Stati Uniti e Canada aumentano piani per la produzione di vetro per fotovoltaico

A metà marzo 2024, la canadese Silfab Solar, un produttore di moduli ad alta efficienza che intende espandersi nella Carolina del Sud, ha dichiarato che si rifornirà di vetro dal riciclatore di pannelli fotovoltaici Silfab Solar, con sede negli Stati Uniti.

Solarcycle sta progettando una fabbrica di vetro solare da 344 milioni di dollari nello stato americano della Georgia, usando pannelli riciclati.

“Siamo entusiasti del potenziale di crescita dell’industria solare nazionale, che offre posti di lavoro e sviluppo della R&S negli Stati Uniti”, ha dichiarato Rob Vinje, Chief Operating Officer (COO) di Solarcycle, a pv magazine.

Crescita globale

Andries Wantenaar, della società di informazioni di mercato Rethink Technology Research, ha affermato che “la domanda di vetro solare appare robusta. È un mercato in crescita con prezzi relativamente stabili”.

Ha rilevato un aumento del 66% in ogni settore 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 producete vetro solare, avete un mercato a cui vendere molto ampio e in rapida crescita al di fuori della Cina”, ha dichiarato Wantenaar. “Non si rimane bloccati nelle complicazioni tipiche dei produttori occidentali di polisilicio, i cui clienti sono i produttori di wafer in Cina, che ora acquistano esclusivamente dai produttori cinesi di polisilicio a prezzi ben inferiori al costo marginale di produzione occidentale”.

I prezzi dei materiali in vetro sono relativamente stabili. “Il prezzo del vetro solare è stabile da almeno un decennio”, ha dichiarato Wantenaar. L’avvertenza è che il vetro è un prodotto ad alta intensità energetica, che rappresenta un forte fattore di costo e uno dei motivi per cui la Cina domina la produzione. Wantenaar ha stimato che la Cina detiene “circa il 90%” del mercato del vetro solare, una quota superiore a quella dell’80% dei moduli fotovoltaici.

Due lati

Wantenaar ritiene che il vetro rappresenterà una quota maggiore dei costi dei moduli in futuro, man mano che altri elementi diventeranno più efficienti dal punto di vista dei costi e si intensificherà la tendenza dei moduli bifacciali, tipicamente caratterizzati da vetro su entrambi i lati.

“Il bifacciale ha recentemente superato il 50% di quota di mercato, considerando la produzione cinese, e continuerà a crescere, fino a raggiungere forse il 75% nel 2030”, ha dichiarato l’analista.

I moduli in vetro bifacciale utilizzano tipicamente due lastre di vetro da 2 mm, a volte da 1,6 mm, a differenza dei pannelli tradizionali, che presentano un vetro da 3,2 mm. L’uso di un vetro più sottile potrebbe richiedere processi di rinforzo termico diversi e ciò potrebbe avere un impatto sulla qualità.

La tendenza verso il vetro-vetro è un aspetto che i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia statunitense stanno esaminando per quanto riguarda la durata dei moduli.

“Il vetro veramente sottile è ottimizzato per la spedizione e la logistica, non necessariamente per le prestazioni di durata sul campo”, ha dichiarato Teresa Barnes, che dirige il gruppo sull’affidabilità del fotovoltaico e le prestazioni del sistema presso l’NREL ed è a capo del consorzio di ricerca Durable Module Materials (Duramat), finanziato dal DOE (Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti d’America).

“Storicamente, i moduli fotovoltaici in silicio sono stati realizzati con vetro di copertura laminato e testurizzato, mentre i film sottili hanno utilizzato vetro float privo di antimonio con uno spessore di 2 o 3 mm”, ha dichiarato Barnes. “È possibile ottenere uno spessore inferiore, ma è più difficile a causa del processo di tempera a caldo”.

È possibile che il materiale di vetro prodotto per il mercato nordamericano abbia requisiti meccanici diversi rispetto ad altre regioni.

“Le condizioni climatiche estreme, come la grandine, potrebbero far sì che i moduli statunitensi necessitino di un vetro temperato più spesso”, ha affermato Barnes.

