光伏玻璃的生产流程主要分为原片生产和深加工两大环节。


原片生产是体现竞争力的核心环节;原片生产是将原料经过混合、熔化、压延、退火和切割五个步骤后,得到的未经处理的光伏原片半成品;深加工则将原片进行磨边后进行钢化,得到钢化片,或进行钢化+镀膜,得到镀膜片,用于组件封装。

光伏玻璃生产流程


原片生产包括配料段、熔化段、成型段、退火段和检测掰边段五个工序,其中熔化、成型、退火是原片产线最核心的环节,任何一环出问题,都会影响产品的质量和制成率。玻璃生产的连续性很强,质量不过关的光伏玻璃成品需要回炉重造,会给生产企业带来额外的成本费用,原片产品的正常生产更是24小时连续工作,无法停产,如果产品质量不稳定会导致生产无法正常进行。


光伏玻璃生产流程


原料混合环节:由于炉内气氛复杂,大家的配方和切割产生的碎玻璃添加的比例等均有差异,但总体而言,要保证原料比例处于一定区间内,因此该环节技术水准总体相差不大,对于成本影响也比较轻微。

超白玻璃的含铁量仅有普通玻璃的1/20~1/10,这会导致玻璃液导热系数剧烈变化,从而使得光伏玻璃窑炉与普通玻璃窑炉在设计上有较大区别。

光伏玻璃生产流程
光伏玻璃生产流程

原片生产的核心是温度的控制,主要是熔化段温度需要长期稳定在1450℃左右,不能有大幅偏离,这不仅取决于生产设备,更取决于厂商经验的积累。熔化段主要在熔窑内发生,由于铁含量低,熔融的超白玻璃液的导热系数是普通玻璃的3~4倍,这导致玻璃液澄清困难,微气泡不易排出,同时熔窑的池底温度偏高,也导致残留在玻璃原板中的微气泡增多,恶化玻璃液澄清与均化效果。因此与普通玻璃熔窑相比,光伏玻璃熔窑(1.5米)的池深会深10-30厘米,并且采用阶梯式池底、窄长卡脖、深层水包的熔窑结构,浮法玻璃积累的产业经验甚至会对光伏玻璃产生误导。

熔化段是影响玻璃成品率最重要的一环,其发展方向包括改变窑型技术以及增大日熔量。2010年以前上马的小窑炉多以马蹄焰窑为主,日熔量小,成品率低,目前新建的窑炉几乎全部切换到全氧横火焰窑,各项新能都有显著提升。由于玻璃液在马蹄焰窑窑炉中停留时间短导致玻璃中的微气泡含量偏多,玻璃均匀性差,从而影响玻璃质量,大熔量的横火焰窑上该缺陷很少;马蹄焰窑窑炉的玻璃液与池壁电熔砖接触面积多,产出的玻璃板上不熔物的缺陷明显多于横火焰窑窑炉;马蹄焰窑窑炉的最大玻璃拉引量为120吨/天,大熔量的横火焰窑最大玻璃液拉引量为650吨/天,拉引速度提升有效减少了线泡,促使玻璃成品率提升。

在同样的技术水平和管理水平下,玻璃熔窑规模增大,可使原料利用率和成品率提高,同时单位能耗明显降低,成本进一步节约。大型熔窑有利于自动化生产,从而提高产品质量,还可以利用余热发电。2010年国内玻璃原片成品率仅有60%左右,2019年已提升至75-85%,成本则大幅下降,是成本下降最主要的驱动因素。

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压延段主要在压延机内完成,压延机性能和横向温差的控制是该环节品质的决定性因素。

压延机性能及稳定性直接影响超白太阳能玻璃生产的连续性,当压延机出现影响玻璃质量的故障时,会造成生产的中断,对企业来说损失巨大。在玻璃板降温的过程中还要保证玻璃板的横向温差小以利于玻璃退火。温度不均匀、不稳定的玻璃带进入退火窑会对玻璃的最终质量有着致命的影响。

太阳能玻璃退火窑是超白(微铁)太阳能玻璃生产中的重要热工设备之一,退火窑的质量直接关系到太阳能玻璃的产量、质量及成品率。太阳能玻璃退火的目的是消除玻璃带中的残余应力和光学的不均匀性以及稳定玻璃内部的结构。

