太陽能光伏玻璃生產(chǎn)中原料的控制

王雅婷

（秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院有限公司 秦皇島 066001）

1 太陽能光伏玻璃的發(fā)展

全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動了中國太陽能電池片和電池組件的發(fā)展，其產(chǎn)量已位居全球第一。超白玻璃是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中最重要的原材料之一。隨著太陽能光伏電池技術的不斷進步和發(fā)展，需要封裝用超白玻璃的數(shù)量也逐漸增多，市場需求逐漸增加。光伏玻璃在需求增加的同時，對光伏玻璃的質量也有了更高的要求。本文對光伏玻璃生產(chǎn)的質量控制和配料制備環(huán)節(jié)進行探討。

2 超白玻璃生產(chǎn)工藝

超白壓延玻璃生產(chǎn)線的規(guī)模一般為250～1200 t/d，超白浮法玻璃生產(chǎn)線一般為300～1000 t/d。超白玻璃成分一般要求如表1所示。

表1 超白玻璃成分

2.1 超白壓延玻璃工藝流程

（1）原片生產(chǎn)：配料→熔制→澄清→壓制成形→退火→切割→半成品檢驗→半成品包裝→半成品庫。

（2）精加工：半成品→精切→磨邊→清洗→連續(xù)鋼化→成品檢驗→成品包裝→成品庫。

2.2 超白浮法玻璃工藝流程

（1）原片生產(chǎn)：配料→熔制→澄清→錫槽→退火→缺陷檢測→縱切/橫切→玻璃原板→入庫。

（2）鍍膜：玻璃原片→清洗→離子源潔凈與活化→磁控濺射鍍膜→在線檢驗→成品包裝→入庫。

（3）鋼化：玻璃原片→切割→磨邊鉆孔→清洗干燥→鋼化（包括加熱、吹風淬火、吹風冷卻）→成品檢驗→成品包裝→成品庫。

3 原料的質量控制與質量要求

3.1 各種原料的質量要求

超白玻璃組成上屬于鈉鈣硅玻璃，由于制造太陽能光伏電池的需要，超白玻璃對透光率要求很高，一般要達到91.5%以上，和普通玻璃相比主要要求Fe2O3含量低于0.015%，控制在0.012%左右。對于大多玻璃生產(chǎn)來說，各種原料中的Fe2O3屬于有害成分，含量越低越好，但有的原料達不到低鐵要求，如在普通的玻璃生產(chǎn)中使用的長石和白云石原料，為了降低含鐵成分可以最大限度地進行精選。對于長石和白云石原料，可以在配方設計中使用氫氧化鋁化工原料代替長石引入玻璃中Al2O3成分，使用方解石代替白云石，由于方解石是主要含CaO的原料，引入MgO成分要考慮其他原料。超白玻璃生產(chǎn)中添加焦銻酸鈉主要是能增加白度，還能提高玻璃熔化的澄清效果。對原料加工、輸送、稱量和混合環(huán)節(jié)的設備要采取措施嚴格控制機械鐵的引入。為了確保超白玻璃生產(chǎn)優(yōu)質高產(chǎn)，就要確保進廠原料質量的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性是指各進廠原料和配合料的化學成分、粒度組成、水分含量等的穩(wěn)定，批次之間波動范圍小，嚴格各種原料的化學成分、顆粒組成、水分含量指標的質量要求（表2、表3）。在混合料配制中稱量精度和混合均勻度要滿足質量要求。國家建材行業(yè)標準JC/T 648—1996對配合料混合均勻度質量標準要求見表4。

表2 超白玻璃原料化學成分質量要求 %

表3 各種粉料原料粒度及含水量要求

表4 配合料混合均勻度質量標準要求

3.2 進廠原料運輸要求和石英砂供應要求

由于超白玻璃原料質量要求嚴格，現(xiàn)絕大多數(shù)玻璃廠為合格粉料進廠。為了確保在進廠運輸環(huán)節(jié)不受污染，各原料必須有合適的包裝方式。礦物粉料使用噸袋包裝進廠，化工原料要用含內襯膜的小袋密封包裝進廠。石英砂要采用均化庫設計來達到成分和水分均勻與穩(wěn)定。

