安鋼 秦新鋒 宋學文 張建禮

（陸軍裝備部駐北京地區(qū)軍代局駐秦皇島地區(qū)軍代室 秦皇島 066000）

0 引言

隨著科學技術的發(fā)展和人民生活水平的提高，建筑玻璃的功能越來越多，不但要滿足采光的要求，還要有調節(jié)光線、保溫隔熱、安全、藝術裝飾，光電和光熱轉換等特性，是水泥和鋼材之后的第三大建筑材料。

超白玻璃在生產制造中要求將氧化鐵含量降低到0.015%以下，一般控制在0.012%左右，玻璃透光率在91.5%以上，產品具有功能多、晶瑩剔透、高檔典雅，是一種高檔的新型玻璃品種，在建筑物應用上具有自然、通透、前衛(wèi)的藝術效果，廣泛用于高級建筑物內外裝修（門窗、隔斷、幕墻等）。隨著太陽能光伏產業(yè)的發(fā)展，超白玻璃應用會更加廣泛。

1 超白玻璃的應用

1.1 超白玻璃種類及應用

超白玻璃分為超白壓延玻璃和超白浮法玻璃，主要應用如圖1所示。

圖1 超白玻璃的主要應用

在太陽能電池行業(yè)應用如圖2所示。

圖2 太陽能電池行業(yè)對超白玻璃的應用

1.2 超白壓延玻璃

超白壓延玻璃作為多晶硅電池的封裝面板應用于太陽能電池的制造。為了確保封裝玻璃的技術要求和太陽能轉換效率，玻璃成型時要利用壓延工藝，使表面產生絨面和布面雙面結合的圖案，為有效提高太陽能透過率，還可以進行離線或在線鍍減反膜。超白壓延玻璃厚度為2～6 mm，常規(guī)厚度3.2 mm，大量用于各種太陽能電池用封裝玻璃、電池基板中的光電幕墻用玻璃、太陽能光熱能轉換裝置用玻璃。

1.3 超白浮法玻璃

除透光率外，超白浮法玻璃的物理性能和普通浮法玻璃基本一樣，可以進行各種深加工，如鋼化、彎曲、夾膠、中空裝配等。由于透光率非常高，超白玻璃的視覺性能特別優(yōu)越，極大地提高其加工玻璃功能和裝飾效果，成為技術含量相對較高的尖端產品。在太陽能電池制造領域，超白浮法玻璃主要應用于非晶硅太陽能薄膜電池的制作。

1.4 超白玻璃的發(fā)展及市場應用情況

我國首條超白浮法玻璃生產線由金晶集團于2005年建成投產。截止到2011年，我國擁有8條超白浮法玻璃生產線，總的生產能力達到4 150 t/d，合24 104萬m2。首條超白壓延玻璃生產線由南玻集團于2007年在東莞建成投產。截止到2011年我國就建成了87條超白壓延玻璃生產線，總的生產能力達到11 560 t/d，合18 062.5萬m2。表1為2005—2010年我國超白玻璃消費情況匯總。從表1中可以看出，超白壓延玻璃主要應用于光伏產業(yè)，而超白浮法玻璃在光伏產業(yè)中卻應用很少。

表1 2005—2010年我國超白玻璃消費情況匯總 單位：萬m 2

2 超白玻璃生產工藝

2.1 超白玻璃組成及生產工藝流程

超白壓延玻璃生產線規(guī)模一般為100～500 t/d，龍頭企業(yè)的生產線規(guī)模有的已經達到650～1 200 t/d，根據熔化量大小可設計成一窯一線至一窯六線。超白浮法玻璃生產線規(guī)模一般為300～1 000 t/d，玻璃組成要求如表2所示。

表2 超白玻璃組成要求

超白壓延玻璃工藝流程為：

原片生產：配料→熔制→澄清→壓制成型→退火→切割→半成品檢驗→半成品包裝→半成品庫

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

超白浮法玻璃工藝流程：

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

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

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

2.2 超白玻璃配料中的微鐵控制過程

超白玻璃用原料各指標比普通玻璃生產有更嚴格的要求，主要是鐵含量指標最為嚴格。料方設計和原材料的選用是一個重要的環(huán)節(jié)，從高透過率出發(fā)，玻璃成分中盡可能避免鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鈰、鏷、釹等過渡元素的引入，避免引起可見光的選擇性吸收而使玻璃著色。配合料制備過程要防止二次鐵污染，原料及配合料的料倉、輸送、稱量和混合設備關鍵部位要有防止鐵污染的優(yōu)化設計，在配料過程中采用先進的除鐵手段，以最大限度清除原料及配合料中的鐵雜質。

