超白玻璃的發展與現狀探討

安鋼 秦新鋒 宋學文 張建禮

（陸軍裝備部駐北京地區軍代局駐秦皇島地區軍代室 秦皇島 066000）

0 引言

隨著科學技術的發展和人民生活水平的提高，建筑玻璃的功能越來越多，不但要滿足采光的要求，還要有調節光線、保溫隔熱、安全、藝術裝飾，光電和光熱轉換等特性，是水泥和鋼材之后的第三大建筑材料。

超白玻璃在生產制造中要求將氧化鐵含量降低到0.015%以下，一般控制在0.012%左右，玻璃透光率在91.5%以上，產品具有功能多、晶瑩剔透、高檔典雅，是一種高檔的新型玻璃品種，在建筑物應用上具有自然、通透、前衛的藝術效果，廣泛用于高級建筑物內外裝修（門窗、隔斷、幕墻等）。隨著太陽能光伏產業的發展，超白玻璃應用會更加廣泛。

1 超白玻璃的應用

1.1 超白玻璃種類及應用

超白玻璃分為超白壓延玻璃和超白浮法玻璃，主要應用如圖1所示。

圖1 超白玻璃的主要應用

在太陽能電池行業應用如圖2所示。

圖2 太陽能電池行業對超白玻璃的應用

1.2 超白壓延玻璃

超白壓延玻璃作為多晶硅電池的封裝面板應用于太陽能電池的制造。為了確保封裝玻璃的技術要求和太陽能轉換效率，玻璃成型時要利用壓延工藝，使表面產生絨面和布面雙面結合的圖案，為有效提高太陽能透過率，還可以進行離線或在線鍍減反膜。超白壓延玻璃厚度為2～6 mm，常規厚度3.2 mm，大量用于各種太陽能電池用封裝玻璃、電池基板中的光電幕墻用玻璃、太陽能光熱能轉換裝置用玻璃。

1.3 超白浮法玻璃

除透光率外，超白浮法玻璃的物理性能和普通浮法玻璃基本一樣，可以進行各種深加工，如鋼化、彎曲、夾膠、中空裝配等。由于透光率非常高，超白玻璃的視覺性能特別優越，極大地提高其加工玻璃功能和裝飾效果，成為技術含量相對較高的尖端產品。在太陽能電池制造領域，超白浮法玻璃主要應用于非晶硅太陽能薄膜電池的制作。

1.4 超白玻璃的發展及市場應用情況

我國首條超白浮法玻璃生產線由金晶集團于2005年建成投產。截止到2011年，我國擁有8條超白浮法玻璃生產線，總的生產能力達到4 150 t/d，合24 104萬m2。首條超白壓延玻璃生產線由南玻集團于2007年在東莞建成投產。截止到2011年我國就建成了87條超白壓延玻璃生產線，總的生產能力達到11 560 t/d，合18 062.5萬m2。表1為2005—2010年我國超白玻璃消費情況匯總。從表1中可以看出，超白壓延玻璃主要應用于光伏產業，而超白浮法玻璃在光伏產業中卻應用很少。

表1 2005—2010年我國超白玻璃消費情況匯總 單位：萬m 2

2 超白玻璃生產工藝

2.1 超白玻璃組成及生產工藝流程

超白壓延玻璃生產線規模一般為100～500 t/d，龍頭企業的生產線規模有的已經達到650～1 200 t/d，根據熔化量大小可設計成一窯一線至一窯六線。超白浮法玻璃生產線規模一般為300～1 000 t/d，玻璃組成要求如表2所示。

