光伏玻璃生產(chǎn)工藝
發(fā)布日期：2021-11-26 01:16:17
光伏玻璃的生產(chǎn)流程主要分為原片生產(chǎn)和深加工兩大環(huán)節(jié)。
原片生產(chǎn)是體現(xiàn)競爭力的核心環(huán)節(jié)；原片生產(chǎn)是將原料經(jīng)過混合、熔化、壓延、退火和切割五個步驟后，得到的未經(jīng)處理的光伏原片半成品；深加工則將原片進(jìn)行磨邊后進(jìn)行鋼化，得到鋼化片，或進(jìn)行鋼化+鍍膜，得到鍍膜片，用于組件封裝。
原片生產(chǎn)包括配料段、熔化段、成型段、退火段和檢測掰邊段五個工序，其中熔化、成型、退火是原片產(chǎn)線最核心的環(huán)節(jié)，任何一環(huán)出問題，都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和制成率。玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，質(zhì)量不過關(guān)的光伏玻璃成品需要回爐重造，會給生產(chǎn)企業(yè)帶來額外的成本費(fèi)用，原片產(chǎn)品的正常生產(chǎn)更是24小時連續(xù)工作，無法停產(chǎn)，如果產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定會導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
原料混合環(huán)節(jié)：由于爐內(nèi)氣氛復(fù)雜，大家的配方和切割產(chǎn)生的碎玻璃添加的比例等均有差異，但總體而言，要保證原料比例處于一定區(qū)間內(nèi)，因此該環(huán)節(jié)技術(shù)水準(zhǔn)總體相差不大，對于成本影響也比較輕微。
超白玻璃的含鐵量僅有普通玻璃的1/20~1/10，這會導(dǎo)致玻璃液導(dǎo)熱系數(shù)劇烈變化，從而使得光伏玻璃窯爐與普通玻璃窯爐在設(shè)計上有較大區(qū)別。
原片生產(chǎn)的核心是溫度的控制，主要是熔化段溫度需要長期穩(wěn)定在1450℃左右，不能有大幅偏離，這不僅取決于生產(chǎn)設(shè)備，更取決于廠商經(jīng)驗(yàn)的積累。熔化段主要在熔窯內(nèi)發(fā)生，由于鐵含量低，熔融的超白玻璃液的 導(dǎo)熱系數(shù)是普通玻璃的3~4倍，這導(dǎo)致玻璃液澄清困難，微氣泡不易排出，同時熔窯的池底溫度偏高，也導(dǎo)致殘留在玻璃原板中的微氣泡增多，惡化玻璃液澄清與均化效果。因此與普通玻璃熔窯相比，光伏玻璃熔窯（1.5米）的池深會深10-30厘米，并且采用階梯式池底、窄長卡脖、深層水包的熔窯結(jié)構(gòu)，浮法玻璃積累的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)甚至?xí)夥ＡМa(chǎn)生誤導(dǎo)。
熔化段是影響玻璃成品率最重要的一環(huán)，其發(fā)展方向包括改變窯型技術(shù)以及增大日熔量。2010年以前上馬的小窯爐多以馬蹄焰窯為主，日熔量小，成品率低，目前新建的窯爐幾乎全部切換到全氧橫火焰窯，各項(xiàng)新能都有顯著提升。由于玻璃液在馬蹄焰窯窯爐中停留時間短導(dǎo)致玻璃中的微氣泡含量偏多，玻璃均勻性差，從而影響玻璃質(zhì)量，大熔量的橫火焰窯上該缺陷很少；馬蹄焰窯窯爐的玻璃液與池壁電熔磚接觸面積多，產(chǎn)出的玻璃板上不熔物的缺陷明顯多于橫火焰窯窯爐；馬蹄焰窯窯爐的最大玻璃拉引量為120噸/天，大熔量的橫火焰窯最大玻璃液拉引量為650噸/天，拉引速度提升有效減少了線泡，促使玻璃成品率提升。
在同樣的技術(shù)水平和管理水平下，玻璃熔窯規(guī)模增大，可使原料利用率和成品率提高，同時單位能耗明顯降低，成本進(jìn)一步節(jié)約。大型熔窯有利于自動化生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以利用余熱發(fā)電。2010年國內(nèi)玻璃原片成品率僅有60%左右，2019年已提升至75-85%，成本則大幅下降，是成本下降最主要的驅(qū)動因素。