Segnali simili arrivano anche dall’Europa.

“La tendenza è quella di trovare nicchie”, ha dichiarato Martin Zugg, amministratore delegato del produttore tedesco di vetro Interfloat, di proprietà dell’indiana Borosil. “È difficile trovare una nicchia, ma vediamo che i produttori sviluppano sempre più nuovi mercati di nicchia, tra cui pannelli resistenti alla grandine che richiedono un vetro più spesso, moduli integrati nei tetti e applicazioni fotovoltaiche integrate negli edifici”.

Interfloat produce una quantità di vetro solare testurizzato a basso contenuto di ferro e ad alta trasmissione sufficiente per 2 GW di moduli all’anno. Produce vetro con spessori che vanno da 2 mm a 6 mm, in dimensioni convenzionali, personalizzate e su richiesta.

L’uso di vetro più spesso potrebbe offrire ai produttori di vetro locali un’opportunità di mercato e ridurre i costi di trasporto.

“Il vetro è un materiale costoso da spedire”, ha dichiarato Barnes del NREL. “I costi logistici, di spedizione e di stoccaggio sono tutti a carico del produttore di moduli fotovoltaici”.

Effetto First Solar

Il gigante statunitense del fotovoltaico a film sottile First Solar sta espandendo la propria capacità con 13 GW di produzione operativa a partire da settembre 2023 e prevede di raggiungere 25 GW di capacità nominale annua globale nel 2026, di cui 14 GW negli Stati Uniti.

Questa traiettoria di espansione sta innescando investimenti nell’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 al servizio di First Solar.

In India, dove First Solar ha recentemente inaugurato il suo impianto di moduli Serie 7 da 3,3 GW, l’azienda francese di materiali Saint Gobain starebbe mettendo in funzione un impianto nello stato di Tamil Nadu per rifornire il produttore americano.

Nel novembre 2023, NSG ha dichiarato che avrebbe aggiunto capacità di vetro rivestito di ossido conduttivo trasparente (TCO) in Ohio per rifornire First Solar, programmando la mossa all’inizio del 2025. NSG produce vetro rivestito per il fotovoltaico a film sottile da oltre 25 anni.

“Ogni anno il mercato del solare è sempre più grande: più capitale, più risorse”, ha dichiarato Stephen Weidner, responsabile dei gruppi di vetro architettonico e di prodotti solari di NSG per il Nord America. “Lo vediamo a livello globale”.

Il vetro per il solare sta diventando sempre più importante. “È passato da essere praticamente nullo 10 anni fa al 10-15% dell’offerta totale del mercato del vetro piano in Nord America”, ha dichiarato Weidner. “Il nostro obiettivo è crescere con il 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 e una in Malesia”.

Vitro Architecural Glass sta anche aggiungendo capacità negli Stati Uniti per rifornire First Solar. Nell’ottobre 2023 ha annunciato un’espansione del contratto con First Solar e un piano di investimenti in uno stabilimento in Pennsylvania, oltre che nell’adeguamento di impianti di vetro fotovoltaico già esistenti. In un comunicato, l’azienda ha dichiarato di aspettarsi una “crescita significativa” nel settore del vetro solare grazie all’effetto “nearshoring” negli Stati Uniti.

Impatto dell’IRA

Oltre a influenzare First Solar e la sua crescente catena di fornitura di vetro, politiche come l’Inflation Reduction Act (IRA) degli Stati Uniti stanno stimolando gli investimenti nella produzione di silicio cristallino, spingendo Canadian Premium Sand (CPS), un nuovo operatore canadese, ad annunciare un progetto per il vetro dei pannelli solari. CPS intende costruire uno stabilimento a Selkirk, Manitoba, per produrre coperture di vetro per moduli da 1,8 mm a 4 mm in quantità sufficiente per 6 GW di pannelli solari all’anno.