表2 超白玻璃組成要求

超白壓延玻璃工藝流程為：

原片生產：配料→熔制→澄清→壓制成型→退火→切割→半成品檢驗→半成品包裝→半成品庫

精加工：半成品→精切→磨邊→精冼→連續鋼化→成品檢驗→成品包裝→成品庫

超白浮法玻璃工藝流程：

原片生產：配料→熔制→澄清→錫槽→退火→缺陷檢測→縱切/橫切→玻璃原板→入庫

鍍膜：玻璃原片→清洗→離子源潔凈與活化→磁控濺射鍍膜→在線檢測→成品包裝→入庫

鋼化：玻璃原片→切割→磨邊鉆孔→清洗干燥→鋼化（包括加熱、吹風淬火 、吹風冷卻）→成品檢驗→成品包裝→成品庫

2.2 超白玻璃配料中的微鐵控制過程

超白玻璃用原料各指標比普通玻璃生產有更嚴格的要求，主要是鐵含量指標最為嚴格。料方設計和原材料的選用是一個重要的環節，從高透過率出發，玻璃成分中盡可能避免鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鈰、鏷、釹等過渡元素的引入，避免引起可見光的選擇性吸收而使玻璃著色。配合料制備過程要防止二次鐵污染，原料及配合料的料倉、輸送、稱量和混合設備關鍵部位要有防止鐵污染的優化設計，在配料過程中采用先進的除鐵手段，以最大限度清除原料及配合料中的鐵雜質。

2.3 熔化過程要求

（1）降低熔化率，提高熔化質量

由于超白玻璃成分中SiO2含量較高，僅次于石英玻璃，熔化溫度要求較高。為了保證優質的玻璃質量，一方面要提高熔化溫度，另一方面就是降低出料量。但過高的熔化溫度對窯爐有侵蝕作用，造成玻璃中混入耐火材料的成份，降低窯爐壽命，所以降低出料量是提高超白玻璃熔化質量比較有效的辦法，其熔化率是普通玻璃的50%左右。

（2）通過科學的熔化操作提高玻璃白度

為了提高玻璃的白度，熔窯燃燒要完全調整為氧化性氣氛，防止玻璃熔化過程中的SOX還原硫化物后產生硫化鐵，從而降低玻璃的白度?？梢栽诨旌狭现邪幢壤砑咏逛R酸鈉澄清劑，既能提高玻璃熔化過程的澄清效果，還能增加玻璃的白度。燃料的成分也要進行控制，不然會造成料色的影響。

（3）強化玻璃熔化過程的澄清

超白玻璃液的導熱系數高，熔窯池深方向上溫度梯度小，玻璃液的澄清非常困難，微氣泡難以排出，熔窯的池底溫度越高，產生的微氣泡會越多，對玻璃產品成品率影響特別大。必須采取有效的技術措施來強化玻璃液的澄清，要求配合料中添加高效的玻璃澄清劑，熔化操作中適當增加玻璃液的澄清區域等。在窯爐設計上可以采用池底鼓泡技術、電助熔、窯坎等輔助技術。

3 制定標準，提高質量

通過制定統一標準，太陽能電池行業用超白玻璃生產才會有一個良好的發展和規范。企業可以用標準來衡量自己的產品，以采取措施，提高產品質量。2006年開始編制《太陽電池用玻璃》行業標準，2010年6月1日實施。2007年開始制定《超白浮法玻璃》行業標準，2013年6月1日實施。近幾年來，中國光伏產業已經從生產大國轉變為應用大國，產業發展環境不斷向好，產業規模持續增大，需要既能夠滿足光伏玻璃行業生產需要，同時要生產出適合于光伏產業應用的光伏玻璃產品，用標準來推動行業健康發展，亟需完善相關標準體系。2017年編制了《全氧燃燒超白壓花玻璃單位產品能源消耗限額》標準，通過標準將全氧燃燒技術在光伏玻璃行業中發展及推廣，這是中國建筑玻璃與工業玻璃協會太陽能材料方面第一個團體標準。2019年6月4日，《超白壓花光伏玻璃》團體標準討論會在上海召開，以解決原有產品標準之間的協調性以及光伏背板等新產品沒有標準的問題。2020年8月28日，《晶硅光伏組件用材料 第1部分：面板玻璃、第2部分：背板玻璃》兩部分團體標準審查會在江蘇宜興召開，應對光伏雙玻組件的發展，通過標準、法規、監督檢查進行規范。2020年8月29日上午，《晶硅光伏組件用玻璃標準尺寸》團體標準討論會在江蘇宜興召開，用于解決光伏玻璃尺寸過多的問題。