壓延段主要在壓延機(jī)內(nèi)完成，壓延機(jī)性能和橫向溫差的控制是該環(huán)節(jié)品質(zhì)的決定性因素。
壓延機(jī)性能及穩(wěn)定性直接影響超白太陽能玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)壓延機(jī)出現(xiàn)影響玻璃質(zhì)量的故障時，會造成生產(chǎn)的中斷，對企業(yè)來說損失巨大。在玻璃板降溫的過程中還要保證玻璃板的橫向溫差小以利于玻璃退火。溫度不均勻、不穩(wěn)定的玻璃帶進(jìn)入退火窯會對玻璃的最終質(zhì)量有著致命的影響。
太陽能玻璃退火窯是超白(微鐵)太陽能玻璃生產(chǎn)中的重要熱工設(shè)備之一，退火窯的質(zhì)量直接關(guān)系到太陽能玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量及成品率。太陽能玻璃退火的目的是消除玻璃帶中的殘余應(yīng)力和光學(xué)的不均勻性以及穩(wěn)定玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
三者的造價在成本中也有明顯區(qū)分，1座1000噸日熔量的產(chǎn)線，熔化段窯爐設(shè)備的造價達(dá)1~1.5億，占原片設(shè)備投資的40%以上；壓延機(jī)和退火窯的造價各約2000~3000萬，其中退火窯成本略高一點(diǎn)，但在系統(tǒng)投資的總體占比僅有15~20%。
光伏玻璃的深加工過程包括鋼化和鍍膜兩道工序，其中鋼化旨在增強(qiáng)玻璃的強(qiáng)度，鍍膜則是在鋼化后的玻璃上鍍一層減反射膜，增強(qiáng)透光率。鋼化與鍍膜過程均需要700℃左右的高溫處理，因此為了控制成本，玻璃深加工企業(yè)多采用玻璃的鋼化和膜層熱處理同時進(jìn)行的方式。
鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產(chǎn)品。
鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學(xué)鋼化法：物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃，原理是把玻璃加熱到軟化點(diǎn)溫度以上，通過快速均勻淬冷在表面造成較大壓縮應(yīng)力，提高抵御外力的能力；化學(xué)鋼化又稱為離子交換增強(qiáng)法，其原理是玻璃在熔融的鹽中，通過離子的交換來改變玻璃表面組分，增強(qiáng)玻璃的應(yīng)力由此來提高玻璃的穩(wěn)定性以及機(jī)械性能?；瘜W(xué)法鋼化的薄玻璃，在平整度和機(jī)械強(qiáng)度方面，要強(qiáng)于物理法鋼化，但是化學(xué)法鋼化的薄玻璃破碎狀態(tài)呈針狀破碎，屬于不安全破碎；生產(chǎn)方面來考慮，相對于化學(xué)法，物理法的成本低，生產(chǎn)效率高，無污染性排廢。
目前太陽電池組件中的鋼化玻璃采用的是物理鋼化法，鋼化后的強(qiáng)度可以達(dá)到普通平板玻璃的4~6倍；而且鋼化玻璃破碎后立即分裂成沒有尖角產(chǎn)生的小顆粒，是最常用的安全玻璃。
鍍膜過程是在玻璃表面沉積一層減反射膜，從而降低玻璃表面光的反射率，提高透光率。實(shí)踐證明，使用減反射鍍膜玻璃可將光伏組件的發(fā)電效率提高2.5%，是一種提高光伏組件發(fā)電效率廉價而有效的手段，光伏玻璃減反射膜的沉積主要采用溶膠-凝膠法生產(chǎn)。
目前行業(yè)內(nèi)深加工主要有兩種路線：一種是先鍍膜后鋼化，即將二氧化硅溶膠涂于玻璃原片表面，經(jīng)過干燥、固化后進(jìn)入鋼化爐鋼化，該工藝生產(chǎn)的鍍膜玻璃表面硬度高，但表面易吸水、沾灰塵；另一種是先鋼化后鍍膜，即將玻璃原片先鋼化處理，再將二氧化硅溶膠涂于玻璃表面，經(jīng)過干燥、固化而成，生產(chǎn)的鍍膜玻璃表面含有少量有機(jī)物，有一定的疏水性和防污性能，但該類鍍膜玻璃硬度低、膜層附著力差、易被刮破。隨著技術(shù)的提升，目前多采用先鍍膜后鋼化的工藝。