“Secondo le nostre stime, la domanda di vetro per moduli solari nella regione del Nord America raggiungerà quasi i 100 GW entro il 2030, grazie al reshoring della catena di fornitura della produzione di pannelli solari negli Stati Uniti”, ha dichiarato Anshul Vishal, responsabile dello sviluppo aziendale di CPS.

L’azienda ha annunciato accordi di offtake con produttori di moduli svizzeri come Meyer Burger, la canadese Heliene e Qcells, di proprietà della sudcoreana Hanwha. Secondo Vishal, sono in corso ulteriori colloqui con altri potenziali clienti di vetro solare modellato, con l’intenzione di raggiungere il 100% di contratti prima della costruzione.

Il progetto di vetro integrato di CPS richiede un investimento di 880 milioni di dollari canadesi (639 milioni di dollari o 595 milioni di euro) per la creazione dell’impianto e lo sviluppo di un sito di sabbia silicea. Il piano prevede linee multiple di vetro solare temperato e modellato, comprese linee di rivestimento antiriflesso e antiumidità, che saranno in funzione nel 2026.

“Si tratta di un progetto approvato dalle agenzie governative provinciali e federali e le autorizzazioni ambientali sono state rilasciate”, ha dichiarato Vishal. “Abbiamo appena fatto testare il materiale di sabbia in Europa, che ha confermato che saremo in grado di utilizzare processi semplici, a basso costo e responsabili dal punto di vista ambientale per raffinarlo fino a raggiungere le specifiche del vetro solare modellato”.

CPS sarà in grado di sfruttare il mix energetico del Manitoba per l’energia idroelettrica ed eolica a basse emissioni di CO2. Secondo Vishal, il fatto di trovarsi nella zona dell’Accordo di libero scambio nordamericano, in un sito che dista da tre a quattro giorni via terra dai clienti, con la possibilità di semplificare le spedizioni e ridurre le potenziali interruzioni, è un altro vantaggio legato alla posizione.

La costruzione dell’impianto CPS è affidata a un consorzio. Ne fanno parte Henry F. Teichmann, un appaltatore internazionale di impianti per la produzione di vetro con sede negli Stati Uniti, Fives Group, società di ingegneria industriale con sede in Francia, Bottero, fornitore italiano di attrezzature per la produzione del vetro, e due aziende canadesi, Elrus Aggregate Systems, fornitore di attrezzature per il trattamento dei minerali, e PCL Constructors, società di ingegneria civile.

Vetro riciclato

Come CPS, l’impianto previsto per Solarcycle ha una capacità annua di moduli equivalente a 5-6 GW di capacità di generazione – ma utilizzando vetro riciclato. L’utilizzo di materiali riciclati recuperati da pannelli di silicio cristallino a fine vita significa che il vetro recuperato ha la giusta composizione chimica. Secondo Vinje di Solarcycle, si tratta già di un materiale a basso contenuto di ferro, che ridurrà la domanda di energia e il carbonio incorporato.

“È il primo impianto di vetro laminato a basso contenuto di ferro ad essere costruito nel mercato statunitense”, ha dichiarato il COO di Solarcycle. “Stiamo ricevendo offerte da fornitori internazionali di attrezzature per la lavorazione del vetro, mentre i contratti per l’ingegneria, la costruzione e i vari sottosistemi sono in fase di negoziazione con fornitori statunitensi”.

In cantiere c’è una linea di produzione di vetro modellato lunga 800 metri con segmenti di lavorazione a caldo e a freddo. La linea comprende un forno rigenerativo a fiamma incrociata appositamente progettato che riutilizza i gas di scarico per ridurre il consumo di combustibile; attrezzature per la lavorazione dei laminati a caldo; taglio, molatura, tempra del vetro e altre fasi del processo finale a freddo necessarie per produrre vetro per moduli a vetro singolo e doppio.

Solarcycle non è l’unico fornitore di vetro che cerca di trarre vantaggio dall’utilizzo di materiale riciclato. Anche la canadese CPS ha dichiarato di voler utilizzare per i suoi prodotti vetro riciclato proveniente da fonti esterne, mentre anche aziende giapponesi come AGC e la francese Saint Gobain hanno annunciato dei progetti.