太陽能光伏玻璃特性及應(yīng)用研究

蔣杰

摘 要 隨著社會的不斷發(fā)展，科技與經(jīng)濟的不斷進(jìn)步也推動著工業(yè)化進(jìn)程日益加強，在此過程中不可避免地出現(xiàn)了能源問題，使得不可再生資源面臨著日益枯竭的困境。如何利用可再生資源代替不可再生資源，減少資源的損耗，保護(hù)人們賴以生存的環(huán)境，成為了世界范圍內(nèi)普遍關(guān)注與重視的問題。太陽能光伏玻璃作為太陽能發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)的必要材料，成為了人們關(guān)注的焦點，并被不斷應(yīng)用于各個領(lǐng)域，使其在未來市場的發(fā)展中具有廣闊前景。

關(guān)鍵詞 太陽能 光伏玻璃 建筑幕墻 光伏行業(yè)

中圖分類號：TQ171 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0001-03

1 前言

隨著科技與經(jīng)濟的不斷發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速推進(jìn)，在社會發(fā)展的進(jìn)程中不斷消耗著不可再生資源，使不可再生資源面臨著日益枯竭的窘迫困境，也導(dǎo)致能源問題與環(huán)境問題成為了當(dāng)今時代避無可避且亟待解決重要問題?；谌蚍秶鷥?nèi)的能源短缺現(xiàn)象的出現(xiàn)，以及公眾環(huán)境保護(hù)意識的增強，人們對于可再生資源的開發(fā)越來越重視，而不可再生資源的過度利用被叫停，這實際上是保護(hù)環(huán)境的重要舉措，而如何去合理開發(fā)可再生資源，成為了世界范圍內(nèi)普遍關(guān)注與重視的問題。

在新能源的探索與開發(fā)過程中，太陽能因為具有資源豐富、分布極為廣泛以及清潔無污染的特點[1]，被應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，太陽能光伏玻璃作為太陽能發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)的必要材料，其成本相對較低，效率比普通發(fā)電技術(shù)要高，而且沒有過多的污染，因此受到了社會各界的關(guān)注，并被不斷應(yīng)用于各個領(lǐng)域，使得其在未來市場的發(fā)展中具有廣闊前景。

2 太陽能光伏玻璃

在太陽能電池組上，由低鐵玻璃、太陽能電池片和背面玻璃等組成的能夠傳遞光線、控制光線以及導(dǎo)電的玻璃，稱之為太陽能光伏玻璃[2]。雖然普通的玻璃也有一定的透光性，但是太陽能光伏玻璃可以通過其構(gòu)造的特殊性提高太陽光的透過效率，甚至是讓太陽光選擇性的透過。這類型的玻璃并不需要經(jīng)過再加工，就能夠直接在太陽能光伏發(fā)電組件以及光熱發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的組件當(dāng)中使用。該類型玻璃作為一種復(fù)合型的材料，并不是傳統(tǒng)意義上的玻璃，其主要構(gòu)造是“低鐵玻璃-太陽能電池片-背面玻璃”，三層的結(jié)構(gòu)不僅能夠有效地提高太陽光的透過率，還能夠讓電池產(chǎn)生更高更強的電能，經(jīng)過處理的玻璃能夠應(yīng)對各種惡劣環(huán)境，硬度也比普通玻璃要強得多，因此這類型材料不僅能夠用于太陽能光伏發(fā)電組件中，部分建筑的外墻玻璃也可以用這種玻璃代替。

目前，太陽能光伏玻璃大概分為三大類，首先是以超白壓延玻璃以及增透鍍膜玻璃等為主的對光伏組件進(jìn)行封裝保護(hù)和固定支撐作用的封裝蓋玻璃，這類型的玻璃具有透光散射的作用，多數(shù)的光伏組件在組裝時都會選擇。其次就是以Ito鍍膜玻璃和氧化鋅基摻雜鍍鋁膜玻璃為代表的透明導(dǎo)電玻璃，這種玻璃最主要的特點是導(dǎo)電性，因此，鍍膜基本都為金屬膜，能透光的同時也能夠?qū)щ?，可以滿足光伏發(fā)電的需求。最后就是以平面反光鏡為代表的聚光組件玻璃，這種玻璃的最主要作用是將光線聚集起來，而聚集后的光線會集中到光伏電池之上，從而提高發(fā)電效率[3]。每種玻璃都有其特色，也有其獨特作用，而如何選擇，這與項目的需求有關(guān)。

