河南思可達(dá)光伏材料股份有限公司 林春平 楊海洲 陳二林

新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）的研制與開(kāi)發(fā)

河南思可達(dá)光伏材料股份有限公司 林春平 楊海洲 陳二林

為了生產(chǎn)出與太陽(yáng)能電池相配套的蓋板材料，研制開(kāi)發(fā)適用于太陽(yáng)能電池封裝使用的特種玻璃已成為企業(yè)科研的主攻方向。影響太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換率和使用壽命的關(guān)鍵問(wèn)題是玻璃透過(guò)率低、玻璃質(zhì)地易脆。筆者在研制過(guò)程中，以低鐵、高白、高透過(guò)率作為研制的主攻方向，在物料配方、工藝技術(shù)方面有了新的突破，研制出了高白、高透過(guò)率玻璃，能夠滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池組件的封裝要求。本項(xiàng)目引進(jìn)特定的壓延機(jī)組，配備先進(jìn)配料系統(tǒng)、熔窯系統(tǒng)、退火系統(tǒng)和冷端先進(jìn)的切裁鋼化系統(tǒng)和必要的檢測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)一條日熔化量80t，年產(chǎn)300萬(wàn)m2的新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）生產(chǎn)線(xiàn)，以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)企業(yè)對(duì)蓋板材料的需求，替代進(jìn)口產(chǎn)品。

一、技術(shù)方案

1.原料系統(tǒng)技術(shù)方案。原料系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：碎玻璃含量25%～35%，玻璃獲得率82%。

原料系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中存在的最大難題是配料精度和避免游離鐵的進(jìn)入。我們通過(guò)查閱大量的國(guó)內(nèi)外資料和反復(fù)的試驗(yàn)，在配料精度方面對(duì)三大主料采用上海班弛公司提供的PLC控制系統(tǒng)，小料采用高精度電子秤，配料精度達(dá)到0.01g，全過(guò)程中采用電腦控制自動(dòng)下料，有效地保證了配料準(zhǔn)確度。在避免游離鐵進(jìn)入方面，除制定嚴(yán)格的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)的質(zhì)量保證體系外，大量的工作是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和改進(jìn)，首先是對(duì)配料混合機(jī)的改進(jìn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和論證，我們最后選定用鑄石做內(nèi)襯，進(jìn)行混料機(jī)的改進(jìn)。該材質(zhì)屬于一種非金屬產(chǎn)品，具有一般金屬所不能達(dá)到的耐磨、耐酸和耐堿性能，耐磨強(qiáng)度比鋼鐵大15～20倍，耐酸度除氫氟酸外能達(dá)到99%，耐堿度達(dá)98%以上，該方案有效避免了原料混合過(guò)程中游離鐵的帶入，使用效果良好。同時(shí)在斗式提升機(jī)、儲(chǔ)料倉(cāng)等現(xiàn)場(chǎng)輸送儲(chǔ)存設(shè)備的選型和選材方面作了改進(jìn)，多方面有效地避免了游離鐵的引入。

2.熔窯系統(tǒng)技術(shù)方案。熔化區(qū)采用重油加熱，冷卻部、通路采用天然氣和液化氣，火焰方式為馬蹄焰，根據(jù)熔窯的不同位置，選用相應(yīng)的耐火材料砌筑，整個(gè)熔化系統(tǒng)由儀表實(shí)現(xiàn)PID全自動(dòng)控制。熔化部火焰區(qū)壁用41#氧化法電熔鋯剛玉磚，冷卻部池壁用33#氧化法電熔鋯剛玉磚，以延長(zhǎng)窯齡。熔化部大碹用優(yōu)質(zhì)硅磚。蓄熱室格子體選用堿性磚和高密度高鋁磚。采用編藍(lán)式碼放，提高蓄熱能力。熔窯本體各部位采用優(yōu)質(zhì)的耐火材料。

3.壓延系統(tǒng)技術(shù)方案。玻璃液從熔窯尾端溢流口溢出后，經(jīng)溢流格和托磚流到壓延機(jī)的上下壓延輥間，壓延輥中間通冷卻水，使流經(jīng)上下壓延輥間的玻璃液迅速冷卻，由液態(tài)變成塑性狀態(tài)，當(dāng)玻璃從正在轉(zhuǎn)動(dòng)的上下壓輥的間隙出來(lái)時(shí)，形成所要求厚度的玻璃板。壓延輥與玻璃帶之間的摩擦為使玻璃帶運(yùn)動(dòng)，出壓輥的玻璃帶經(jīng)過(guò)托板水箱的冷卻和托輥的拖動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)活動(dòng)輥道進(jìn)入連續(xù)退火窯中退火。

