新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的研制与开发

河南思可达光伏材料股份有限公司 林春平 杨海洲 陈二林

新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的研制与开发

河南思可达光伏材料股份有限公司 林春平 杨海洲 陈二林

为了生产出与太阳能电池相配套的盖板材料，研制开发适用于太阳能电池封装使用的特种玻璃已成为企业科研的主攻方向。影响太阳能电池光电转换率和使用寿命的关键问题是玻璃透过率低、玻璃质地易脆。笔者在研制过程中，以低铁、高白、高透过率作为研制的主攻方向，在物料配方、工艺技术方面有了新的突破，研制出了高白、高透过率玻璃，能够满足太阳能电池组件的封装要求。本项目引进特定的压延机组，配备先进配料系统、熔窑系统、退火系统和冷端先进的切裁钢化系统和必要的检测系统，建设一条日熔化量80t，年产300万m2的新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）生产线，以满足国内太阳能电池生产企业对盖板材料的需求，替代进口产品。

一、技术方案

1.原料系统技术方案。原料系统技术参数：碎玻璃含量25%～35%，玻璃获得率82%。

原料系统研发过程中存在的最大难题是配料精度和避免游离铁的进入。我们通过查阅大量的国内外资料和反复的试验，在配料精度方面对三大主料采用上海班弛公司提供的PLC控制系统，小料采用高精度电子秤，配料精度达到0.01g，全过程中采用电脑控制自动下料，有效地保证了配料准确度。在避免游离铁进入方面，除制定严格的内控标准和科学的质量保证体系外，大量的工作是对传统设备设计的创新和改进，首先是对配料混合机的改进。经过反复试验和论证，我们最后选定用铸石做内衬，进行混料机的改进。该材质属于一种非金属产品，具有一般金属所不能达到的耐磨、耐酸和耐碱性能，耐磨强度比钢铁大15～20倍，耐酸度除氢氟酸外能达到99%，耐碱度达98%以上，该方案有效避免了原料混合过程中游离铁的带入，使用效果良好。同时在斗式提升机、储料仓等现场输送储存设备的选型和选材方面作了改进，多方面有效地避免了游离铁的引入。

2.熔窑系统技术方案。熔化区采用重油加热，冷却部、通路采用天然气和液化气，火焰方式为马蹄焰，根据熔窑的不同位置，选用相应的耐火材料砌筑，整个熔化系统由仪表实现PID全自动控制。熔化部火焰区壁用41#氧化法电熔锆刚玉砖，冷却部池壁用33#氧化法电熔锆刚玉砖，以延长窑龄。熔化部大碹用优质硅砖。蓄热室格子体选用碱性砖和高密度高铝砖。采用编蓝式码放，提高蓄热能力。熔窑本体各部位采用优质的耐火材料。

3.压延系统技术方案。玻璃液从熔窑尾端溢流口溢出后，经溢流格和托砖流到压延机的上下压延辊间，压延辊中间通冷却水，使流经上下压延辊间的玻璃液迅速冷却，由液态变成塑性状态，当玻璃从正在转动的上下压辊的间隙出来时，形成所要求厚度的玻璃板。压延辊与玻璃带之间的摩擦为使玻璃带运动，出压辊的玻璃带经过托板水箱的冷却和托辊的拖动，然后经过活动辊道进入连续退火窑中退火。

笔者公司采用国内最先进的SZKJ-2200型玻璃压延机，该设备获得国家知识产权局四项专利，各项性能均达到国内领先水平。

4.退火窑系统技术方案。采用全钢全电结构退火窑，各区温度实现自动化控制。

5.冷却切割技术方案。采用全电脑、自设自控切割机，确保精度。冷端主线设置主线输送辊道、发讯装置、一台纵切机、一台横切机、掰断、加速辊道、人工掰边、清风吹扫装置及气垫桌，采用人工抬板。