根據(jù)國家對超白壓花玻璃的標(biāo)準(zhǔn)（GV/T30984.1-2015），一方面是透光率，要求3.2mm非鍍膜光伏玻璃光伏透射比大于91.5%，鍍膜后大于93%；另一方面是抗沖擊能力，需要通過抗物理、熱、壓強(qiáng)、摩擦、惡劣氣候等十余種沖擊能力的測試，因此原片生產(chǎn)的質(zhì)量控制和后續(xù)的鋼化步驟都是必不可少的。
在行業(yè)發(fā)展早期，由于產(chǎn)能不足，成品率不高且存在一定技術(shù)難度，一段時間內(nèi)深加工的成本和價格都較高，并出現(xiàn)了一批專業(yè)從事深加工的企業(yè)。以鋼化片為例，2011年鋼化片的成本約為5.85元/m2，而委外鋼化的加工費(fèi)高達(dá)10.13元/m2，毛利率達(dá)42%；而重資產(chǎn)的原片環(huán)節(jié)毛利率僅有31%，因此吸引了大量企業(yè)建設(shè)深加工產(chǎn)線。
隨著技術(shù)成熟和產(chǎn)能擴(kuò)張，原片供應(yīng)商紛紛自行拓展深加工能力，專業(yè)深加工盈利空間受到大幅擠壓。從目前的價格走勢來看，無論是鋼片還是鍍膜片，其價格波動與原片的走勢基本一致，價差穩(wěn)定。由于一體化廠商前后段產(chǎn)能配套基本完成，深加工廠商的盈利模式由過去的賺取加工費(fèi)到現(xiàn)在的外購原片加工后自行出售，毛利率大幅下滑，2018年，專業(yè)從事深加工的亞瑪頓和秀強(qiáng)股份毛利率分別只有7.34%和12.56%。
原片+深加工一體化占據(jù)絕大部分，專業(yè)深加工存活空間持續(xù)萎縮。市場上大多數(shù)光伏玻璃廠商，如信義光能、福萊特、彩虹、安彩高科、河北金信等公司均具備原片+深加工的產(chǎn)線，獲取最大利潤；深加工啟停成本低，仍有部分廠商維持開工，但由于原片供應(yīng)不足，毛利率較低和運(yùn)輸成本增加，未來份額將持續(xù)萎縮。
原片生產(chǎn)包括配料段、熔化段、成型段、退火段和檢測掰邊段五個工序，其中熔化、成型、退火是原片產(chǎn)線最核心的環(huán)節(jié)，任何一環(huán)出問題，都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和制成率。玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性很強(qiáng)，質(zhì)量不過關(guān)的光伏玻璃成品需要回爐重造，會給生產(chǎn)企業(yè)帶來額外的成本費(fèi)用，原片產(chǎn)品的正常生產(chǎn)更是24小時連續(xù)工作，無法停產(chǎn)，如果產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定會導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
原料混合環(huán)節(jié)：由于爐內(nèi)氣氛復(fù)雜，大家的配方和切割產(chǎn)生的碎玻璃添加的比例等均有差異，但總體而言，要保證原料比例處于一定區(qū)間內(nèi)，因此該環(huán)節(jié)技術(shù)水準(zhǔn)總體相差不大，對于成本影響也比較輕微。
超白玻璃的含鐵量僅有普通玻璃的1/20~1/10，這會導(dǎo)致玻璃液導(dǎo)熱系數(shù)劇烈變化，從而使得光伏玻璃窯爐與普通玻璃窯爐在設(shè)計上有較大區(qū)別。