筆者公司采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的SZKJ-2200型玻璃壓延機(jī)，該設(shè)備獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局四項(xiàng)專(zhuān)利，各項(xiàng)性能均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

4.退火窯系統(tǒng)技術(shù)方案。采用全鋼全電結(jié)構(gòu)退火窯，各區(qū)溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

5.冷卻切割技術(shù)方案。采用全電腦、自設(shè)自控切割機(jī)，確保精度。冷端主線(xiàn)設(shè)置主線(xiàn)輸送輥道、發(fā)訊裝置、一臺(tái)縱切機(jī)、一臺(tái)橫切機(jī)、掰斷、加速輥道、人工掰邊、清風(fēng)吹掃裝置及氣墊桌，采用人工抬板。

6.精切技術(shù)方案。采用全電腦、自設(shè)自控切割機(jī)，確保精度，再經(jīng)過(guò)精確的磨邊加工，制成所需的毛坯產(chǎn)品。

7.全自動(dòng)鋼化方案。采用國(guó)際最先進(jìn)的全電腦控制、全自動(dòng)連續(xù)鋼化爐進(jìn)行最先進(jìn)的5mm以下鋼化處理，制成符合需要的太陽(yáng)能板材料。

8.檢驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)方案。采用在線(xiàn)透光率檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)控制。

二、主要研究?jī)?nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

1.物料配方的創(chuàng)新有效降低了鐵的引入。玻璃液中鐵含量的高低是影響透光率的主要因素，鐵含量越低，透過(guò)率越高。在研制過(guò)程中，降低鐵含量是主要技術(shù)研制課題。在原料選用上，采用了高純石英砂、純堿、碳酸鉀、硝酸鉀等精細(xì)化工原料占主要成分的原料選用制度。石英砂經(jīng)酸洗后，鐵含量控制在了25PPm以下，其他精細(xì)化工原料中鐵含量<0.001%。在原料配比過(guò)程中，為杜絕原料接觸鐵器而增加鐵含量，對(duì)所有原料進(jìn)行了內(nèi)外袋包裝，配料工具全部采用鋁制品，窯頭、料倉(cāng)、投料機(jī)全部以不銹鋼為材質(zhì)，混合機(jī)內(nèi)、原料料倉(cāng)及各種運(yùn)料工具均采用鋁制品包裹，有效杜絕了原料與鐵直接接觸。

2.多點(diǎn)溫度控制技術(shù)的創(chuàng)新保證了溫度制度的精細(xì)控制。新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）生產(chǎn)中影響玻璃液流的關(guān)鍵溫度點(diǎn)為料毯溫度、熱點(diǎn)溫度、冷卻部池底溫度等，它們直接影響熔化澄清效果，玻璃液流的穩(wěn)定以及下道工序的溫度。筆者公司最終采用以單獨(dú)的熱點(diǎn)碹頂溫度作為控制的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)的玻璃液流溫度，探索出各溫度點(diǎn)的變化規(guī)律、影響程度以及溫度變化時(shí)各點(diǎn)之間的關(guān)系，準(zhǔn)確給出校正因子并帶入控制系統(tǒng)，既有效保證了正常作業(yè)條件下溫度制度的精細(xì)控制，也保證了生產(chǎn)過(guò)程中熔窯各關(guān)鍵溫度點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定。