三者的造价在成本中也有明显区分,1座1000吨日熔量的产线,熔化段窑炉设备的造价达1~1.5亿,占原片设备投资的40%以上;压延机和退火窑的造价各约2000~3000万,其中退火窑成本略高一点,但在系统投资的总体占比仅有15~20%。

深加工:技术壁垒总体较低,薄片玻璃钢化仍待攻克

光伏玻璃的深加工过程包括钢化和镀膜两道工序,其中钢化旨在增强玻璃的强度,镀膜则是在钢化后的玻璃上镀一层减反射膜,增强透光率。钢化与镀膜过程均需要700℃左右的高温处理,因此为了控制成本,玻璃深加工企业多采用玻璃的钢化和膜层热处理同时进行的方式。

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品。

钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法

物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃,原理是把玻璃加热到软化点温度以上,通过快速均匀淬冷在表面造成较大压缩应力,提高抵御外力的能力;

化学钢化又称为离子交换增强法,其原理是玻璃在熔融的盐中,通过离子的交换来改变玻璃表面组分,增强玻璃的应力由此来提高玻璃的稳定性以及机械性能。

化学法钢化的薄玻璃,在平整度和机械强度方面,要强于物理法钢化,但是化学法钢化的薄玻璃破碎状态呈针状破碎,属于不安全破碎;生产方面来考虑,相对于化学法,物理法的成本低,生产效率高,无污染性排废。

目前太阳电池组件中的钢化玻璃采用的是物理钢化法,钢化后的强度可以达到普通平板玻璃的4~6倍;而且钢化玻璃破碎后立即分裂成没有尖角产生的小颗粒,是最常用的安全玻璃。

镀膜过程是在玻璃表面沉积一层减反射膜,从而降低玻璃表面光的反射率,提高透光率。实践证明,使用减反射镀膜玻璃可将光伏组件的发电效率提高2.5%,是一种提高光伏组件发电效率廉价而有效的手段,光伏玻璃减反射膜的沉积主要采用溶胶-凝胶法生产。

目前行业内深加工主要有两种路线:一种是先镀膜后钢化,即将二氧化硅溶胶涂于玻璃原片表面,经过干燥、固化后进入钢化炉钢化,该工艺生产的镀膜玻璃表面硬度高,但表面易吸水、沾灰尘;另一种是先钢化后镀膜,即将玻璃原片先钢化处理,再将二氧化硅溶胶涂于玻璃表面,经过干燥、固化而成,生产的镀膜玻璃表面含有少量有机物,有一定的疏水性和防污性能,但该类镀膜玻璃硬度低、膜层附着力差、易被刮破。随着技术的提升,目前多采用先镀膜后钢化的工艺。

根据国家对超白压花玻璃的标准(GV/T30984.1-2015),一方面是透光率,要求3.2mm非镀膜光伏玻璃光伏透射比大于91.5%,镀膜后大于93%;另一方面是抗冲击能力,需要通过抗物理、热、压强、摩擦、恶劣气候等十余种冲击能力的测试,因此原片生产的质量控制和后续的钢化步骤都是必不可少的。


光伏玻璃生产流程

在行业发展早期,由于产能不足,成品率不高且存在一定技术难度,一段时间内深加工的成本和价格都较高,并出现了一批专业从事深加工的企业。以钢化片为例,2011年钢化片的成本约为5.85元/m2,而委外钢化的加工费高达10.13元/m2,毛利率达42%;而重资产的原片环节毛利率仅有31%,因此吸引了大量企业建设深加工产线。

随着技术成熟和产能扩张,原片供应商纷纷自行拓展深加工能力,专业深加工盈利空间受到大幅挤压。从目前的价格走势来看,无论是钢片还是镀膜片,其价格波动与原片的走势基本一致,价差稳定。由于一体化厂商前后段产能配套基本完成,深加工厂商的盈利模式由过去的赚取加工费到现在的外购原片加工后自行出售,毛利率大幅下滑,2018年,专业从事深加工的亚玛顿和秀强股份毛利率分别只有7.34%和12.56%。

原片+深加工一体化占据绝大部分,专业深加工存活空间持续萎缩。市场上大多数光伏玻璃厂商,如信义光能、福莱特、彩虹、安彩高科、河北金信等公司均具备原片+深加工的产线,获取最大利润;深加工启停成本低,仍有部分厂商维持开工,但由于原片供应不足,毛利率较低和运输成本增加,未来份额将持续萎缩。

来源:光伏测试网

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原文始发于微信公众号(光伏产业通):光伏玻璃生产流程

作者 808, ab