多年來，光伏產業保持了快速發展，在發展中也積累了很多問題，推動太陽能材料行業生產標準化，提高產品質量，引領和規范行業健康發展，才能更好地滿足新能源產業發展的需要。

4 超白玻璃發展現狀分析

4.1 超白玻璃發展過程

隨著國際光伏行業的發展，再加上國際光伏組件制造中心逐漸向中國轉移，我國超白壓延玻璃的生產自2006年以來發展迅速。2010年歐洲出現光伏需求劇增，國內超白壓延玻璃出現供不應求狀況，并且玻璃價格上漲很快，國內廠商產能擴建熱情開始高漲，產能已經躍居世界第一位，2011年下半年或2012年，隨著規劃的每天5 340 t產能全部投產，超白壓延玻璃供不應求的情況開始逐步緩解，出現了價格競爭的形勢。

2017年，中國光伏裝機總量創歷史的達到了53.5 GW，光伏行業成了資本和企業爭相進入的火熱領域，國家用補貼政策助力光伏產業的缺口逐漸暴露。2018年國家相關部門發布了“531光伏新政”，明確加快光伏發電補貼退坡，降低補貼強度，從此光伏行業形勢一落千丈。中國建筑玻璃與工業玻璃協會組織生產企業參加座談會、企業領導峰會，在超白光伏玻璃當前產能過剩、庫存增加，價格已低于行業平均成本，對企業減產、限產、提質增效、實施有效供給方面達成共識。

國家能源局在2018年年底召開的太陽能發展“十三五”中期評估成果座談會中，對531新政進行了糾偏，經過近半年的醞釀和調整終于出臺530政策。2019年530新政為光伏企業帶來利好，全球新增裝機保持平穩增長，光伏玻璃開始出現供給緊缺局面。由于行業資源緊缺，環保壓力加大，光伏行業達成了制止低價傾銷、加強質量管理、防范商務風險、促進產業鏈融合發展等共識。

隨著多年的發展，光伏行業經歷了技術提升、價格波動、政策變動等因素的磨礪，已經逐漸形成生產區域集中和規模集中的格局。通過技術引進和研發，逐漸打破國外企業在光伏玻璃行業的壟斷，充分利用國內成本優勢，扭轉了光伏玻璃依賴進口的局面，實現了從依賴進口到替代進口的轉變，國內大型企業也開始在國外建廠，截至2019年，中國已經成為光伏玻璃的最大出口國，表3為2011—2019年光伏玻璃產量情況。2020年以來光伏玻璃漲勢迅猛，在國內疫情已逐步控制，生產生活逐步恢復正常的情況下，光伏裝機需求被逐漸釋放，光伏玻璃價格持續上漲，由于光伏玻璃擴產速度遠不及太陽能組件，在2020年四季度已經凸顯出光伏玻璃的供應短板問題。

表3 2011—2019年光伏玻璃產量情況

4.2 太陽能晶硅電池的發展拉動超白壓延玻璃的需求

在光伏建筑一體化中，超白玻璃大量應用于太陽能電池的封裝玻璃。太陽能電池主要包括晶硅電池和非晶硅電池，超白壓延玻璃應用于晶硅電池，而超白浮法玻璃應用于薄膜電池。隨著晶硅技術的發展，我國已經研發出超薄柔性晶體硅電池技術，晶硅產品柔韌度更高、彎曲度更大，同時色彩更多樣化，充分滿足了建筑設計師對色彩、規格、版型等方面的美學要求。晶硅電池和薄膜電池在轉換效率、產品可靠性、總的成本優勢上，晶硅要遠遠優于薄膜。而從產品外觀、市場占有率、弱光發電性能、弧形應用等方面，薄膜目前還保持一定優勢。表4為晶硅電池和薄膜電池性能對比。

表4 晶硅電池和薄膜電池性能對比

近年來，我國光伏企業積極開發與建筑結合的新產品、新技術，在太陽能晶硅電池技術及應用方面得到飛速發展。在光伏市場中，晶硅電池是我國太陽能電池的主導產品，超白壓延玻璃作為太陽能晶硅電池的封裝玻璃，有著絕對的市場需求。全球晶體硅電池和薄膜電池產量占比見表5。