6.精切技术方案。采用全电脑、自设自控切割机，确保精度，再经过精确的磨边加工，制成所需的毛坯产品。

7.全自动钢化方案。采用国际最先进的全电脑控制、全自动连续钢化炉进行最先进的5mm以下钢化处理，制成符合需要的太阳能板材料。

8.检验系统技术方案。采用在线透光率检测仪器，实现全自动联网控制。

二、主要研究内容及关键技术攻关

1.物料配方的创新有效降低了铁的引入。玻璃液中铁含量的高低是影响透光率的主要因素，铁含量越低，透过率越高。在研制过程中，降低铁含量是主要技术研制课题。在原料选用上，采用了高纯石英砂、纯碱、碳酸钾、硝酸钾等精细化工原料占主要成分的原料选用制度。石英砂经酸洗后，铁含量控制在了25PPm以下，其他精细化工原料中铁含量<0.001%。在原料配比过程中，为杜绝原料接触铁器而增加铁含量，对所有原料进行了内外袋包装，配料工具全部采用铝制品，窑头、料仓、投料机全部以不锈钢为材质，混合机内、原料料仓及各种运料工具均采用铝制品包裹，有效杜绝了原料与铁直接接触。

2.多点温度控制技术的创新保证了温度制度的精细控制。新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）生产中影响玻璃液流的关键温度点为料毯温度、热点温度、冷却部池底温度等，它们直接影响熔化澄清效果，玻璃液流的稳定以及下道工序的温度。笔者公司最终采用以单独的热点碹顶温度作为控制的标准点，根据的玻璃液流温度，探索出各温度点的变化规律、影响程度以及温度变化时各点之间的关系，准确给出校正因子并带入控制系统，既有效保证了正常作业条件下温度制度的精细控制，也保证了生产过程中熔窑各关键温度点的相对稳定。

3.窑炉结构的创新技术彻底解决了玻璃液的污染问题。为了保证液流的稳定与否，需要在窑炉内设计一个特殊的阻挡液流装置，统称为窑坎。而窑坎位置和高度确定的合适与否，会直接影响到玻璃液流的稳定。通过对窑坎不同位置的速度场窑坎距池底400mm、700mm、1000mm等不同高度的速度场，有无窑坎的温度场对比进行了反复的模拟试验，最终将窑坎位置选择在碹顶热点面，窑坎高度为720mm，起到了降低池底温度、削弱环流的回流速度，从而稳定液流的作用。在玻璃液熔化过程中，通常因换火造成油品煅烧不完全，未燃烧完全的洞口残质会附着于玻璃液表面而造成玻璃液污染，对玻璃成品的透过度影响很大。为解决这一问题，考虑采用在窑炉澄清部前端设置隔墙的做法。将隔墙设计为33#AZS无缩孔电熔砖隔墙，改传统的直通式为45°倾斜半透热式隔墙，玻璃液通过隔墙时因受阻力较大形成环流，经过滤后再进澄清部，从而彻底解决了玻璃液污染的问题。

4.采用玻璃液面智能测控系统控制技术，有效抑制了液面波动。为了有效减少玻璃液面波动，在研发过程中，采用了目前国内最先进的玻璃液面智能测控系统控制技术，通过影像控制系统控制玻璃液面的高度。如液面波动超出设定要求，计算机控制系统将会自动加料。高科技玻璃液面智能测控技术的应用，有效地抑制了液面的波动。

5.自主研发正六角和正四角形花纹，有效地抑制了太阳光的反射，比超白、高透过度玻璃阳光接受率高出2个百分点，透光率达到92%以上；科学的物料配方，增强了产品的强度和柔韧度，使用寿命可达30年以上。

6.变频器备用供电系统的创新设计：在市电电压大幅波动、瞬间停电的情况下能正常不间断工作，从而大幅度地减少停机造成的大量直接损失及间接损失。

为实现以上目的，采用一种备用电源，其特征在于，正常条件下系统的测控有两路独立的电源，一路由交流市电供电，正常运行系统由它供电，另一路由直流供电母线电压经DC/DC模块供电，正常运行该系统处于零负荷状态。直流供电由4个系统组成，包括：蓄电池组系统的储能元件、自动化智能充电及电池组管理系统、系统测控、系统配电。

根据变频器工作原理：交流变直流，直流变交流，将备用直流电源接到变频器中直流变交流系统。在直流供电系统运行时数个高频充电器并行向电池组实施浮充电，测控系统处于运行状态并在HMI上动态显示各参数。