3.窯爐結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)徹底解決了玻璃液的污染問(wèn)題。為了保證液流的穩(wěn)定與否，需要在窯爐內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)特殊的阻擋液流裝置，統(tǒng)稱(chēng)為窯坎。而窯坎位置和高度確定的合適與否，會(huì)直接影響到玻璃液流的穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)窯坎不同位置的速度場(chǎng)窯坎距池底400mm、700mm、1000mm等不同高度的速度場(chǎng)，有無(wú)窯坎的溫度場(chǎng)對(duì)比進(jìn)行了反復(fù)的模擬試驗(yàn)，最終將窯坎位置選擇在碹頂熱點(diǎn)面，窯坎高度為720mm，起到了降低池底溫度、削弱環(huán)流的回流速度，從而穩(wěn)定液流的作用。在玻璃液熔化過(guò)程中，通常因換火造成油品煅燒不完全，未燃燒完全的洞口殘質(zhì)會(huì)附著于玻璃液表面而造成玻璃液污染，對(duì)玻璃成品的透過(guò)度影響很大。為解決這一問(wèn)題，考慮采用在窯爐澄清部前端設(shè)置隔墻的做法。將隔墻設(shè)計(jì)為33#AZS無(wú)縮孔電熔磚隔墻，改傳統(tǒng)的直通式為45°傾斜半透熱式隔墻，玻璃液通過(guò)隔墻時(shí)因受阻力較大形成環(huán)流，經(jīng)過(guò)濾后再進(jìn)澄清部，從而徹底解決了玻璃液污染的問(wèn)題。

4.采用玻璃液面智能測(cè)控系統(tǒng)控制技術(shù)，有效抑制了液面波動(dòng)。為了有效減少玻璃液面波動(dòng)，在研發(fā)過(guò)程中，采用了目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的玻璃液面智能測(cè)控系統(tǒng)控制技術(shù)，通過(guò)影像控制系統(tǒng)控制玻璃液面的高度。如液面波動(dòng)超出設(shè)定要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)加料。高科技玻璃液面智能測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用，有效地抑制了液面的波動(dòng)。

5.自主研發(fā)正六角和正四角形花紋，有效地抑制了太陽(yáng)光的反射，比超白、高透過(guò)度玻璃陽(yáng)光接受率高出2個(gè)百分點(diǎn)，透光率達(dá)到92%以上；科學(xué)的物料配方，增強(qiáng)了產(chǎn)品的強(qiáng)度和柔韌度，使用壽命可達(dá)30年以上。

6.變頻器備用供電系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)：在市電電壓大幅波動(dòng)、瞬間停電的情況下能正常不間斷工作，從而大幅度地減少停機(jī)造成的大量直接損失及間接損失。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，采用一種備用電源，其特征在于，正常條件下系統(tǒng)的測(cè)控有兩路獨(dú)立的電源，一路由交流市電供電，正常運(yùn)行系統(tǒng)由它供電，另一路由直流供電母線(xiàn)電壓經(jīng)DC/DC模塊供電，正常運(yùn)行該系統(tǒng)處于零負(fù)荷狀態(tài)。直流供電由4個(gè)系統(tǒng)組成，包括：蓄電池組系統(tǒng)的儲(chǔ)能元件、自動(dòng)化智能充電及電池組管理系統(tǒng)、系統(tǒng)測(cè)控、系統(tǒng)配電。

根據(jù)變頻器工作原理：交流變直流，直流變交流，將備用直流電源接到變頻器中直流變交流系統(tǒng)。在直流供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)數(shù)個(gè)高頻充電器并行向電池組實(shí)施浮充電，測(cè)控系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)并在HMI上動(dòng)態(tài)顯示各參數(shù)。

7.自主研究用1Cr18Ni9Ti材料制作水箱式托磚架，解決了新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）生產(chǎn)過(guò)程中托磚斷裂的現(xiàn)象，使生產(chǎn)規(guī)格不受任何限制，也使筆者公司成為國(guó)內(nèi)唯一的一家生產(chǎn)1000mm以上規(guī)格太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）的單位。

玻璃壓延機(jī)在生產(chǎn)普通壓花玻璃領(lǐng)域內(nèi)，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是在生產(chǎn)新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）的過(guò)程中，存在著一種致命的缺陷，就是其前面的托磚容易斷裂。由于新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）的透明度非常高，托磚斷裂后在玻璃表面上產(chǎn)生一種暗印，甚至是一道明線(xiàn)，好像玻璃刀拉過(guò)一樣，嚴(yán)重影響玻璃的質(zhì)量?，F(xiàn)在各低鐵、超白玻璃生產(chǎn)線(xiàn)全部存在這種問(wèn)題，都在集中物力、人力解決，甚至走進(jìn)了很多誤區(qū)，有的在托磚上作文章，黏土磚不行，換硅線(xiàn)石磚，再不行換莫來(lái)石磚，結(jié)果投入不小，沒(méi)有結(jié)果，而且經(jīng)常試磚造成了生產(chǎn)不正常。另一種情況由于低鐵超白玻璃液黏性較大，在生產(chǎn)3.2mm玻璃時(shí)壓不下去，甚至出現(xiàn)將上部壓緊螺栓拉斷的現(xiàn)象。我們組織技術(shù)人員全面分析原因，從包括唇磚用各種耐火材料性能、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境以及熱膨脹因素等方面入手，最后確定此缺陷的產(chǎn)生原因?yàn)榇酱u架變形所致。然后組織相關(guān)技術(shù)人員針對(duì)原因，對(duì)原有的唇磚進(jìn)行了改造，通過(guò)改變冷卻方式為水冷和更改關(guān)鍵部位截面形狀，從根本上解決了唇磚斷裂的發(fā)生，用該工藝改造的壓延機(jī)使用任何一種唇磚均不斷裂，從而使生產(chǎn)板面的幅面不受限制。