3 太陽能光伏玻璃的特性

相比之下，太陽能光伏玻璃的自爆率是低于普通玻璃的。普通玻璃易爆，是因為其中參雜著多種雜質(zhì)，而太陽能光伏玻璃不易爆，是因為這種玻璃采用的是高純度的原材料，在鋼化處理后，這種玻璃的硬度得到了很大的提升，自爆率大大降低，使其具有了普通玻璃所沒有的自爆率低特性[4]。

太陽能光伏玻璃的顏色具有一致性，使其在應(yīng)用中更具美觀性?；谔柲芄夥ＡЪ夹g(shù)的成熟，采用先進(jìn)的色度分析技術(shù)，使玻璃顏色具有一致性，在應(yīng)用中，可以做到實用性與美觀性相統(tǒng)一，使人擁有更好的視覺體驗。

基于太陽能光伏玻璃低鐵等特征，太陽能光伏玻璃的可見光透過率更高、通透性更好，紫外線透過率更低。由于光伏玻璃Fe2O3的含量低于普通玻璃，因此，從邊緣看光伏玻璃比普通玻璃更白一點，透光性更好。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，超白壓花玻璃的最低光伏投射比為91.5%，所以這類型玻璃的可見光透過率極高，在有光的情況下，比其他玻璃更加晶瑩剔透，而且有水晶質(zhì)感，更具通透性。而為了進(jìn)一步減少陽光的反射，這部分玻璃還會在表面做特殊處理，多數(shù)表面都呈現(xiàn)絨毛狀，能夠增加光線的入射量。絨毛的設(shè)計可能在觸感上會比光滑的玻璃要差一點，但是這種絨毛狀的表面更容易保證玻璃表面的清潔，灰塵難以吸附在玻璃表面。也可以減少雨水等臟污對玻璃表面產(chǎn)生的污染，讓其保持清潔的狀態(tài)，以此提高發(fā)電率。

由于太陽能光伏玻璃進(jìn)行了鋼化處理，增加了玻璃的密度，使其可以抵御風(fēng)沙與冰雹等外力沖擊，從而起到保護(hù)太陽能板的作用。將玻璃進(jìn)行加熱和冷卻，其表面就會形成均勻?qū)簯?yīng)力，而在它的內(nèi)部會形成張應(yīng)力，這個過程就是玻璃的鋼化出力過程，經(jīng)過鋼化后的玻璃，其抗沖擊性能、耐熱耐寒性能以及耐磨性能都會有所提升，基于太陽能光伏玻璃制作工藝與要求，應(yīng)采用最優(yōu)元素配比，使其在性能上均優(yōu)于普通玻璃。也正是因為如此，導(dǎo)致太陽能光伏玻璃技術(shù)迭代緩慢，壁壘較高，所以太陽能光伏玻璃的工藝水平直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品生產(chǎn)效率，技術(shù)的穩(wěn)定與成本的控制成為太陽能光伏玻璃產(chǎn)業(yè)的核心競爭要素。

4 太陽能光伏玻璃的應(yīng)用

基于太陽能光伏玻璃所具有的特性，以及其不同于其他玻璃的優(yōu)越性，太陽能光伏玻璃在各領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

4.1 太陽能光伏玻璃用于建筑幕墻、光伏屋頂、太陽能發(fā)電系統(tǒng)

