超薄压延光伏玻璃生产工艺探讨

张平威

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

0 引言

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，绿色能源替代传统石化能源的需求不断增长，太阳能发电是绿色能源替代一种重要的方式。太阳能无污染、可再生，易于获取且安全，采用太阳能发电的方式有光热、光电及光化学的直接转换［1］，其中依靠太阳能光电转换实现发电的太阳能光伏发电具有安全性能高、环境设置好及转换效率较高等优点，且随着太阳能光伏发电成本持续降低，平价上网指日可待，太阳能光伏发电将成为我国重要的能源结构改革方向，产业规模将持续扩大。

光伏玻璃是太阳能光伏发电组件必不可少的关键材料，通常选择具有透光性、耐候性好等优点的压延玻璃，光伏玻璃的质量直接影响太阳能光伏发电组件的性能和寿命，对太阳能光伏发电起到重要的作用。光伏建筑一体化快速发展应用促使太阳能光伏发电组件向轻量化、薄型化发展，有效地提高组件的安装效率及减轻建筑的承重。压延光伏玻璃的厚度也从3.2 mm、2.5 mm逐渐向2.0 mm及以下过渡，尤其太阳能光伏发电中的双玻组件以发电效率高、寿命长、易于建筑集成等优异性能被市场认可。据中国光伏行业协会分析预测，2025年双玻组件渗透率将达到60%，成为太阳能光伏发电组件市场的主流产品，会对压延玻璃尤其是超薄压延玻璃的需求量大幅提升。

压延光伏玻璃厚度逐渐向薄型化发展，其生产中要面临较多问题的挑战，为了提高超薄压延玻璃的产品质量，研发的新材料、新技术也快速应用。本文以新建设的超薄压延光伏玻璃生产线项目为例，对相关技术方案中的工艺等进行分析探索。

1 超薄压延光伏玻璃项目建设要求

新建设的超薄压延光伏玻璃生产线项目为1200 t/d光伏玻璃基片生产线并配套建设深加工生产线，产品包含1.5～2.5 mm厚度的压延玻璃，主要用于光伏电池的封装材料，项目建设过程中要满足以下的要求：

（1）项目建设贯彻循环经济、清洁生产和发展绿色环保型产业的理念。

（2）项目建设采用成熟可靠、先进合理的技术方案，积极稳妥地选用新技术、新设备、新材料，确保能生产出满足国家标准的优质太阳能光伏电池封装材料。

2 超薄压延光伏玻璃项目新技术应用

压延光伏玻璃的强度和透过率决定着光伏组件的寿命和发电效率，玻璃透过率可以通过控制玻璃原料中的氧化铁含量来实现，但随着压延玻璃厚度的降低，玻璃的强度也会快速下降，严重影响光伏组件的寿命，通常生产企业会增加钠钙硅玻璃组分中的氧化铝含量来提高强度，但这会造成玻璃液的黏度增加，熔化澄清难度加大，同时玻璃厚度的降低，压延成形及退火的难度也相应增加，需要各个工艺环节进行技术创新，提高生产效率及产品质量。

2.1 关键工艺

2.1.1 熔化

由于压延光伏玻璃中氧化铁含量低，玻璃液透热性好，在熔化澄清过程中，造成玻璃液表面和底部温差小，垂直方向难以形成对流，致使玻璃液澄清困难。当压延玻璃产品厚度在2.0 mm以下时，玻璃中的微气泡缺陷对产品影响较大，严重限制了超薄压延光伏玻璃产品质量的提高［2］，熔化澄清的技术研究创新从熔窑设计及澄清剂两个方面进行改进。

熔窑设计方面，白乾坤［3］研究了高透热玻璃液多级澄清高效熔窑结构，采用分级汇流熔窑结构，降低“滞留”玻璃液，使玻璃液充分澄清均化，澄清率可高达82.5%以上。熔窑池底结构为多台阶设计，将卡脖的入口窑底设成抬升式斜底，限制玻璃液进入卡脖后的回流，延长了澄清带玻璃液的停留时间，有利于玻璃中微气泡的逸出，提高玻璃液的澄清质量。彭寿等［4］研究了窄卡脖限流调温技术的应用可大幅提高澄清带玻璃液表层温度，进一步提高澄清率。为保证玻璃液的澄清质量，有助于玻璃澄清的技术，在熔窑设计时也考虑池底鼓泡技术［5］。复合澄清剂的使用也是一种有效的提高澄清质量的方法。压延玻璃的澄清剂一般选择锑酸盐如三氧化二锑、焦锑酸钠等，配合硝酸盐和硫酸盐组成复合澄清剂使用，取得了较好的澄清效果，但澄清剂的成本相对较高且锑酸盐会对环境造成污染。官敏等［6］研发了高CeO2含量的环境友好型复合澄清剂，大幅度降低微气泡缺陷，同时也不影响压延玻璃透过率。

