超薄壓延光伏玻璃生產工藝探討

張平威

（1.凱盛新能源股份有限公司 洛陽 471000；2.中建材（洛陽）新能源有限公司 洛陽 471200）

0 引言

隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，綠色能源替代傳統石化能源的需求不斷增長，太陽能發(fā)電是綠色能源替代一種重要的方式。太陽能無污染、可再生，易于獲取且安全，采用太陽能發(fā)電的方式有光熱、光電及光化學的直接轉換［1］，其中依靠太陽能光電轉換實現發(fā)電的太陽能光伏發(fā)電具有安全性能高、環(huán)境設置好及轉換效率較高等優(yōu)點，且隨著太陽能光伏發(fā)電成本持續(xù)降低，平價上網指日可待，太陽能光伏發(fā)電將成為我國重要的能源結構改革方向，產業(yè)規(guī)模將持續(xù)擴大。

光伏玻璃是太陽能光伏發(fā)電組件必不可少的關鍵材料，通常選擇具有透光性、耐候性好等優(yōu)點的壓延玻璃，光伏玻璃的質量直接影響太陽能光伏發(fā)電組件的性能和壽命，對太陽能光伏發(fā)電起到重要的作用。光伏建筑一體化快速發(fā)展應用促使太陽能光伏發(fā)電組件向輕量化、薄型化發(fā)展，有效地提高組件的安裝效率及減輕建筑的承重。壓延光伏玻璃的厚度也從3.2 mm、2.5 mm逐漸向2.0 mm及以下過渡，尤其太陽能光伏發(fā)電中的雙玻組件以發(fā)電效率高、壽命長、易于建筑集成等優(yōu)異性能被市場認可。據中國光伏行業(yè)協會分析預測，2025年雙玻組件滲透率將達到60%，成為太陽能光伏發(fā)電組件市場的主流產品，會對壓延玻璃尤其是超薄壓延玻璃的需求量大幅提升。

壓延光伏玻璃厚度逐漸向薄型化發(fā)展，其生產中要面臨較多問題的挑戰(zhàn)，為了提高超薄壓延玻璃的產品質量，研發(fā)的新材料、新技術也快速應用。本文以新建設的超薄壓延光伏玻璃生產線項目為例，對相關技術方案中的工藝等進行分析探索。

1 超薄壓延光伏玻璃項目建設要求

新建設的超薄壓延光伏玻璃生產線項目為1200 t/d光伏玻璃基片生產線并配套建設深加工生產線，產品包含1.5～2.5 mm厚度的壓延玻璃，主要用于光伏電池的封裝材料，項目建設過程中要滿足以下的要求：

（1）項目建設貫徹循環(huán)經濟、清潔生產和發(fā)展綠色環(huán)保型產業(yè)的理念。

（2）項目建設采用成熟可靠、先進合理的技術方案，積極穩(wěn)妥地選用新技術、新設備、新材料，確保能生產出滿足國家標準的優(yōu)質太陽能光伏電池封裝材料。

2 超薄壓延光伏玻璃項目新技術應用

壓延光伏玻璃的強度和透過率決定著光伏組件的壽命和發(fā)電效率，玻璃透過率可以通過控制玻璃原料中的氧化鐵含量來實現，但隨著壓延玻璃厚度的降低，玻璃的強度也會快速下降，嚴重影響光伏組件的壽命，通常生產企業(yè)會增加鈉鈣硅玻璃組分中的氧化鋁含量來提高強度，但這會造成玻璃液的黏度增加，熔化澄清難度加大，同時玻璃厚度的降低，壓延成形及退火的難度也相應增加，需要各個工藝環(huán)節(jié)進行技術創(chuàng)新，提高生產效率及產品質量。

2.1 關鍵工藝

2.1.1 熔化

由于壓延光伏玻璃中氧化鐵含量低，玻璃液透熱性好，在熔化澄清過程中，造成玻璃液表面和底部溫差小，垂直方向難以形成對流，致使玻璃液澄清困難。當壓延玻璃產品厚度在2.0 mm以下時，玻璃中的微氣泡缺陷對產品影響較大，嚴重限制了超薄壓延光伏玻璃產品質量的提高［2］，熔化澄清的技術研究創(chuàng)新從熔窯設計及澄清劑兩個方面進行改進。

