太阳能光伏玻璃知识培训教材2

1第一章太阳能光伏玻璃（超白玻璃）的发展历史第一节国内外行业技术现状与发展趋势当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源研究。丰富的太阳能是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0．1％的太阳能转为电能，若转变率5％，每年发电量相当于目前世界上能耗均40倍。中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏曰辐射量最高达每亚方米7千瓦时，年日照时数大于2000小时。与司纬度的其他国家相比，我国太阳能辐射量与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有着巨大的开发潜能。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。太阳能光伏发电系统已成为利用太阳能的首选有效途径，并在工业发达国家得到大面积开发利用。太阳能光伏发电是指用太阳能光伏电池装置将太阳能转换为电能，白天太阳能电池接受太阳光向蓄电池充电，夜间蓄电池输出电能供电。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国开展的“光明工程计划”掀起中国的节能环保生态建材的开发应用热潮，大大促进了光伏建材产品的发展及推广应用。近年来，太阳能产业国外每年以30%～40%的速度递增，成为发展最为迅速的产业之一。太阳能产2业的迅猛发展，为太阳能光伏电池系统相配套的新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）提供了极为广阔的市场发展空间。国家发改委能源局局长徐锭明指出：能源紧张将长期存在，中国要大力发展太阳能产业。清洁能源的开发和利用是解决能源危机的有效手段。我国应大力开发可再生能源。我国的长期目标是：到2020年，太阳能发电达到100万千瓦。中国太阳能学会秘书长孟淦预计，到2050年，太阳能将替代常规能源，人类的能源消耗将有50%以上来自于太阳能。我国是太阳能资源丰富的国家之一。我国有着荒漠面积108万平方公里，大多分布在光照资源丰富的西北高原地区，1平方公里面积可安装100兆瓦光伏阵列，每年能发电1.5亿千瓦时。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。我国地处北半球，南北距离和东西距离都在５０００公里以上。在我国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米４千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米７千瓦时。年日照时数大于２０００小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。因此，我国光伏工业发展前景十分广阔。近年来，太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。在国内太阳能电池的生产方面，据大致的统计，目前国内较知名的有一定技术实力的生产太阳能电池的企业主要有十几家。随着西部大开发和光明工程的实施，我国正在涌现一批新兴的光伏企业。但总体看来，规模还不够大，呈现出分散、无序、零敲碎打的局面，不能适应中国光伏电池市场需求的发展。第二节国内外市场需求分析能源的紧缺，已经成为目前世界范围内的热门话题。从长远战略上考虑，开发和利用太阳能是各国可持续发展战略的重要组成部分。太阳能是一种既3丰富又无污染的可持续利用能源。太阳能利用主要有两种方式：一是通过集热器将太阳辐射能转化为热能，如太阳能热水器、太阳能灶等；二是通过太阳能电池将太阳能转化为电能，即光伏发电，如太阳能电池等，而无论是光能转化热能装置，还是光能转化电能装置，太阳能封装组件都是不可缺少的组件之一，太阳能封装组件必须具备以下特征：1、阳光透过率高（透过率≥91%，含Fe2O3≤150PPm）、吸收率和反射率低；2、对风压、积雪、冰雹、投掷石子等外力和热应力有较高的机械强度；3、不透水；4、对雨水和环境中的有害气体具有一定的耐腐蚀性能；5、长期暴露在大气和阳光下，性能无严重恶化；6、热膨胀系数必须与结构材料相匹配，即膨胀系数要小。能够要满足上述条件，只有新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）和透明塑料板，但由于塑料板有易老化，软化点低，热膨胀系数大，因而不宜用作盖板。新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）化学性能稳定，几乎看不到老化，钢化后的玻璃，有很高的强度，所以新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）是太阳能装置优良的组件材料。由于太阳能装置要求封装玻璃光谱透过率较高，即高阳光透过率、低吸收率和低反射率。而玻璃中氧化铁含量和玻璃的厚度是影响透明玻璃的光谱透过率的两个关键因素。在玻璃厚度一定的情况下，氧化铁含量大小直接决定玻璃光谱透过率。通常透明太阳能封装玻璃选取用无铁玻璃或含铁少的玻璃。而新型太阳能光伏玻璃（超白玻璃）以高光透过率、低吸收率、低反射率和低含铁量，以及表面无须进行特殊处理等优点，成为太阳能封装组件的首选4取材料。与国内太阳能技术火爆发展相比较，太阳能电池盖板材料的发展明显滞后，形成了我国太阳能电池生产企业一方面拿出高额外汇进口盖板材料满足生产需要，一方面又将生产出的太阳能电池组件90%以上出口国外的现象。因此，开发研制太阳能电池玻璃，不仅能够有效地整合技术资源，充分利用技术优势，而且替代进口，为国家节约外汇的同时组织部分产品出口，具有明显社会效益和经济效益。太阳能光伏玻璃是太阳能电池产业中一个重要的新兴配套产品，它随着光伏行业的发展而逐渐壮大。目前，国内一些大企业开始介入太阳能电池玻璃生产领域，单条生产线的生产能力在日产250~500吨。据了解，我国光伏领域玻璃的需求量以每年50％的速度递增，太阳能电池玻璃市场前景非常广阔。从发展趋势看，我国将成为未来太阳能电池玻璃重要的生产基地。我国太阳能玻璃的生产起步较晚。目前国内能够生产低铁（超白）玻璃（含压延超白玻璃）的生产线已经有10多家，分布在山东、江苏、上海、浙江、广东、河南等地区，拥有20多条生产线，实际产能约日产3000吨左右。