7.自主研究用1Cr18Ni9Ti材料制作水箱式托砖架，解决了新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）生产过程中托砖断裂的现象，使生产规格不受任何限制，也使笔者公司成为国内唯一的一家生产1000mm以上规格太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的单位。

玻璃压延机在生产普通压花玻璃领域内，技术已经比较成熟，但是在生产新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的过程中，存在着一种致命的缺陷，就是其前面的托砖容易断裂。由于新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的透明度非常高，托砖断裂后在玻璃表面上产生一种暗印，甚至是一道明线，好像玻璃刀拉过一样，严重影响玻璃的质量。现在各低铁、超白玻璃生产线全部存在这种问题，都在集中物力、人力解决，甚至走进了很多误区，有的在托砖上作文章，黏土砖不行，换硅线石砖，再不行换莫来石砖，结果投入不小，没有结果，而且经常试砖造成了生产不正常。另一种情况由于低铁超白玻璃液黏性较大，在生产3.2mm玻璃时压不下去，甚至出现将上部压紧螺栓拉断的现象。我们组织技术人员全面分析原因，从包括唇砖用各种耐火材料性能、生产现场的环境以及热膨胀因素等方面入手，最后确定此缺陷的产生原因为唇砖架变形所致。然后组织相关技术人员针对原因，对原有的唇砖进行了改造，通过改变冷却方式为水冷和更改关键部位截面形状，从根本上解决了唇砖断裂的发生，用该工艺改造的压延机使用任何一种唇砖均不断裂，从而使生产板面的幅面不受限制。

三、技术成熟度

笔者公司与中国凯盛公司合作就窑炉熔化、成型、退火、原料系统结合超白玻璃特点，创新设计一套能够满足新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）生产的独特工艺。原料系统采用PLC控制，保证了配料精度；熔窑采用重油作为燃烧介质以马蹄焰作为燃烧方式，并在熔窑内腔设置特殊的玻璃液隔墙装置，有效解决了玻璃液均化问题；成型采用国内先进的具有四项专利技术的压延机，在生产过程中又根据实际生产技术需要，采用了穿管式冷却和对唇砖托架结构的改造，保证了板面的平整和规格精度，以上技术使笔者公司成国内唯一的一家生产1000mm以上规格玻璃的单位；同时解决了国内压延生产的超技术难题（改进了因压延生产托砖断裂造成生产规格的局限性），在生产实践中摸索出了适合笔者公司生产技术要求的一整套科学合理的退火工艺，保证了玻璃板的退火质量，并对切装工段实施在线检测。经过半年多的生产，产品产量达到设计要求，产品质量能够满足国内、外组件业的要求，在成本和质量方占有相当的优势，环保达标，经济、社会效益显著。

四、同类产品试验比较

笔者公司产品面市后，通过国家石英玻璃质量监督检验中心检验，各项指标满足组件业要求，通过国内权威机构的性能试验，各项性能指标优于同行先进企业，具体对比如下：

测试材料：A：河南思可达3月27日新型太阳能光伏玻璃1574×802×3.2（mm3）。

B：河南思可达4月7日钢化镀膜玻璃1574×802×3.2（mm3）。

C：常熟幸福钢化的耀皮玻璃1574×802×3.2（mm3）。

1.仪器测试。测试方法:将一标准组件放置于上海交通大学太阳能研究所JD-10型太阳能电池组件测试仪上，然后分别将A、C放置于测试仪和组件中间进行测试，测试结果显示A、C输出功率分别为160.99W和164.03W。

测试结果表明A没有C的效果好。

2.做组件测试。

（1）将5片B和5片C用随机抽取的电池片做成10个组件，然后在上海交通大学太阳能研究所JD-10型太阳能电池组件测试仪上进行测试，结果显示用B做成的组件的平均输出功率为187.01W，用C做成的组件的平均输出功率为184.01W。

测试结果表明B比C的效果好。

（2）将3片A、3片B和3片C用随机抽取的电池片做成9个组件，然后在上海交通大学太阳能研究所JD-10型太阳能电池组件测试仪上进行测试，结果显示用A做成的组件的平均输出功率为181.09W，用B做成的组件的平均输出功率为182.53W，用C做成的组件的平均输出功率为178.09W。

测试结果表明B比A的效果好、A比C的效果好。