原片生產(chǎn)的核心是溫度的控制，主要是熔化段溫度需要長期穩(wěn)定在1450℃左右，不能有大幅偏離，這不僅取決于生產(chǎn)設(shè)備，更取決于廠商經(jīng)驗(yàn)的積累。熔化段主要在熔窯內(nèi)發(fā)生，由于鐵含量低，熔融的超白玻璃液的 導(dǎo)熱系數(shù)是普通玻璃的3~4倍，這導(dǎo)致玻璃液澄清困難，微氣泡不易排出，同時熔窯的池底溫度偏高，也導(dǎo)致殘留在玻璃原板中的微氣泡增多，惡化玻璃液澄清與均化效果。因此與普通玻璃熔窯相比，光伏玻璃熔窯（1.5米）的池深會深10-30厘米，并且采用階梯式池底、窄長卡脖、深層水包的熔窯結(jié)構(gòu)，浮法玻璃積累的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)甚至?xí)夥ＡМa(chǎn)生誤導(dǎo)。
熔化段是影響玻璃成品率最重要的一環(huán)，其發(fā)展方向包括改變窯型技術(shù)以及增大日熔量。2010年以前上馬的小窯爐多以馬蹄焰窯為主，日熔量小，成品率低，目前新建的窯爐幾乎全部切換到全氧橫火焰窯，各項(xiàng)新能都有顯著提升。由于玻璃液在馬蹄焰窯窯爐中停留時間短導(dǎo)致玻璃中的微氣泡含量偏多，玻璃均勻性差，從而影響玻璃質(zhì)量，大熔量的橫火焰窯上該缺陷很少；馬蹄焰窯窯爐的玻璃液與池壁電熔磚接觸面積多，產(chǎn)出的玻璃板上不熔物的缺陷明顯多于橫火焰窯窯爐；馬蹄焰窯窯爐的最大玻璃拉引量為120噸/天，大熔量的橫火焰窯最大玻璃液拉引量為650噸/天，拉引速度提升有效減少了線泡，促使玻璃成品率提升。
在同樣的技術(shù)水平和管理水平下，玻璃熔窯規(guī)模增大，可使原料利用率和成品率提高，同時單位能耗明顯降低，成本進(jìn)一步節(jié)約。大型熔窯有利于自動化生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，還可以利用余熱發(fā)電。2010年國內(nèi)玻璃原片成品率僅有60%左右，2019年已提升至75-85%，成本則大幅下降，是成本下降最主要的驅(qū)動因素。
壓延段主要在壓延機(jī)內(nèi)完成，壓延機(jī)性能和橫向溫差的控制是該環(huán)節(jié)品質(zhì)的決定性因素。
壓延機(jī)性能及穩(wěn)定性直接影響超白太陽能玻璃生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)壓延機(jī)出現(xiàn)影響玻璃質(zhì)量的故障時，會造成生產(chǎn)的中斷，對企業(yè)來說損失巨大。在玻璃板降溫的過程中還要保證玻璃板的橫向溫差小以利于玻璃退火。溫度不均勻、不穩(wěn)定的玻璃帶進(jìn)入退火窯會對玻璃的最終質(zhì)量有著致命的影響。
太陽能玻璃退火窯是超白(微鐵)太陽能玻璃生產(chǎn)中的重要熱工設(shè)備之一，退火窯的質(zhì)量直接關(guān)系到太陽能玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量及成品率。太陽能玻璃退火的目的是消除玻璃帶中的殘余應(yīng)力和光學(xué)的不均勻性以及穩(wěn)定玻璃內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
三者的造價在成本中也有明顯區(qū)分，1座1000噸日熔量的產(chǎn)線，熔化段窯爐設(shè)備的造價達(dá)1~1.5億，占原片設(shè)備投資的40%以上；壓延機(jī)和退火窯的造價各約2000~3000萬，其中退火窯成本略高一點(diǎn)，但在系統(tǒng)投資的總體占比僅有15~20%。
光伏玻璃的深加工過程包括鋼化和鍍膜兩道工序，其中鋼化旨在增強(qiáng)玻璃的強(qiáng)度，鍍膜則是在鋼化后的玻璃上鍍一層減反射膜，增強(qiáng)透光率。鋼化與鍍膜過程均需要700℃左右的高溫處理，因此為了控制成本，玻璃深加工企業(yè)多采用玻璃的鋼化和膜層熱處理同時進(jìn)行的方式。
鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產(chǎn)品。