表5 全球晶體硅電池和薄膜電池產量占比

4.3 超白玻璃生產難度大，門檻高

（1）普通玻璃制造企業難以進入超白玻璃行業

超白玻璃最重要的特性就是太陽光的高透過率，還要有外力和熱應力較高的機械強度。目前廣泛應用的超白鋼化玻璃還有一定的自爆率，如果鋼化后的光伏玻璃在光伏組件上自爆，將造成光伏組件的致命破壞，損失價值較大，降低鋼化玻璃的自爆率和杜絕玻璃自爆成為超白玻璃的關鍵技術。另外，超白玻璃還要有一定的耐腐蝕性能和耐高溫性能。

超白玻璃由于科技含量高，生產難度大，國際上玻璃巨頭為了壟斷市場，采取技術封鎖和限產的營銷模式，使超白玻璃生產進入門檻較高。超白玻璃和普通玻璃生產從技術上差別很大，其生產線建制、管理模式和工藝參數均不相同，這就使得普通玻璃生產企業難以進入光伏玻璃行業。

（2）認證程序繁雜，要求高

在國際上，超白玻璃需要通過認證程序。出口歐盟、美國、日本的光伏組件必須取得當地的產品質量認證，更換封裝玻璃必須重新進行認證，周期較長、成本高，因此光伏組件企業和超白玻璃供應商需要穩定的合作關系。

（3）品牌的忠誠度要求高

光伏組件企業對于光伏玻璃的質量穩定性、供貨及時性和售后服務都有嚴格的要求，進入供應商名錄須經過0.5～1年的評審、測試和使用環節，客戶對品牌的忠誠度要求高。

（4）企業規?；偁巸瀯?/p>

目前光伏玻璃行業已經形成規?；母偁幐窬?，規模較大的企業才能在產品的質量、供應和價格方面贏得市場競爭，小規模的生產企業很難在這種市場競爭環境中獲得優勢。光伏玻璃生產項目的建設需要投入大量資金，包括但不限于生產設備成本、原材料存儲、環保費用開支及銷售費用開支等。2019年我國光伏玻璃市場份額占比，信義光能占比38%，福萊特占比24%，兩家合計市場份額占比超過60%，形成了雙寡頭的局面。

4.4 光伏玻璃產能擴張

近日來，超白壓延玻璃持續短缺，組件成本壓力大，雖然價格暴漲，但依然采購困難，基本處于有價無量的態勢，玻璃的供應短缺也制約組件廠的生產秩序，部分組件廠出現小幅下調開工率的情況。緊俏的供應下，不斷走高的價格，讓超白壓延玻璃成為近期市場熱議的焦點。

2020年我國光伏玻璃的產能27 423 t/d，但需求量為31 702 t/d，兩者存在4 279 t/d的產能缺口。有需求，當然就會有新產能，有光伏企業正在抓住時機加大玻璃產能擴張，8月底前已建成4條光伏玻璃生產線，另一家光伏企業2017年開始投資50億元自建光伏玻璃產能基地，鳳陽硅谷光伏玻璃原片一期投產，二期和三期正在緊鑼密鼓地建設。據不完全統計，目前與光伏玻璃生產有關的在建、擬建項目共19項，預算總規模超170億元。隨著光伏技術的發展，2019年以來雙面組件占比越來越多，雙面雙玻的滲透率不斷提高也促進了光伏玻璃市場的不斷增大。

5 結語

光伏能源具有無污染、無噪聲、維護成本低、使用壽命長等優點，目前已經成為全球一致認可的重要可再生能源，成為未來電力發展的主要方向。在我國，光伏發電規模逐漸擴大，逐漸形成東中西部共同發展，與農業、養殖業、生態治理等各種產業進行融合，已經實現規模化發展。光伏玻璃是光伏組件的關鍵部件，從而帶動了光伏玻璃行業的發展。長遠來看，在國家太陽能長遠發展規劃的指導下，光伏行業的發展預期將趨于穩定，光伏超白玻璃將更為健康、可持續的發展。