建筑幕墻并不承受任何的重量，只適用于在建筑外部的裝飾之上，長期懸掛于建筑的外圍。當(dāng)今時代，多數(shù)大型建筑以及高層建筑都會使用建筑幕墻，是一種建筑用的輕質(zhì)墻體。建筑幕墻隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，也在不斷地進(jìn)步：建筑幕墻從厚重逐漸向更加輕薄轉(zhuǎn)變;從可選擇種類少不斷向類型多樣、色彩豐富的方向發(fā)展;在不斷發(fā)展進(jìn)步的過程中，建筑幕墻的安全性、施工技術(shù)的靈活性、幕墻的使用壽命等功能也在不斷增加，與之前相比也更加強大。此外，建筑幕墻的節(jié)能環(huán)保性能，在發(fā)展中越來越受到重視。因此，太陽能光伏玻璃作為新型材料應(yīng)用于建筑幕墻的建筑方式應(yīng)運而生。作為將傳統(tǒng)幕墻與新型建筑材料、光生伏打效應(yīng)相結(jié)合的新興技術(shù)，其充分利用了太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化為可利用能源，作為可再生能源，太陽能的使用比起其他的能源使用更符合可持續(xù)發(fā)展的需求。在光能轉(zhuǎn)化為電能的過程中，符合環(huán)保理念。太陽能光伏玻璃在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)最大限度的利用并轉(zhuǎn)化太陽能為電能，在不需要燃料、不產(chǎn)生廢氣、沒有余熱與廢渣、不造成噪音污染的情況下進(jìn)行發(fā)電，實現(xiàn)能源效益與環(huán)境效益和諧平衡發(fā)展。

太陽能光伏玻璃作為建筑幕墻，代替了許多傳統(tǒng)建筑材料，在產(chǎn)生能源效益的同時，減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)，保護(hù)了自然資源。目前較為知名的太陽能光伏玻璃幕墻建筑如慕尼黑貿(mào)易展覽中心，擁有世界上最大的太陽能屋頂光電系統(tǒng)的建筑，而Marina Pinnacle則是坐落于迪拜的全單元式的幕墻酒店式公寓。而在國內(nèi)，江西天工開物國際論壇會址也是其中之一，位于江西新余，是一幢全木結(jié)構(gòu)的建筑，而且全玻璃幕墻的使用使其具有更加新穎的外觀和造型。

4.2 太陽能光伏玻璃作為組件封裝材料應(yīng)用于光伏行業(yè)

無論光伏電池所使用的是什么技術(shù)路線，其前板總是離不開玻璃的，這也是太陽能光伏玻璃在光伏行業(yè)中所承擔(dān)的一個重要角色。在單晶硅電池領(lǐng)域，光伏組件的核心輔助材料主要是超白壓花玻璃，這也是主流的光伏玻璃品種，多數(shù)用在組建的封裝面板之上。而在光伏組件中，決定其發(fā)點效率和使用壽命的，最主要是光伏玻璃的強度以及透光率，因此光伏玻璃的選擇極為關(guān)鍵。在薄膜技術(shù)及薄膜組件領(lǐng)域，浮法技術(shù)與工藝被大量應(yīng)用于前板、背板、TCL的導(dǎo)電玻璃等方面。運用浮法生產(chǎn)的浮法玻璃，由于其易于調(diào)節(jié)厚度且厚度均勻、表面平整度高、質(zhì)量好的優(yōu)勢，適合用于生產(chǎn)大尺寸的產(chǎn)品。雖然目前浮法技術(shù)在太陽能光伏玻璃中的應(yīng)用還并不太多，但基于其透過率高、耐候性好、不易積灰、強度高、尺寸大、更輕薄的特點，浮法玻璃在未來工藝發(fā)展中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 太陽能光伏玻璃發(fā)展趨勢

由于當(dāng)下雙玻璃組件的滲透率在持續(xù)提升，而且技術(shù)更迭的速度依然比較緩慢，所以行業(yè)格局正處于一個穩(wěn)定發(fā)展的階段，從這些情況來看，光伏行業(yè)依然有比較大的發(fā)展空間，而太陽能光伏玻璃行業(yè)也擁有廣闊的市場前景與無限的發(fā)展空間。現(xiàn)如今，雙玻璃組件的滲透率在不斷地提升，使用這類型組件已經(jīng)成為行業(yè)的趨勢，所以太陽能光伏玻璃的需求量也在不斷地提升當(dāng)中。

在雙?；姵毓に嚨漠a(chǎn)線改造過程中，其單項成本的增加基本可以忽略不計，但卻不能否定光伏電站單位面積發(fā)電量在工藝改造后的提升情況，這也能夠降低光伏發(fā)電站的建設(shè)成本。因此，如今雙面組件的滲透率進(jìn)入到高速增長的階段，三年內(nèi)超過百分之六十不無可能。而且綜合考慮光伏裝機需求，同時對材料滲透率，透光率等因素進(jìn)行考量，未來一年內(nèi)光伏玻璃的需求量極有可能增長并超過同時期的30%。在裝機需求與雙?；厔莸耐苿酉拢柲芄夥Ａ袠I(yè)正穩(wěn)步向前發(fā)展。

