Con l’aumento della capacità dei moduli fotovoltaici, i fornitori di vetro hanno investito in nuova capacità di produzione di vetro solare. Come in India e Cina, anche nel Nord America stanno spuntando nuove strutture, con soluzioni uniche per garantire la competitività, come l’utilizzo di materiale riciclato.
A metà marzo 2024, la canadese Silfab Solar, un produttore di moduli ad alta efficienza con piani di espansione nella Carolina del Sud, ha dichiarato che avrebbe acquistato il vetro dall’azienda statunitense di riciclo di pannelli fotovoltaici Solarcycle. Solarcycle sta progettando una fabbrica di vetro solare da 344 milioni di dollari nello stato americano della Georgia, fornita da materiali di pannelli riciclati.
"Siamo entusiasti del potenziale di crescita della produzione solare nazionale in grado di creare posti di lavoro e sviluppo di ricerca e sviluppo negli Stati Uniti", ha dichiarato Rob Vinje, direttore operativo (COO) di Solarcycle rivista PV.
Crescita globale
Andries Wantenaar, della società di market intelligence Rethink Technology Research, ha affermato che “la domanda di vetro solare sembra robusta. È un mercato in crescita con prezzi relativamente stabili”. Ha notato un aumento del 66% in ogni parte dell’industria manifatturiera solare cinese nel 2023, e una crescita ancora più rapida al di fuori della Cina, dove la produzione è raddoppiata da 65 GW nel 2022, a circa 130 GW nel 2023.
“Se produci vetro solare, hai un mercato molto ampio e in rapida crescita al di fuori della Cina a cui venderlo”, ha affermato Wantenaar. “Non rimarrete bloccati nella situazione dei produttori occidentali di polisilicio, i cui clienti sono i produttori di wafer in Cina che ora acquistano dai produttori cinesi di polisilicio esclusivamente a prezzi ben inferiori al costo marginale di produzione occidentale”.
I prezzi del materiale in vetro sono relativamente stabili. "Il prezzo del vetro solare è ostinato ormai da almeno un decennio perché è un prodotto totalmente compreso", ha affermato Wantenaar. L’avvertenza è che il vetro è un prodotto ad alta intensità energetica, il che rappresenta un forte fattore di costo e uno dei motivi per cui la Cina domina la sua produzione. Wantenaar stima che la Cina detenga “circa il 90%” del mercato del vetro solare, una quota superiore all’80% dei moduli fotovoltaici.
Due lati
Wantenaar ritiene che il vetro rappresenterà una quota maggiore dei costi dei moduli in futuro, poiché altri elementi diventeranno più efficienti in termini di costi e si intensificherà la tendenza dei moduli bifacciali, che in genere presentano vetro su entrambi i lati anziché una parte anteriore in vetro combinata con un foglio posteriore in polimero.
“Il bifacciale ha recentemente superato la quota di mercato del 50%, considerando la produzione manifatturiera cinese, e continuerà a crescere, fino forse al 75% nel 2030”, ha affermato l’analista.
I moduli di vetro bifacciali utilizzano in genere due lastre di vetro da 2 mm, a volte da 1.6 mm, a differenza dei pannelli convenzionali, che dispongono di vetro da 3.2 mm. L'uso di vetro più sottile potrebbe richiedere diversi processi di rafforzamento termico e ciò potrebbe influire sulla qualità.
La tendenza verso il vetro-vetro è qualcosa che i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) stanno esaminando, per quanto riguarda la durabilità dei moduli.
“Il vetro davvero sottile è ottimizzato per la spedizione e la logistica, non necessariamente per le prestazioni di durabilità sul campo”, ha affermato Teresa Barnes, che gestisce il gruppo sull’affidabilità e le prestazioni del sistema fotovoltaico presso NREL e ricopre il ruolo di responsabile del progetto Sustainable Module Materials, finanziato dal DOE. (Duramat) consorzio di ricerca.
"Storicamente, i moduli fotovoltaici in silicio sono stati realizzati con vetro di copertura laminato e strutturato, mentre la pellicola sottile ha utilizzato vetro float privo di antimonio con uno spessore di 2 mm o 3 mm", ha affermato Barnes. "È possibile utilizzare un diluente, ma è più complicato a causa del processo di tempra termica."
È possibile che il materiale di vetro realizzato per il mercato nordamericano abbia requisiti meccanici diversi rispetto ad altre regioni.