石英砂在玻璃組成中引入SiO2成分，是最主要的原料，用量占比達到50%～60%。石英砂成分如果出現(xiàn)波動，甚至超出標準要求，會對超白玻璃產(chǎn)品造成很大的影響。必須認真考察認證石英砂礦山和加工礦點，確保石英砂符合超白玻璃生產(chǎn)的質量要求，能達到質量穩(wěn)定和長期供應，交通運輸要符合長期供應的條件?？梢砸院献鞯男问较虻V山投入一定的保證資金來保證礦山和品質穩(wěn)定。

3.3 原料質量控制管理

原料化驗是玻璃生產(chǎn)控制的“眼睛”，為指導生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質量提供科學數(shù)據(jù)。進廠原料由化驗員親自到現(xiàn)場取樣，不準他人代取樣品，按照規(guī)定的方法取樣。成分比較穩(wěn)定的原料如石英砂以200～300 t為一批次，不穩(wěn)定的原料如長石以30～100 t為一批次。所取樣品必須具有代表性和均勻性，散裝貨運原料，按四角及中間五個點取樣，袋裝原料在垛位四周及上面隨機取樣，取樣袋數(shù)不少于5%袋數(shù)，采用插入式取樣器取樣，一次取樣量不少于0.1 kg，插入深度不小于0.3 m。每批原料所取大樣不小于1 kg，樣品用自密封的塑料袋盛裝。取來的大樣應充分混勻，立即從不同部位取10份樣，每份重量應盡可能相等，10份樣合在一起做水分測定。從大樣中用四分法縮取法取樣重100～150 g做粒度測定，從大樣中用四分法縮取法取樣品重30～50 g做化學分析。每取一種料都要留樣，在留樣袋上填寫好原料名稱、產(chǎn)地、取樣時間、地點、分析時間等，有效時間一般為3個月?；炓皶r，在正常情況下，當天取樣，當天要報出化驗數(shù)據(jù)。

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，由主管技術人員提出所需的玻璃成分及原料配方，主管領導審核后進行配方調整和計算。如經(jīng)過檢驗超白玻璃成分超出規(guī)定范圍，一般超出成分設計的0.05%需調整配料方。配方設計與調整是一人計算，另一人復核，經(jīng)主管領導審核批準后生效；對所換原料，原料化驗報表成分與料方成分應重點核對。

3.4 原料進廠和使用管理

原料質量的合格穩(wěn)定是生產(chǎn)優(yōu)質玻璃的基礎，對產(chǎn)品質量的穩(wěn)定起決定性的作用，對原料進廠和使用量管理做以下要求：

（1）供應人員嚴格按質量標準采購原料，做到定點、穩(wěn)定供應，不同成分的原料要分裝，儲運全過程防止污染，保持清潔。

（2）簽定合同時要明確各項質量標準和要求（如：原料成分、水分、粒度、包裝運輸要求等）。

（3）原料的采購質量、數(shù)量落實到人，大宗原料定期到礦點監(jiān)督、檢查，防止原料不合格影響生產(chǎn)。及時向礦點反饋原料使用情況信息，幫助其不斷改進產(chǎn)品質量。在選用原料新礦點時，要適時派人去礦山做細致地調查，取具有代表性的樣品化驗，必要時先做工業(yè)性試驗，報主管領導批準后再確定使用。

（4）原料保管員負責進廠原料按工藝要求的位置進行卸車和碼垛工作，按品種及進廠次序歸垛整齊堆放，做好標識，分清存放區(qū)域、位置，防止錯料影響生產(chǎn)。

（5）原料使用過程中要按主管部門要求的方法和位置使用，不得隨意亂用。未經(jīng)取樣化驗和允許使用的原料不得使用，原料使用盡量遵循先來先用的原則。

（6）各種原料上料前，要先清除料堆周圍雜質，上料完畢要將料庫地面清掃干凈，收歸入垛，防止原料污染和混料現(xiàn)象。對于水分比較大的濕基原料，使用中按規(guī)定次數(shù)進行水分測定，并根據(jù)水分變化情況計算配料濕基量并下達配料單，水分波動要小于0.2%。

（7）使用碎玻璃最好使用自產(chǎn)的超白碎玻璃，要確保碎玻璃干凈無污染，碎玻璃場地及周圍要保持清潔，嚴禁各種雜質混入碎玻璃中。

4 配料工藝技術

4.1 配料工藝流程

配料系統(tǒng)工藝流程：根據(jù)太陽能超白玻璃的工藝指標對各種原料進行一定比例的精確配比，每種原料對應一套稱量系統(tǒng)，準確稱量后經(jīng)傳送皮帶到混合機混合，最后將混合好的配合料輸送至窯頭料倉，再經(jīng)過投料機送入大窯進行熔化。