2.3 熔化過程要求

（1）降低熔化率，提高熔化質量

由于超白玻璃成分中SiO2含量較高，僅次于石英玻璃，熔化溫度要求較高。為了保證優(yōu)質的玻璃質量，一方面要提高熔化溫度，另一方面就是降低出料量。但過高的熔化溫度對窯爐有侵蝕作用，造成玻璃中混入耐火材料的成份，降低窯爐壽命，所以降低出料量是提高超白玻璃熔化質量比較有效的辦法，其熔化率是普通玻璃的50%左右。

（2）通過科學的熔化操作提高玻璃白度

為了提高玻璃的白度，熔窯燃燒要完全調整為氧化性氣氛，防止玻璃熔化過程中的SOX還原硫化物后產生硫化鐵，從而降低玻璃的白度?？梢栽诨旌狭现邪幢壤砑咏逛R酸鈉澄清劑，既能提高玻璃熔化過程的澄清效果，還能增加玻璃的白度。燃料的成分也要進行控制，不然會造成料色的影響。

（3）強化玻璃熔化過程的澄清

超白玻璃液的導熱系數高，熔窯池深方向上溫度梯度小，玻璃液的澄清非常困難，微氣泡難以排出，熔窯的池底溫度越高，產生的微氣泡會越多，對玻璃產品成品率影響特別大。必須采取有效的技術措施來強化玻璃液的澄清，要求配合料中添加高效的玻璃澄清劑，熔化操作中適當增加玻璃液的澄清區(qū)域等。在窯爐設計上可以采用池底鼓泡技術、電助熔、窯坎等輔助技術。

3 制定標準，提高質量

通過制定統(tǒng)一標準，太陽能電池行業(yè)用超白玻璃生產才會有一個良好的發(fā)展和規(guī)范。企業(yè)可以用標準來衡量自己的產品，以采取措施，提高產品質量。2006年開始編制《太陽電池用玻璃》行業(yè)標準，2010年6月1日實施。2007年開始制定《超白浮法玻璃》行業(yè)標準，2013年6月1日實施。近幾年來，中國光伏產業(yè)已經從生產大國轉變?yōu)閼么髧?，產業(yè)發(fā)展環(huán)境不斷向好，產業(yè)規(guī)模持續(xù)增大，需要既能夠滿足光伏玻璃行業(yè)生產需要，同時要生產出適合于光伏產業(yè)應用的光伏玻璃產品，用標準來推動行業(yè)健康發(fā)展，亟需完善相關標準體系。2017年編制了《全氧燃燒超白壓花玻璃單位產品能源消耗限額》標準，通過標準將全氧燃燒技術在光伏玻璃行業(yè)中發(fā)展及推廣，這是中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會太陽能材料方面第一個團體標準。2019年6月4日，《超白壓花光伏玻璃》團體標準討論會在上海召開，以解決原有產品標準之間的協(xié)調性以及光伏背板等新產品沒有標準的問題。2020年8月28日，《晶硅光伏組件用材料 第1部分：面板玻璃、第2部分：背板玻璃》兩部分團體標準審查會在江蘇宜興召開，應對光伏雙玻組件的發(fā)展，通過標準、法規(guī)、監(jiān)督檢查進行規(guī)范。2020年8月29日上午，《晶硅光伏組件用玻璃標準尺寸》團體標準討論會在江蘇宜興召開，用于解決光伏玻璃尺寸過多的問題。

多年來，光伏產業(yè)保持了快速發(fā)展，在發(fā)展中也積累了很多問題，推動太陽能材料行業(yè)生產標準化，提高產品質量，引領和規(guī)范行業(yè)健康發(fā)展，才能更好地滿足新能源產業(yè)發(fā)展的需要。