熔窯設計方面，白乾坤［3］研究了高透熱玻璃液多級澄清高效熔窯結構，采用分級匯流熔窯結構，降低“滯留”玻璃液，使玻璃液充分澄清均化，澄清率可高達82.5%以上。熔窯池底結構為多臺階設計，將卡脖的入口窯底設成抬升式斜底，限制玻璃液進入卡脖后的回流，延長了澄清帶玻璃液的停留時間，有利于玻璃中微氣泡的逸出，提高玻璃液的澄清質量。彭壽等［4］研究了窄卡脖限流調溫技術的應用可大幅提高澄清帶玻璃液表層溫度，進一步提高澄清率。為保證玻璃液的澄清質量，有助于玻璃澄清的技術，在熔窯設計時也考慮池底鼓泡技術［5］。復合澄清劑的使用也是一種有效的提高澄清質量的方法。壓延玻璃的澄清劑一般選擇銻酸鹽如三氧化二銻、焦銻酸鈉等，配合硝酸鹽和硫酸鹽組成復合澄清劑使用，取得了較好的澄清效果，但澄清劑的成本相對較高且銻酸鹽會對環(huán)境造成污染。官敏等［6］研發(fā)了高CeO2含量的環(huán)境友好型復合澄清劑，大幅度降低微氣泡缺陷，同時也不影響壓延玻璃透過率。

超薄壓延光伏玻璃項目熔化澄清技術方案中采用多級澄清高效熔窯結構，池底設計采用多臺階結構，選擇高CeO2復合澄清劑，提高超薄壓延光伏玻璃的熔化澄清質量。

2.1.2 壓延成形

超薄壓延光伏玻璃采用壓延機組進行成形，成型機由上下壓輥、水冷系統、過渡輥臺及傳動裝置、控制系統等組成，要實現超薄玻璃的成形厚度需要保證成形時玻璃液溢流口的橫向溫差小，通過壓延輥壓力的調整實現。超薄壓延玻璃在成形過程中不僅要控制其厚薄差，同時也要控制壓花和壓紋的質量，以滿足設計的透過率要求。章寅［7］采用立體多級差速智能控制技術及智能化遠程閉環(huán)控制系統，通過精準控制壓延輥和接應輥的多級速差調節(jié)拉薄量，可實現超薄壓延玻璃的縱向厚薄差精度±0.08 mm。為實現超薄壓延玻璃的成形厚度，采用成套的反饋式高壓壓延工藝，采用自加壓壓力系統進行壓力控制，實現高壓條件下輥壓的精確調整；壓延輥內部設計了多腔體式分水芯，提高了輥體的冷卻強度；在壓延輥、接應輥和過渡輥采用水冷的基礎上，增加了風冷系統，且該系統采用橫向分區(qū)，精確調節(jié)玻璃板橫向溫差。蘇從含［8］認為要達到超薄壓延玻璃的技術指標，要充分考慮壓延玻璃的成形玻璃液溫度、壓桿壓力、拉引速度。生產時要提高玻璃的成形溫度，增大壓延機系統壓力，加大壓延機輥內冷卻水的進水量，壓速比要達到40以上。采用成套的反饋式高壓壓延工藝，已成功生產出世界最薄的1.5 mm超薄壓延玻璃。

2.1.3 退火

超薄壓延玻璃通過退火消除暫時應力，減少原片切割時的缺陷問題，提高產品質量。由于在進行超薄壓延玻璃生產時，玻璃帶的拉引速度快，與較厚的壓延玻璃退火設計相比，其A區(qū)需要加大風機功率，才可滿足超薄壓延玻璃退火的需要。由于超薄壓延玻璃厚度較薄，在退火時要實施分段控溫，采用立體網狀溫控退火技術，可以實現溫度精確控制在±0.5 ℃范圍內，有效解決了橫向溫差分布不均的問題；低變形傳輸技術的應用，設計多級變速傳輸及全承載支撐技術，據生產統計最終實現超薄光伏玻璃板弓形彎曲度降低至0.18%，產品良率提升5%以上［6］。

