszej niemieckiej fabryki szkła solarnego w Brandenburgii. Projekt nie został zrealizowany z powodu załamania się branży fotowoltaicznej w Europie i kryzysu finansowego.

Dr Merkle kieruje spółką GridParity AG i doradza spółce AGORA sro na Słowacji w sprawie budowy zakładu produkującego moduły fotowoltaiczne o mocy do 150 MW do 2023 r. (450 MW od 2024 r.).