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(jìng)爭(zhēng)力的核心環(huán)節(jié)；原片生產(chǎn)是將原料經(jīng)過(guò)混合、熔化、壓延、退火和切割五個(gè)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(cè)掰邊段五個(gè)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(wèn)題，都會(huì)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(guò)關(guān)的光伏玻璃成品需要回爐重造，會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)額外的成本費(fèi)用，原片產(chǎn)品的正常生產(chǎn)更是24小時(shí)連續(xù)工作，無(wú)法停產(chǎn)，如果產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)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(duì)于成本影響也比較輕微。
超白玻璃的含鐵量?jī)H有普通玻璃的1/20~1/10，這會(huì)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(jì)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(zhǎng)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(shí)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(huì)深10-30厘米，并且采用階梯式池底、窄長(zhǎng)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)?duì)光伏玻璃產(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(shí)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(shí)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(dòng)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(guó)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(dòng)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(yáng)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(shí)，會(huì)造成生產(chǎn)的中斷，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)損失巨大。在玻璃板降溫的過(guò)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(huì)對(duì)玻璃的最終質(zhì)量有著致命的影響。
太陽(yáng)能玻璃退火窯是超白(微鐵)太陽(yáng)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(yáng)能玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量及成品率。太陽(yáng)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(jià)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(jià)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(jià)各約2000~3000萬(wàn)，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(guò)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(guò)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(shí)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(guò)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(guò)離子的交換來(lái)改變玻璃表面組分，增強(qiáng)玻璃的應(yīng)力由此來(lái)提高玻璃的穩(wěn)定性以及機(jī)械性能。化學(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(lái)考慮，相對(duì)于化學(xué)法，物理法的成本低，生產(chǎn)效率高，無(wú)污染性排廢。
目前太陽(yáng)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(méi)有尖角產(chǎn)生的小顆粒，是最常用的安全玻璃。
鍍膜過(guò)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(jià)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(guò)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(guò)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(guó)家對(duì)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(guò)抗物理、熱、壓強(qiáng)、摩擦、惡劣氣候等十余種沖擊能力的測(cè)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(shí)間內(nèi)深加工的成本和價(jià)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(jià)格走勢(shì)來(lái)看，無(wú)論是鋼片還是鍍膜片，其價(jià)格波動(dòng)與原片的走勢(shì)基本一致，價(jià)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(guò)去的賺取加工費(fèi)到現(xiàn)在的外購(gòu)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(chǎng)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(rùn)；深加工啟停成本低，仍有部分廠商維持開(kāi)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(lái)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(cè)掰邊段五個(gè)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(wèn)題，都會(huì)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(guò)關(guān)的光伏玻璃成品需要回爐重造，會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)額外的成本費(fèi)用，原片產(chǎn)品的正常生產(chǎn)更是24小時(shí)連續(xù)工作，無(wú)法停產(chǎn)，如果產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)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(duì)于成本影響也比較輕微。
超白玻璃的含鐵量?jī)H有普通玻璃的1/20~1/10，這會(huì)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(jì)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(zhǎng)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(shí)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(huì)深10-30厘米，并且采用階梯式池底、窄長(zhǎng)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)?duì)光伏玻璃產(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(shí)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(shí)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(dòng)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(guó)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(dòng)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(yáng)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(shí)，會(huì)造成生產(chǎn)的中斷，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)損失巨大。在玻璃板降溫的過(guò)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(huì)對(duì)玻璃的最終質(zhì)量有著致命的影響。
太陽(yáng)能玻璃退火窯是超白(微鐵)太陽(yáng)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(yáng)能玻璃的產(chǎn)量、質(zhì)量及成品率。太陽(yáng)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(jià)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(jià)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(jià)各約2000~3000萬(wàn)，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(guò)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(guò)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(shí)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(guò)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(guò)離子的交換來(lái)改變玻璃表面組分，增強(qiáng)玻璃的應(yīng)力由此來(lái)提高玻璃的穩(wěn)定性以及機(jī)械性能。化學(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(lái)考慮，相對(duì)于化學(xué)法，物理法的成本低，生產(chǎn)效率高，無(wú)污染性排廢。
目前太陽(yáng)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(méi)有尖角產(chǎn)生的小顆粒，是最常用的安全玻璃。
鍍膜過(guò)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(jià)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(guò)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(guò)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(guó)家對(duì)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(guò)抗物理、熱、壓強(qiáng)、摩擦、惡劣氣候等十余種沖擊能力的測(cè)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(shí)間內(nèi)深加工的成本和價(jià)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(jià)格走勢(shì)來(lái)看，無(wú)論是鋼片還是鍍膜片，其價(jià)格波動(dòng)與原片的走勢(shì)基本一致，價(jià)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(guò)去的賺取加工費(fèi)到現(xiàn)在的外購(gòu)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(chǎng)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(rùn)；深加工啟停成本低，仍有部分廠商維持開(kāi)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(lái)份額將持續(xù)萎縮。
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