4 超白玻璃發(fā)展現(xiàn)狀分析

4.1 超白玻璃發(fā)展過程

隨著國際光伏行業(yè)的發(fā)展，再加上國際光伏組件制造中心逐漸向中國轉移，我國超白壓延玻璃的生產自2006年以來發(fā)展迅速。2010年歐洲出現(xiàn)光伏需求劇增，國內超白壓延玻璃出現(xiàn)供不應求狀況，并且玻璃價格上漲很快，國內廠商產能擴建熱情開始高漲，產能已經躍居世界第一位，2011年下半年或2012年，隨著規(guī)劃的每天5 340 t產能全部投產，超白壓延玻璃供不應求的情況開始逐步緩解，出現(xiàn)了價格競爭的形勢。

2017年，中國光伏裝機總量創(chuàng)歷史的達到了53.5 GW，光伏行業(yè)成了資本和企業(yè)爭相進入的火熱領域，國家用補貼政策助力光伏產業(yè)的缺口逐漸暴露。2018年國家相關部門發(fā)布了“531光伏新政”，明確加快光伏發(fā)電補貼退坡，降低補貼強度，從此光伏行業(yè)形勢一落千丈。中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會組織生產企業(yè)參加座談會、企業(yè)領導峰會，在超白光伏玻璃當前產能過剩、庫存增加，價格已低于行業(yè)平均成本，對企業(yè)減產、限產、提質增效、實施有效供給方面達成共識。

國家能源局在2018年年底召開的太陽能發(fā)展“十三五”中期評估成果座談會中，對531新政進行了糾偏，經過近半年的醞釀和調整終于出臺530政策。2019年530新政為光伏企業(yè)帶來利好，全球新增裝機保持平穩(wěn)增長，光伏玻璃開始出現(xiàn)供給緊缺局面。由于行業(yè)資源緊缺，環(huán)保壓力加大，光伏行業(yè)達成了制止低價傾銷、加強質量管理、防范商務風險、促進產業(yè)鏈融合發(fā)展等共識。

隨著多年的發(fā)展，光伏行業(yè)經歷了技術提升、價格波動、政策變動等因素的磨礪，已經逐漸形成生產區(qū)域集中和規(guī)模集中的格局。通過技術引進和研發(fā)，逐漸打破國外企業(yè)在光伏玻璃行業(yè)的壟斷，充分利用國內成本優(yōu)勢，扭轉了光伏玻璃依賴進口的局面，實現(xiàn)了從依賴進口到替代進口的轉變，國內大型企業(yè)也開始在國外建廠，截至2019年，中國已經成為光伏玻璃的最大出口國，表3為2011—2019年光伏玻璃產量情況。2020年以來光伏玻璃漲勢迅猛，在國內疫情已逐步控制，生產生活逐步恢復正常的情況下，光伏裝機需求被逐漸釋放，光伏玻璃價格持續(xù)上漲，由于光伏玻璃擴產速度遠不及太陽能組件，在2020年四季度已經凸顯出光伏玻璃的供應短板問題。

表3 2011—2019年光伏玻璃產量情況

4.2 太陽能晶硅電池的發(fā)展拉動超白壓延玻璃的需求

在光伏建筑一體化中，超白玻璃大量應用于太陽能電池的封裝玻璃。太陽能電池主要包括晶硅電池和非晶硅電池，超白壓延玻璃應用于晶硅電池，而超白浮法玻璃應用于薄膜電池。隨著晶硅技術的發(fā)展，我國已經研發(fā)出超薄柔性晶體硅電池技術，晶硅產品柔韌度更高、彎曲度更大，同時色彩更多樣化，充分滿足了建筑設計師對色彩、規(guī)格、版型等方面的美學要求。晶硅電池和薄膜電池在轉換效率、產品可靠性、總的成本優(yōu)勢上，晶硅要遠遠優(yōu)于薄膜。而從產品外觀、市場占有率、弱光發(fā)電性能、弧形應用等方面，薄膜目前還保持一定優(yōu)勢。表4為晶硅電池和薄膜電池性能對比。

表4 晶硅電池和薄膜電池性能對比

近年來，我國光伏企業(yè)積極開發(fā)與建筑結合的新產品、新技術，在太陽能晶硅電池技術及應用方面得到飛速發(fā)展。在光伏市場中，晶硅電池是我國太陽能電池的主導產品，超白壓延玻璃作為太陽能晶硅電池的封裝玻璃，有著絕對的市場需求。全球晶體硅電池和薄膜電池產量占比見表5。

表5 全球晶體硅電池和薄膜電池產量占比

4.3 超白玻璃生產難度大，門檻高

（1）普通玻璃制造企業(yè)難以進入超白玻璃行業(yè)