其中山东、江苏、上海、浙江、广东等地的产品大部分出口荷兰、德国、日本、韩国、泰国和我国台湾地区，在国内基本直接出售原片给其他加工玻璃商的市场正逐步上升。就目前国际市场而言，世界上只有美国PPG、法国圣戈班、英国皮尔金顿、日本旭硝子、比利时Glaverbel等少数企业能够生产质量优异的低铁超白太阳能玻璃，但产量无法满足全球日益增长的市场需求。据有关方面预测，2011年全球光伏新增装机量将达22.2GW，欧洲市场正逐步走向市场驱动，中国市场即将启动，光伏实际装机量可能大超预期。保守预计，我国太阳能电5池产量占全球的55%，晶硅电池占其中的90%，2011年我国晶硅电池产量约11GW。光伏产业正在争取在成本上变得有竞争力。据预测，大约在1~4年内可以实现使用光伏发电设施的发电成本不超过使用常规手段发电的成本。这其中，玻璃起到的作用越来越大。我国在“十二五”期间，将采取多项措施促进太阳能热利用产业的发展和国内光伏市场的稳步启动。一是继续推广利用太阳能热水器，到2015年，我国太阳能热利用面积将达到4亿平方米。二是加大对太阳能发电技术研发的支持力度，建设国家级太阳能研发实验中心，增加财政和企业的研发投入。三是稳步启动国内太阳能发电市场，在太阳能资源丰富、具有荒漠和荒芜土地资源的地区，建设一批大型并网光伏示范电站；在城镇推广与建筑结合的分布式并网光伏发电系统；在偏远、无电地区推广光伏发电系统或建设小型光伏电站。四是引导我国太阳能光伏发电产业健康发展，加快光伏发电产业科技创新和进步，将其培养成为我国先进的装备制造和新兴能源支柱产业。第二章玻璃生产基本知识第一节物质的玻璃态不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）。性材料，破碎时往往有贝壳状断面。但从微观结构看，玻璃态物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体。从状态的角度理解，玻璃是一6种介于固体和液体之间的聚集状态。1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到固化状态而没有析晶的无机产物”。也有将玻璃定义扩展为“物质（包括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成的具有固体机械性质的无定形物体”。我国的技术词典中把“玻璃态”定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态。其实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义‘是多余的限制’。因为，无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不合适。另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。现代科学技术的发展已使玻璃的含义有了很大的扩展。因此，有人把具有下述四个通性的物质不论其化学性质如何，均称为玻璃。这四个通性是；1、各相同性。玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导电性，折射率等在各个方向都是一致的。表明物质内部质点的随机分布和宏观的均匀状态。2、介稳性。熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳状态。但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的。3、固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性。玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间（转化温度范围）进行的，性质变化过程是连续的和可逆的，它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。4、性质随成分变化的连续性和渐变性。在玻璃形成范围内，玻璃的性质随成7分发生连续的逐渐的变化。例如，在R2O-SiO2系统中，玻璃的弹性模量随Na2O或K2O含量的上升而下降，随Li2O含量的上升而上升。第二节玻璃的熔制配合料经高温加热熔融成合乎成型要求的玻璃液的过程称为玻璃的熔制过程。玻璃熔制是玻璃生产的重要环节之一，在生产中影响产量，质量的缺陷如气泡，结石，条纹等往往是因熔制不当造成的。玻璃的熔制是一个十分复杂的过程，它包括一系列的物理变化，如配合料的脱水，晶型的转化，组分的挥发；包括一系列的化学变化，如结合水的排除，碳酸盐的分解，硅酸盐的形成；还包括一系列的物理化学变化，如共熔体的生成，固态料的溶解，玻璃液与耐火材料间的作用等。从加热配合料到熔制成玻璃，常分为如下五个阶段：（1）、硅酸盐形成阶段配合料中的各组分在加热过程中经过了一系列的物理和化学变化,结束了主要的反应过程，大部分气态产物逸散，配合料变成了由硅酸盐和石英砂组成的烧结物，对普通钠钙硅玻璃而言，这一阶段在800—900℃结束。(2)、玻璃形成阶段继续加热时，烧结物开始熔融，原已形成的硅酸盐与石英砂相互扩散并溶解，直到再没有末起反应的配合料颗粒，烧结物变成了透明体。但玻璃液带有大量气泡，条纹，在化学成分上是不均匀的。对普通的钠钙硅玻璃而言，此阶段结束于1200℃。（3）、玻璃液澄清阶段继续加热时，玻璃液的粘度降低，玻璃液中的气泡逸出，直至气泡全部排除。普通钠钙硅玻璃在1400—1500℃结束这一阶段。（4）、玻璃液均化阶段当玻璃液长期处于高温下时，其化学组成逐渐趋向均8匀，玻璃液中的条纹由于扩散，溶解而消除。普通钠钙硅玻璃的均化温度低于澄清温度。（5）、玻璃液冷却阶段将已澄清并均化的玻璃液降温，使具有成型所需要的粘度。1．硅酸盐的形成以普通玻璃为例，加热过程中的反应大致如下；吸附水与结晶水的排除吸附水的排除100—120℃Na2SO4.10H2O→Na2SO4+10H2O↑复盐的形成MgCO3+NaCO3→MgNa(CO3)2300℃CaCO3+NaCO3→CaNa(CO3)2400℃多晶转变斜方晶型→单斜晶型235-239℃方石英→石英575℃碳酸盐分解MgCO3MgO+CO2300℃CaCO3→CaO+CO2420-915℃固相反应Na2SO3+C→Na2S+CO2↑400-500℃硅酸盐形成MgNa(CO3)2+SiO2→MgSiO3+Na2SiO3+2CO2↑340-620℃CaNa(CO3)2+SiO2→CaSiO3+Na2SiO3+2CO2↑585-900℃MgCO3+SiO2→MgSiO3