超薄压延光伏玻璃项目熔化澄清技术方案中采用多级澄清高效熔窑结构，池底设计采用多台阶结构，选择高CeO2复合澄清剂，提高超薄压延光伏玻璃的熔化澄清质量。

2.1.2 压延成形

超薄压延光伏玻璃采用压延机组进行成形，成型机由上下压辊、水冷系统、过渡辊台及传动装置、控制系统等组成，要实现超薄玻璃的成形厚度需要保证成形时玻璃液溢流口的横向温差小，通过压延辊压力的调整实现。超薄压延玻璃在成形过程中不仅要控制其厚薄差，同时也要控制压花和压纹的质量，以满足设计的透过率要求。章寅［7］采用立体多级差速智能控制技术及智能化远程闭环控制系统，通过精准控制压延辊和接应辊的多级速差调节拉薄量，可实现超薄压延玻璃的纵向厚薄差精度±0.08 mm。为实现超薄压延玻璃的成形厚度，采用成套的反馈式高压压延工艺，采用自加压压力系统进行压力控制，实现高压条件下辊压的精确调整；压延辊内部设计了多腔体式分水芯，提高了辊体的冷却强度；在压延辊、接应辊和过渡辊采用水冷的基础上，增加了风冷系统，且该系统采用横向分区，精确调节玻璃板横向温差。苏从含［8］认为要达到超薄压延玻璃的技术指标，要充分考虑压延玻璃的成形玻璃液温度、压杆压力、拉引速度。生产时要提高玻璃的成形温度，增大压延机系统压力，加大压延机辊内冷却水的进水量，压速比要达到40以上。采用成套的反馈式高压压延工艺，已成功生产出世界最薄的1.5 mm超薄压延玻璃。

2.1.3 退火

超薄压延玻璃通过退火消除暂时应力，减少原片切割时的缺陷问题，提高产品质量。由于在进行超薄压延玻璃生产时，玻璃带的拉引速度快，与较厚的压延玻璃退火设计相比，其A区需要加大风机功率，才可满足超薄压延玻璃退火的需要。由于超薄压延玻璃厚度较薄，在退火时要实施分段控温，采用立体网状温控退火技术，可以实现温度精确控制在±0.5 ℃范围内，有效解决了横向温差分布不均的问题；低变形传输技术的应用，设计多级变速传输及全承载支撑技术，据生产统计最终实现超薄光伏玻璃板弓形弯曲度降低至0.18%，产品良率提升5%以上［6］。

超薄压延光伏玻璃项目退火技术方案采用立体网状温控退火技术和低变形传输技术，实现超薄压延玻璃的退火。通过对熔化澄清、压延成形及退火工艺的改进及提升，最终实现超薄压延光伏玻璃的生产产品质量提升，提高了生产效率，降低了生产成本。

2.2 节能环保技术应用

玻璃行业由高能耗、高污染逐渐向绿色化方向发展，更加注重可持续发展和环保问题，超薄压延光伏玻璃项目加强对生产工艺、装备技术的改进和更新，降低生产中产生的能耗消耗和废气排放，保障生产过程中对环境保护的合规性。

2.2.1 节能技术

超薄压延光伏玻璃生产线的节能技术方案从熔窑节能及余热发电的利用两个方面进行。

玻璃熔窑是超薄压延光伏玻璃生产线能耗消耗最大的环节，约占90%以上，熔窑的节能技术一直是研究的重点。该项目采用红外高辐射节能涂料技术和新型梯度复合保温节能技术进行设计。采用红外高辐射节能涂料技术可实现熔窑内表面发射率从0.4提高到0.9以上，实现2%～10%的节能；采用新型梯度复合保温节能技术，选用多层保温材料与梯度保温技术相结合，有效解决传统保温开裂、空腔等问题，节能效率大于5%。

该项目技术方案中设计了余热发电技术，并与脱硫脱硝一体化运行，同时利用厂房的屋顶资源，建设光伏电站，经测算，采取余热发电及光伏发电等措施后单位产品综合能耗210.32 kgce/t。

2.2.2 大气污染物协同深度治理技术

超薄压延光伏玻璃生产产生的重点污染物为废气，环保措施必须要保证达到国家的气体排放要求。设计时在脱硫脱硝中采用触媒陶瓷纤维滤管一体化脱硫脱硝除尘工艺，脱硫效率90%，烟尘处理效率99%，脱硝效率达到97%，可实现玻璃熔窑烟气超低排放。

3 超薄压延光伏玻璃发展趋势

（1）提高超薄压延光伏玻璃强度

太阳能光伏组件复杂的应用环境要求超薄压延玻璃保持较高的强度，尤其是随着双玻组件渗透率的提高，对超薄压延玻璃的需求大幅度上升，但超薄压延玻璃强度不足成为限制双玻组件薄型化的重要因素，研究要在组分设计提高玻璃强度的基础上，解决目前困扰行业的超薄压延玻璃的钢化问题，共同实现超薄压延玻璃的高强度。

（2）超薄压延玻璃透过率的提高

提高超薄光伏玻璃的透过率可有效提升太阳能光伏组件的效率，行业内在压延玻璃的花纹设计、减反射膜的开发及纳米材料的设计应用等方面进行深入的研究，开拓新的工艺技术提高透过率也成为研究者关注的重点。

4 结语

超薄压延光伏玻璃生产线项目围绕玻璃熔化澄清、压延成形及退火工艺的新技术的应用，实现超薄压延玻璃的工业化生产，提高产品质量，降低生产成本。生产线建设要配合节能减排、大气污染治理等，采用新装备新技术，实现超低排放和绿色化生产。提高超薄压延光伏玻璃的强度和透过率，提升玻璃性能，提高光电转化效率水平是研究的重点方向。