超白玻璃最重要的特性就是太陽光的高透過率，還要有外力和熱應力較高的機械強度。目前廣泛應用的超白鋼化玻璃還有一定的自爆率，如果鋼化后的光伏玻璃在光伏組件上自爆，將造成光伏組件的致命破壞，損失價值較大，降低鋼化玻璃的自爆率和杜絕玻璃自爆成為超白玻璃的關鍵技術。另外，超白玻璃還要有一定的耐腐蝕性能和耐高溫性能。

超白玻璃由于科技含量高，生產難度大，國際上玻璃巨頭為了壟斷市場，采取技術封鎖和限產的營銷模式，使超白玻璃生產進入門檻較高。超白玻璃和普通玻璃生產從技術上差別很大，其生產線建制、管理模式和工藝參數均不相同，這就使得普通玻璃生產企業(yè)難以進入光伏玻璃行業(yè)。

（2）認證程序繁雜，要求高

在國際上，超白玻璃需要通過認證程序。出口歐盟、美國、日本的光伏組件必須取得當地的產品質量認證，更換封裝玻璃必須重新進行認證，周期較長、成本高，因此光伏組件企業(yè)和超白玻璃供應商需要穩(wěn)定的合作關系。

（3）品牌的忠誠度要求高

光伏組件企業(yè)對于光伏玻璃的質量穩(wěn)定性、供貨及時性和售后服務都有嚴格的要求，進入供應商名錄須經過0.5～1年的評審、測試和使用環(huán)節(jié)，客戶對品牌的忠誠度要求高。

（4）企業(yè)規(guī)?；偁巸?yōu)勢

目前光伏玻璃行業(yè)已經形成規(guī)模化的競爭格局，規(guī)模較大的企業(yè)才能在產品的質量、供應和價格方面贏得市場競爭，小規(guī)模的生產企業(yè)很難在這種市場競爭環(huán)境中獲得優(yōu)勢。光伏玻璃生產項目的建設需要投入大量資金，包括但不限于生產設備成本、原材料存儲、環(huán)保費用開支及銷售費用開支等。2019年我國光伏玻璃市場份額占比，信義光能占比38%，福萊特占比24%，兩家合計市場份額占比超過60%，形成了雙寡頭的局面。

4.4 光伏玻璃產能擴張

近日來，超白壓延玻璃持續(xù)短缺，組件成本壓力大，雖然價格暴漲，但依然采購困難，基本處于有價無量的態(tài)勢，玻璃的供應短缺也制約組件廠的生產秩序，部分組件廠出現(xiàn)小幅下調開工率的情況。緊俏的供應下，不斷走高的價格，讓超白壓延玻璃成為近期市場熱議的焦點。

2020年我國光伏玻璃的產能27 423 t/d，但需求量為31 702 t/d，兩者存在4 279 t/d的產能缺口。有需求，當然就會有新產能，有光伏企業(yè)正在抓住時機加大玻璃產能擴張，8月底前已建成4條光伏玻璃生產線，另一家光伏企業(yè)2017年開始投資50億元自建光伏玻璃產能基地，鳳陽硅谷光伏玻璃原片一期投產，二期和三期正在緊鑼密鼓地建設。據不完全統(tǒng)計，目前與光伏玻璃生產有關的在建、擬建項目共19項，預算總規(guī)模超170億元。隨著光伏技術的發(fā)展，2019年以來雙面組件占比越來越多，雙面雙玻的滲透率不斷提高也促進了光伏玻璃市場的不斷增大。

5 結語

光伏能源具有無污染、無噪聲、維護成本低、使用壽命長等優(yōu)點，目前已經成為全球一致認可的重要可再生能源，成為未來電力發(fā)展的主要方向。在我國，光伏發(fā)電規(guī)模逐漸擴大，逐漸形成東中西部共同發(fā)展，與農業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、生態(tài)治理等各種產業(yè)進行融合，已經實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。光伏玻璃是光伏組件的關鍵部件，從而帶動了光伏玻璃行業(yè)的發(fā)展。長遠來看，在國家太陽能長遠發(fā)展規(guī)劃的指導下，光伏行業(yè)的發(fā)展預期將趨于穩(wěn)定，光伏超白玻璃將更為健康、可持續(xù)的發(fā)展。