"Le condizioni meteorologiche estreme, come la grandine, potrebbero significare che i moduli statunitensi avrebbero bisogno del vetro temperato più spesso", ha affermato Barnes.
Segnali simili arrivano anche dall’Europa.
"Qui la tendenza è quella di trovare nicchie", afferma Martin Zugg, amministratore delegato del produttore tedesco di vetro Interfloat, di proprietà dell'indiana Borosil. “È difficile trovare una nicchia, ma vediamo i produttori sviluppare sempre più nuovi mercati di nicchia, tra cui pannelli resistenti alla grandine che richiedono vetri più spessi, moduli integrati nel tetto e applicazioni fotovoltaiche integrate nell’edificio”.
Interfloat produce abbastanza vetro solare strutturato a basso contenuto di ferro e ad alta trasmissione per 2 GW di moduli all'anno. Produce vetri con spessori che vanno da 2 mm a 6 mm, in dimensioni convenzionali, su misura e su richiesta speciale.
L’uso di vetro più spesso potrebbe offrire ai produttori locali di vetro un’opportunità di mercato e ridurre i costi legati al trasporto.
"Il vetro è un materiale costoso da spedire", ha affermato Barnes della NREL. "I costi di logistica, spedizione e stoccaggio sono tutti a carico del produttore dei moduli fotovoltaici."
Primo effetto solare
Il colosso statunitense del fotovoltaico a film sottile First Solar sta espandendo la capacità con 13 GW di produzione operativa a partire da settembre 2023 e prevede di raggiungere 25 GW di capacità nominale annuale globale nel 2026, di cui 14 GW negli Stati Uniti.
Questa traiettoria di espansione sta stimolando gli investimenti dell’industria del vetro per fornirle il vetro float di cui ha bisogno per i suoi moduli a film sottile. Negli Stati Uniti, i produttori NSG Group e Vitro Architectural Glass hanno annunciato contratti e piani per linee dedicate per servire First Solar.
In India, dove First Solar ha recentemente inaugurato il suo impianto di moduli Serie 3.3 da 7 GW, la società francese di materiali Saint Gobain starebbe avviando la produzione in uno stabilimento nello stato del Tamil Nadu per rifornire il produttore americano.
Nel novembre 2023, NSG ha dichiarato che avrebbe aggiunto capacità di vetro rivestito con ossido conduttivo trasparente (TCO) in Ohio per fornire First Solar, pianificando il trasferimento all'inizio del 2025. NSG produce vetro rivestito con TCO per il fotovoltaico a film sottile da oltre 25 anni .
“Ogni anno il mercato solare diventa sempre più grande; più capitale, più risorse”, ha affermato Stephen Weidner, a capo dei gruppi nordamericani di prodotti solari e vetro architettonico di NSG. “Lo vediamo su base globale”.
Il vetro per l'energia solare sta diventando sempre più importante. “È passato praticamente da zero 10 anni fa al 10-15% dell'offerta totale del mercato del vetro piano in Nord America”, ha affermato Weidner. “Il nostro obiettivo è crescere insieme al mercato. Ciò significa che entro la fine del [2024] avremo tre linee float in Nord America dedicate al segmento solare, altre due linee in Vietnam, anche una in Malesia, che abbiamo precedentemente convertito in TCO dal vetro architettonico”.
Vitro Architecural Glass sta inoltre aggiungendo capacità negli Stati Uniti per fornire First Solar. Nell'ottobre 2023 ha annunciato un'espansione del suo contratto con First Solar e un piano di investimenti in uno stabilimento in Pennsylvania, nonché nell'adattamento degli impianti di vetro fotovoltaico esistenti. La società ha dichiarato in un comunicato che si aspetta una “crescita significativa” nel business del vetro solare a causa dell’effetto “nearshoring” negli Stati Uniti.
Impatto dell'IRA
Oltre a influenzare First Solar e la sua crescente catena di fornitura del vetro, politiche come l’Inflation Reduction Act (IRA) statunitense stanno anche stimolando investimenti nella produzione di silicio cristallino, spingendo Canadian Premium Sand (CPS), un nuovo concorrente canadese, ad annunciare un pannello solare progetto di vetro. CPS prevede di costruire uno stabilimento a Selkirk, Manitoba, per produrre coperture di moduli in vetro da 1.8 mm a 4 mm in un volume sufficiente per 6 GW di pannelli solari all'anno.
