光伏玻璃生产工艺管理与控制

光伏玻璃生产工艺管理与控制

张军峰

洛阳北方玻璃技术股份有限公司  河南省洛阳市 471000

摘要：在全球电力匮乏、煤价高起的形势下,光伏发电行业备受关注,晶硅太阳能电池需求更是逐步增加。我国每年光伏新增装机容量在全球中占比超过35%,并有逐年升高的趋势。本文主要对光伏玻璃生产工艺管理与控制做论述，详情如下。

关键词：光伏玻璃；生产工艺；管理控制

引言

光伏玻璃对铁要求极为严格，金属铁主要为原材料铁和外来带入铁，外来带入铁含机械铁、外来铁等，为实现低铁的要求产线设计规划时的原料工艺设备选型监制及产线运行后现场防污染控制尤其重要。

1金属铁管理

机械铁主要源于矿物原材料破碎运输设备以及原料上料配料输送等工艺设备长期磨损造成的，故进行原料工艺设计及工艺设备选型时，需考虑与物料接触的筒体、喂料口、下料溜口等钢体结构，均需采用高密度100万分子量以上的PE板作为内衬，并且做好现场监制工作，可有效延长PE板使用寿命并降低机械铁的带入量。机械铁随着原料工艺设备使用时长的逐步增加，需要定期对关键易磨损设备进行维护检修更换，制定合理检修维护计划。经生产总结，产线机械铁含量一般维持200g/d以内为正常，对生产造成的影响较低。外来铁主要源于现场设备维修，产线设备维修未得到合理管控，部分检修金属铁部件进入碎玻璃系统，造成检修期间外来铁出现剧增，如铆钉、螺栓、焊条等，若未得到适当处理对生产影响巨大。因此，对外来金属物管理形成制度，对金属物突发出现增多时，做好现场排查工作，及时进行整改，既有效排查出设备隐患，又能降低金属物持续性增长给生产带来的隐患问题。

2一窑多线设计

某新建光伏窑炉采用一窑四线结构方式，产能1000～1200t/d，单线产能250～300t/d，产能波动性较大。主要原因：原板宽偏宽、溢流口玻璃横向温度波动影响厚度不均、成形日常操作等。单线产能波动3～5t/d，整体产能波动10～20t/d，窑炉工艺长时间处于此类变化中，必然会造成长时间的产品质量波动。光伏玻璃窑炉采用一窑多线的结构方式，成形工序由于压延压辊损伤、溢流口唇砖侵蚀断裂等因素影响，需不定期进行换机换砖作业，窑炉产能降低约25%，熔化温度变化明显，自成形换机换砖开始，熔化区池底玻璃液温度逐步升高，前区对流强度增强，熔化区液流缩短，澄清部池底玻璃液温度逐步降低，澄清区液流缩短，料堆泡界线相应向投料口回收。由于成形换机换砖时间长短存在不确定性，目前基本为4h以上，熔化燃料分配制度作相应调整，降低前区比例20%以上，稳步维持基本制度，以降低换机换砖作业对熔化温度制度的影响。换机换砖结束后，窑炉玻璃液温度随着产能的提升，熔化区池底玻璃液温度逐步降低，前区对流强度减弱，熔化区液流逐步延长，澄清部池底玻璃液温度逐步降低，澄清区液流缩短，料堆泡界线相应向投料口外移，熔化燃料分配换机换砖结束前提前逐步恢复到位。

3生产环境因素对光伏玻璃透过率的控制

随着全球人口的增加及科技的进步，人类对能源的需求量急剧增加，然而自上世纪80年代至今全球存在着能源短缺、环境污染和生态危机三大难题。面对以上问题，未来能源结构必然是向多元化、清洁化和高效化方向发展。联合国开发署就世界发展前景发表的报告指出，太阳能是最具开发潜力的可再生能源。不同组成的镀膜液、不同镀膜工艺都会对成品光伏镀膜玻璃的透过率产生很大影响。随着光伏玻璃镀膜市场的逐渐成熟，对成品光伏玻璃的透过率要求越来越高，其中镀膜间的空气相对湿度一直没有得到广泛的关注，也应被列入技术控制参数中。在较高空气相对湿度的环境中，水蒸气分压较高，空气中水分子就会吸附在镀膜后的玻璃表面，有机溶剂的挥发、成膜过程留下50～100nm的微孔中，而且膜层SiO2和水分子的结合能力远高于其与有机溶剂的结合力，因此在进入钢化炉前，膜层表面的水分很难挥发。在钢化过程中，由于水分子的存在，膜层表面发生不均匀团聚，部分微孔不能完全闭合，在最终的成品光伏镀膜玻璃表面留下少量的微孔。因此，要制备较高透过率的光伏镀膜玻璃，镀膜间空气相对湿度必须要作为一项重要的关键工艺参数进行控制，空气相对湿度严格控制在40%～45%为宜。