5.1 光伏玻璃在晶硅太陽能電池中的應(yīng)用前景

晶硅太陽能電池組對于光伏玻璃要求極低，只要是應(yīng)用最普通的硅酸鹽玻璃都能夠滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。因為玻璃的要求非常低，所以有些廠家會直接選擇使用普通玻璃或者超白浮法玻璃替代，更有甚者會應(yīng)用塑料或者有機樹脂替代光伏玻璃。從這個方面出發(fā)，即使是絕大部分的晶硅電池都需要應(yīng)用光伏玻璃作為外封裝的施工材料，但是因為樹脂材料可以使用的范圍比較大，光伏玻璃的應(yīng)用就有很大的限制條件。即使應(yīng)用的是光伏玻璃制作晶硅太陽能電池組的外封裝材料，并不是應(yīng)用的壓延光伏玻璃，有可能是壓延方式為主、浮法為輔的方式，且最近幾年浮法光伏玻璃發(fā)展迅速，在市場上的影響力在不斷的提高。但是光伏玻璃在整個晶硅太陽能電池組內(nèi)成本只占2%-3%，所以并不會有更大的發(fā)展空間。

5.2 光伏玻璃在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用前景

目前，市場上所應(yīng)用的全部薄膜太陽能電池組，都必須安裝一塊和TFT-LCD液晶面板中的玻璃基板相同的平板玻璃作為襯底使用，并且該部位上需要進(jìn)行薄膜涂層處理。因為制作薄膜時，需要通過高溫鍍膜工藝進(jìn)行，所以對于玻璃的要求比較高，還要保證玻璃的平整度、透光度以及工藝性合格，這樣制作之下，其難度就會高出晶硅太陽能電池比較多。目前應(yīng)用浮法技術(shù)比較多，在鈉鈣超薄玻璃處理時，應(yīng)用的是薄膜太陽能電池的鍍膜玻璃。鍍膜玻璃是目前太陽能電池內(nèi)極為重要的組成部分，成本比例高達(dá)33%，所以其對于整個結(jié)構(gòu)的成本影響比較大。當(dāng)然，薄膜太陽能電池需要應(yīng)用封裝玻璃，此時選擇應(yīng)用普通超白玻璃即可滿足要求，其與晶硅太陽能電池應(yīng)用的材料相同。

5.3 光伏玻璃與建筑一體化（BIPV）的發(fā)展前景

較之其他太陽能電池來說，BIPV制作時將太陽能電池填充到兩塊超白電池之間。因此，兩塊玻璃之間還要應(yīng)用一塊薄膜太陽能電池的基板玻璃。從這個方面出發(fā)，其對于光伏玻璃的需求量是比較大的，需要使用的光伏玻璃數(shù)量也要比其他電池組形式要多，所以需要積極的創(chuàng)新，以滿足當(dāng)前的應(yīng)用需要。這種三層玻璃的應(yīng)用方式中，光伏玻璃的需求量變得更大，并且在整個產(chǎn)品中成本占比也會升高，說明未來光伏玻璃的市場會進(jìn)一步地擴大。因此，未來光伏玻璃的市場發(fā)展空間是巨大的，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

6 結(jié)語

太陽能作為高效環(huán)保的新能源，將成為未來發(fā)展的一大趨勢。太陽能光伏發(fā)電行業(yè)也會隨著太陽能的開發(fā)利用越走越遠(yuǎn)，不斷進(jìn)步。因此，基于二者前提下的太陽能光伏玻璃行業(yè)也會穩(wěn)步發(fā)展，不斷提高的技術(shù)手段，以及降低的生產(chǎn)成本，為太陽能光伏玻璃行業(yè)的發(fā)展提供了重要動力。再加上太陽能光伏玻璃行業(yè)獨有的行業(yè)壁壘，以及其行業(yè)的穩(wěn)定性，為太陽能光伏玻璃的未來創(chuàng)造出了廣闊發(fā)展空間與發(fā)展前景。

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