鋼化玻璃的加工可分為物理鋼化法和化學(xué)鋼化法：物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃，原理是把玻璃加熱到軟化點(diǎn)溫度以上，通過快速均勻淬冷在表面造成較大壓縮應(yīng)力，提高抵御外力的能力；化學(xué)鋼化又稱為離子交換增強(qiáng)法，其原理是玻璃在熔融的鹽中，通過離子的交換來改變玻璃表面組分，增強(qiáng)玻璃的應(yīng)力由此來提高玻璃的穩(wěn)定性以及機(jī)械性能?；瘜W(xué)法鋼化的薄玻璃，在平整度和機(jī)械強(qiáng)度方面，要強(qiáng)于物理法鋼化，但是化學(xué)法鋼化的薄玻璃破碎狀態(tài)呈針狀破碎，屬于不安全破碎；生產(chǎn)方面來考慮，相對于化學(xué)法，物理法的成本低，生產(chǎn)效率高，無污染性排廢。
目前太陽電池組件中的鋼化玻璃采用的是物理鋼化法，鋼化后的強(qiáng)度可以達(dá)到普通平板玻璃的4~6倍；而且鋼化玻璃破碎后立即分裂成沒有尖角產(chǎn)生的小顆粒，是最常用的安全玻璃。
鍍膜過程是在玻璃表面沉積一層減反射膜，從而降低玻璃表面光的反射率，提高透光率。實(shí)踐證明，使用減反射鍍膜玻璃可將光伏組件的發(fā)電效率提高2.5%，是一種提高光伏組件發(fā)電效率廉價而有效的手段，光伏玻璃減反射膜的沉積主要采用溶膠-凝膠法生產(chǎn)。
目前行業(yè)內(nèi)深加工主要有兩種路線：一種是先鍍膜后鋼化，即將二氧化硅溶膠涂于玻璃原片表面，經(jīng)過干燥、固化后進(jìn)入鋼化爐鋼化，該工藝生產(chǎn)的鍍膜玻璃表面硬度高，但表面易吸水、沾灰塵；另一種是先鋼化后鍍膜，即將玻璃原片先鋼化處理，再將二氧化硅溶膠涂于玻璃表面，經(jīng)過干燥、固化而成，生產(chǎn)的鍍膜玻璃表面含有少量有機(jī)物，有一定的疏水性和防污性能，但該類鍍膜玻璃硬度低、膜層附著力差、易被刮破。隨著技術(shù)的提升，目前多采用先鍍膜后鋼化的工藝。
根據(jù)國家對超白壓花玻璃的標(biāo)準(zhǔn)（GV/T30984.1-2015），一方面是透光率，要求3.2mm非鍍膜光伏玻璃光伏透射比大于91.5%，鍍膜后大于93%；另一方面是抗沖擊能力，需要通過抗物理、熱、壓強(qiáng)、摩擦、惡劣氣候等十余種沖擊能力的測試，因此原片生產(chǎn)的質(zhì)量控制和后續(xù)的鋼化步驟都是必不可少的。
在行業(yè)發(fā)展早期，由于產(chǎn)能不足，成品率不高且存在一定技術(shù)難度，一段時間內(nèi)深加工的成本和價格都較高，并出現(xiàn)了一批專業(yè)從事深加工的企業(yè)。以鋼化片為例，2011年鋼化片的成本約為5.85元/m2，而委外鋼化的加工費(fèi)高達(dá)10.13元/m2，毛利率達(dá)42%；而重資產(chǎn)的原片環(huán)節(jié)毛利率僅有31%，因此吸引了大量企業(yè)建設(shè)深加工產(chǎn)線。
隨著技術(shù)成熟和產(chǎn)能擴(kuò)張，原片供應(yīng)商紛紛自行拓展深加工能力，專業(yè)深加工盈利空間受到大幅擠壓。從目前的價格走勢來看，無論是鋼片還是鍍膜片，其價格波動與原片的走勢基本一致，價差穩(wěn)定。由于一體化廠商前后段產(chǎn)能配套基本完成，深加工廠商的盈利模式由過去的賺取加工費(fèi)到現(xiàn)在的外購原片加工后自行出售，毛利率大幅下滑，2018年，專業(yè)從事深加工的亞瑪頓和秀強(qiáng)股份毛利率分別只有7.34%和12.56%。
原片+深加工一體化占據(jù)絕大部分，專業(yè)深加工存活空間持續(xù)萎縮。市場上大多數(shù)光伏玻璃廠商，如信義光能、福萊特、彩虹、安彩高科、河北金信等公司均具備原片+深加工的產(chǎn)線，獲取最大利潤；深加工啟停成本低，仍有部分廠商維持開工，但由于原片供應(yīng)不足，毛利率較低和運(yùn)輸成本增加，未來份額將持續(xù)萎縮。
上一篇：國務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動方案》正式印發(fā)！重點(diǎn)實(shí)施“碳達(dá)峰十大行動”
下一篇：光伏史上多個第一，你知道幾個？