4激光打孔装置及控制系统在光伏玻璃深加工产线的运用

4.1旋转定位输送机

该输送机位于玻璃激光钻孔机的前端，用于玻璃板的预定位和玻璃板的旋转。玻璃板到达升降旋转台后，升降旋转台和升降托轮升起，升降旋转台将玻璃板旋转90°，然后升降旋转台落下，玻璃板下落到升降托轮处，进行玻璃板的预定位。当玻璃板预定位完成后，升降托轮落下，玻璃板则落到输送皮带上，通过输送皮带将玻璃板继续向激光钻孔机输送。该设备具有“旋转功能启用”和“旋转功能停用”的选择按钮。

4.2PLC控制系统特点

玻璃激光钻孔机组控制系统主要控制玻璃的输送、转向、对准、定位、钻孔、回位等，以及协调CCD视觉定位系统和激光头控制系统，同时具备与前工段及后工段数据交互和联动控制。控制系统由PLC作为主控制器，按照工艺流程控制输送辊道、激光头位置、转向动作、玻璃对准等。PLC通过高精度输入模块Time-based IO采集外部信号，使系统能够实时快捷的做出响应，避免了PLC扫描周期对控制精度的影响，使玻璃能够达到较高的重复定位精度。在玻璃定位完成后，发出视觉定位检测信号，视觉定位检测系统检测完成后，给出信号是否可以打孔及坐标，激光头控制系统收到可以打孔信号和位置坐标后，根据设定的孔径进行打孔，打孔完毕后发送打孔完成信号给PLC。PLC作为整个系统的控制核心，除了担任运动控制的大脑以外，还需要与前后段辊道连线，激光器软件以及视觉系统软件采用PROFINET和TCP/IP的通信协议进行数据的交换，可以根据用户的要求定制不同的数据交换内容，实现多元化的控制软件。

5镀膜玻璃生产流程

单层镀膜玻璃生产工艺流程：磨边→清洗→预热→镀膜→固化→钢化→检测双层镀膜的工艺设计需要整体上融入目前已经成熟的单层生产流程，否则改造成本高，不利于推广。特别需要注意的是，第一层镀膜的固化与冷却直接决定了第二层镀膜的效果。结合经验，设计了双层膜玻璃生产工艺流程：磨边→清洗→预热→第一层镀膜→第一次固化→冷却→检测→第二层镀膜→第二次固化→钢化→检测双层镀膜房的温度控制在20~26℃，相对湿度30%~50%，通过调整皮带和胶辊的速度来控制膜层厚度。采用辊涂法成功制备了用于太阳能电池表面封装玻璃的SiO2双层减反膜。通过光谱分析可知，双层镀膜透光率曲线在红外光部分比较平缓，更适应组件发电功率的要求。双层膜硬度与单层膜均为3H，但湿冻结果远优于单层镀膜，结合SEM可知，双层膜湿冻结果优于单层膜的原因是底层的封闭结构阻止了水汽进入玻璃，从而防止玻璃被腐蚀。双层镀膜只需在现有的设备基础上增加一台镀膜机、一台固化炉和一个冷却段，从工艺上易于控制和实现。

结语

总之，由于光伏窑炉结构及成形方式的差异性，工艺控制点较多，工艺技术人员需要更长时间的工艺摸索，采用实时监测和控制方式，通过生产实际不断优化改进，挖掘更为合适的工艺控制方式，为实现低成本高质量的光伏发展作出贡献。

参考文献

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[2]刁云超.双玻BIPV组件玻璃破裂分析研究[J].建筑玻璃与工业玻璃,2021(1):26-29.