三、技術(shù)成熟度

筆者公司與中國(guó)凱盛公司合作就窯爐熔化、成型、退火、原料系統(tǒng)結(jié)合超白玻璃特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一套能夠滿(mǎn)足新型太陽(yáng)能光伏玻璃（超白玻璃）生產(chǎn)的獨(dú)特工藝。原料系統(tǒng)采用PLC控制，保證了配料精度；熔窯采用重油作為燃燒介質(zhì)以馬蹄焰作為燃燒方式，并在熔窯內(nèi)腔設(shè)置特殊的玻璃液隔墻裝置，有效解決了玻璃液均化問(wèn)題；成型采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的具有四項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)的壓延機(jī)，在生產(chǎn)過(guò)程中又根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)需要，采用了穿管式冷卻和對(duì)唇磚托架結(jié)構(gòu)的改造，保證了板面的平整和規(guī)格精度，以上技術(shù)使筆者公司成國(guó)內(nèi)唯一的一家生產(chǎn)1000mm以上規(guī)格玻璃的單位；同時(shí)解決了國(guó)內(nèi)壓延生產(chǎn)的超技術(shù)難題（改進(jìn)了因壓延生產(chǎn)托磚斷裂造成生產(chǎn)規(guī)格的局限性），在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出了適合筆者公司生產(chǎn)技術(shù)要求的一整套科學(xué)合理的退火工藝，保證了玻璃板的退火質(zhì)量，并對(duì)切裝工段實(shí)施在線(xiàn)檢測(cè)。經(jīng)過(guò)半年多的生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)、外組件業(yè)的要求，在成本和質(zhì)量方占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，環(huán)保達(dá)標(biāo)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

四、同類(lèi)產(chǎn)品試驗(yàn)比較

筆者公司產(chǎn)品面市后，通過(guò)國(guó)家石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足組件業(yè)要求，通過(guò)國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的性能試驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于同行先進(jìn)企業(yè)，具體對(duì)比如下：

測(cè)試材料：A：河南思可達(dá)3月27日新型太陽(yáng)能光伏玻璃1574×802×3.2（mm3）。

B：河南思可達(dá)4月7日鋼化鍍膜玻璃1574×802×3.2（mm3）。

C：常熟幸福鋼化的耀皮玻璃1574×802×3.2（mm3）。

1.儀器測(cè)試。測(cè)試方法:將一標(biāo)準(zhǔn)組件放置于上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所JD-10型太陽(yáng)能電池組件測(cè)試儀上，然后分別將A、C放置于測(cè)試儀和組件中間進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示A、C輸出功率分別為160.99W和164.03W。

測(cè)試結(jié)果表明A沒(méi)有C的效果好。

2.做組件測(cè)試。

（1）將5片B和5片C用隨機(jī)抽取的電池片做成10個(gè)組件，然后在上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所JD-10型太陽(yáng)能電池組件測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示用B做成的組件的平均輸出功率為187.01W，用C做成的組件的平均輸出功率為184.01W。

測(cè)試結(jié)果表明B比C的效果好。

（2）將3片A、3片B和3片C用隨機(jī)抽取的電池片做成9個(gè)組件，然后在上海交通大學(xué)太陽(yáng)能研究所JD-10型太陽(yáng)能電池組件測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示用A做成的組件的平均輸出功率為181.09W，用B做成的組件的平均輸出功率為182.53W，用C做成的組件的平均輸出功率為178.09W。

測(cè)試結(jié)果表明B比A的效果好、A比C的效果好。