超薄壓延光伏玻璃項目退火技術方案采用立體網狀溫控退火技術和低變形傳輸技術，實現超薄壓延玻璃的退火。通過對熔化澄清、壓延成形及退火工藝的改進及提升，最終實現超薄壓延光伏玻璃的生產產品質量提升，提高了生產效率，降低了生產成本。

2.2 節(jié)能環(huán)保技術應用

玻璃行業(yè)由高能耗、高污染逐漸向綠色化方向發(fā)展，更加注重可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保問題，超薄壓延光伏玻璃項目加強對生產工藝、裝備技術的改進和更新，降低生產中產生的能耗消耗和廢氣排放，保障生產過程中對環(huán)境保護的合規(guī)性。

2.2.1 節(jié)能技術

超薄壓延光伏玻璃生產線的節(jié)能技術方案從熔窯節(jié)能及余熱發(fā)電的利用兩個方面進行。

玻璃熔窯是超薄壓延光伏玻璃生產線能耗消耗最大的環(huán)節(jié)，約占90%以上，熔窯的節(jié)能技術一直是研究的重點。該項目采用紅外高輻射節(jié)能涂料技術和新型梯度復合保溫節(jié)能技術進行設計。采用紅外高輻射節(jié)能涂料技術可實現熔窯內表面發(fā)射率從0.4提高到0.9以上，實現2%～10%的節(jié)能；采用新型梯度復合保溫節(jié)能技術，選用多層保溫材料與梯度保溫技術相結合，有效解決傳統保溫開裂、空腔等問題，節(jié)能效率大于5%。

該項目技術方案中設計了余熱發(fā)電技術，并與脫硫脫硝一體化運行，同時利用廠房的屋頂資源，建設光伏電站，經測算，采取余熱發(fā)電及光伏發(fā)電等措施后單位產品綜合能耗210.32 kgce/t。

2.2.2 大氣污染物協同深度治理技術

超薄壓延光伏玻璃生產產生的重點污染物為廢氣，環(huán)保措施必須要保證達到國家的氣體排放要求。設計時在脫硫脫硝中采用觸媒陶瓷纖維濾管一體化脫硫脫硝除塵工藝，脫硫效率90%，煙塵處理效率99%，脫硝效率達到97%，可實現玻璃熔窯煙氣超低排放。

3 超薄壓延光伏玻璃發(fā)展趨勢

（1）提高超薄壓延光伏玻璃強度

太陽能光伏組件復雜的應用環(huán)境要求超薄壓延玻璃保持較高的強度，尤其是隨著雙玻組件滲透率的提高，對超薄壓延玻璃的需求大幅度上升，但超薄壓延玻璃強度不足成為限制雙玻組件薄型化的重要因素，研究要在組分設計提高玻璃強度的基礎上，解決目前困擾行業(yè)的超薄壓延玻璃的鋼化問題，共同實現超薄壓延玻璃的高強度。

（2）超薄壓延玻璃透過率的提高

提高超薄光伏玻璃的透過率可有效提升太陽能光伏組件的效率，行業(yè)內在壓延玻璃的花紋設計、減反射膜的開發(fā)及納米材料的設計應用等方面進行深入的研究，開拓新的工藝技術提高透過率也成為研究者關注的重點。

4 結語

超薄壓延光伏玻璃生產線項目圍繞玻璃熔化澄清、壓延成形及退火工藝的新技術的應用，實現超薄壓延玻璃的工業(yè)化生產，提高產品質量，降低生產成本。生產線建設要配合節(jié)能減排、大氣污染治理等，采用新裝備新技術，實現超低排放和綠色化生產。提高超薄壓延光伏玻璃的強度和透過率，提升玻璃性能，提高光電轉化效率水平是研究的重點方向。