配料系統(tǒng)稱量方式有增量法和減量法，由于減量法具有稱量的可靠性好、準確性高的特點，故大多采用減量法設計進行稱量。但減量法這種單值的控制方式成本投資較高，可以對用量大的原料采用一稱一料的減量法稱量方式，而對用量小的原料采用一稱多料的增量法稱量方式，兩種方式在配料系統(tǒng)中同時運用，既能保證稱量精度，又能方便生產(chǎn)控制與管理。

為達到配料的最佳效果和要求，整個配料系統(tǒng)采用計算機集中管理，實現(xiàn)人機對話，可在電腦屏幕上及模擬屏上動態(tài)顯示配料狀態(tài)、設備運行情況，打印配料表、報警表等。系統(tǒng)具有相當?shù)目煽啃院挽`活性，可以根據(jù)產(chǎn)品的要求及原料成分、含水量等數(shù)據(jù)自動計算出各種原料的配料濕基量，并能準確輸入每臺秤的設定值。能達到稱量值的過沖量自動修正和混合時間的自動控制，如出現(xiàn)稱量值超差和稱量值不穩(wěn)定、加料或者卸料超時、運行的設備開關不到位等情況自動報警。

為了提高和穩(wěn)定配合料質量，稱量過程對稱量精度和排料順序進行嚴格地設計和控制。配合料中各原料組分含量的準確和穩(wěn)定取決于電子秤的稱量精度。稱量系統(tǒng)的核心設備就是電子秤，國內電子秤的稱量精度可達到靜態(tài)精度1/2000，動態(tài)精度1/1000。電子秤校驗時按靜態(tài)精度要求進行校驗，稱量中出現(xiàn)的超差要按動態(tài)精度進行控制。隨著生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷積累和總結，工廠對稱量后排料順序非常重視。通過工藝設計布置和控制系統(tǒng)的排料時間設置，可以將原料按一定順序排放，且在稱量皮帶機上獲得預定層次順序的料帶進入混合機。

4.2 配料系統(tǒng)的工藝技術要求

目前玻璃生產(chǎn)配料系統(tǒng)中料倉布置有排庫和塔庫兩種形式。排庫結構需要有比較長的集料皮帶，而集料皮帶的粘料問題目前是玻璃行業(yè)比較難解決的一個問題，對稱量的準確性有很大的影響。使用塔庫結構可以簡化流程，沒有了集料皮帶的輸送環(huán)節(jié)，對配合料生產(chǎn)管理和質量控制是非常有利的?；旌蠙C設備選型對配合料質量的穩(wěn)定性也非常重要。

生產(chǎn)超白玻璃的配料系統(tǒng)必須采取措施防止機械鐵引入，各種原料料倉及溜子要有內襯耐磨的工程塑料板；提升機要使用聚乙烯料斗，配料設備容易損壞和磨損的部位要采用不銹鋼材質或其他耐腐蝕耐磨損的材質，以最大限度地減少機械鐵的引入。在原料和配合料輸送的各環(huán)節(jié)采用先進的除鐵裝置，有效地去除不慎進入的鐵屑雜質。普通玻璃生產(chǎn)與超白玻璃生產(chǎn)中機械鐵進入量對比見表5。

表5 普通玻璃生產(chǎn)與超白玻璃生產(chǎn)中機械鐵進入量對比 %

5 結語

玻璃是一種具有穩(wěn)定和均質化學組成的無機材料，在連續(xù)化的生產(chǎn)與制備過程中，由于需要對各種原料進行質量控制，然后進行準確地稱量、混合、輸送和投料，因此原料是否符合質量標準，以及配料的精度、均勻度和配料生產(chǎn)的穩(wěn)定性是生產(chǎn)優(yōu)質超白玻璃的首要條件，特別是含鐵量一定要按標準要求進行控制。如果原料控制中某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題必定會造成重大的經(jīng)濟損失，各個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，彼此影響很大，其影響在短時間內難以清除，由此可見，原料質量控制及制備對超白玻璃生產(chǎn)是非常重要的。