“Stimiamo che la domanda nella regione del Nord America di vetro solare raggiungerà quasi 100 GW entro il 2030, spinta dal reshoring della catena di fornitura di produzione di pannelli solari negli Stati Uniti”, ha affermato Anshul Vishal, che dirige lo sviluppo aziendale presso CPS.
L'azienda ha annunciato accordi di riscatto con aziende del calibro del produttore svizzero di moduli Meyer Burger, della canadese Heliene e di Qcells, di proprietà della sudcoreana Hanwha. Secondo Vishal sono in corso ulteriori discussioni con altri potenziali clienti di vetro solare modellato, con l'intenzione di raggiungere lo stato di contratto al 100% prima della costruzione.
Il progetto di vetro integrato CPS necessita di un investimento di 880 milioni di dollari canadesi (639 milioni di dollari) per avviare l’impianto e sviluppare un sito di sabbia silicea. Il piano prevede molteplici linee di vetro solare temperato e modellato, comprese linee di rivestimento antiriflesso e antisporco, che saranno online nel 2026.
"È un progetto approvato sia dalle agenzie governative provinciali che federali e i permessi ambientali sono in vigore", ha affermato Vishal. “Abbiamo appena fatto testare il materiale della sabbia in Europa, il che ha confermato che saremo in grado di utilizzare processi semplici, economici e rispettosi dell’ambiente per perfezionarlo secondo le specifiche di qualità del vetro solare modellato”.
CPS sarà in grado di sfruttare il mix energetico di Manitoba per ottenere basse emissioni di CO22-emissioni idroelettriche ed eoliche. Secondo Vishal, trovarsi nella zona dell'Accordo di libero scambio nordamericano in un sito distante tre o quattro giorni via terra dai clienti, garantendo spedizioni più semplici e meno potenziali interruzioni, è un altro vantaggio legato all'ubicazione.
Viene stipulato un contratto con un consorzio per costruire l'impianto CPS. Comprende Henry F. Teichmann, un appaltatore internazionale di impianti di vetro con sede negli Stati Uniti; Fives Group, società di ingegneria industriale con sede in Francia; Bottero, fornitore italiano di attrezzature per la lavorazione del vetro; e due aziende canadesi, Elrus Aggregate Systems, un fornitore di apparecchiature per la lavorazione dei minerali; e PCL Constructors, una società di ingegneria civile.
Vetro riciclato
Come CPS, l’impianto progettato per Solarcycle, di due anni fa, ha una capacità annuale con l’equivalente del modulo da 5 GW a 6 GW di capacità di generazione, ma utilizzando vetro riciclato. L'utilizzo di materiali riciclati recuperati da pannelli in silicio cristallino a fine vita significa che il vetro recuperato ha la giusta composizione chimica. È già un materiale a basso contenuto di ferro, come lo vede Vinje di Solarcycle, e ciò ridurrà la domanda di energia e il carbonio incorporato.
"Si tratta del primo impianto di vetro laminato a basso contenuto di ferro ad essere costruito sul mercato statunitense", ha affermato il COO. “Attualmente stiamo ricevendo offerte da fornitori internazionali di apparecchiature per la lavorazione del vetro, mentre i contratti per l’ingegneria, la costruzione e molteplici sottosistemi vengono negoziati con fornitori con sede negli Stati Uniti”.
In cantiere c'è una linea di produzione di vetro modellato lunga 800 metri con segmenti di lavorazione sia a caldo che a freddo. Comprende un forno rigenerativo a fuoco incrociato appositamente progettato che riutilizza i gas di scarico per ridurre il consumo di carburante; apparecchiature per il trattamento della laminazione a caldo; e le fasi di taglio, molatura, tempra del vetro e altre fasi del processo di lavorazione a freddo necessarie per produrre vetro per moduli a vetro doppio e singolo.
Solarcycle non è l’unico fornitore di vetro che cerca di trarre vantaggio dall’utilizzo di materiale riciclato. Anche la canadese CPS ha dichiarato che prevede di utilizzare rottami di vetro riciclati provenienti da fonti esterne nei suoi prodotti, mentre anche le giapponesi AGC e Saint Gobain hanno annunciato progetti.
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Fonte da rivista pv
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