太陽能光伏玻璃特性及應用研究

蔣 杰

（國家太陽能光伏產品質量檢驗檢測中心，江蘇 錫山 214100）

1 前言

隨著科技與經濟的不斷發展進步，工業化進程的不斷加速推進，在社會發展的進程中不斷消耗著不可再生資源，使不可再生資源面臨著日益枯竭的窘迫困境，也導致能源問題與環境問題成為了當今時代避無可避且亟待解決重要問題。基于全球范圍內的能源短缺現象的出現，以及公眾環境保護意識的增強，人們對于可再生資源的開發越來越重視，而不可再生資源的過度利用被叫停，這實際上是保護環境的重要舉措，而如何去合理開發可再生資源，成為了世界范圍內普遍關注與重視的問題。

在新能源的探索與開發過程中，太陽能因為具有資源豐富、分布極為廣泛以及清潔無污染的特點[1]，被應用于各個工業領域當中，太陽能光伏玻璃作為太陽能發電技術系統的必要材料，其成本相對較低，效率比普通發電技術要高，而且沒有過多的污染，因此受到了社會各界的關注，并被不斷應用于各個領域，使得其在未來市場的發展中具有廣闊前景。

2 太陽能光伏玻璃

在太陽能電池組上，由低鐵玻璃、太陽能電池片和背面玻璃等組成的能夠傳遞光線、控制光線以及導電的玻璃，稱之為太陽能光伏玻璃[2]。雖然普通的玻璃也有一定的透光性，但是太陽能光伏玻璃可以通過其構造的特殊性提高太陽光的透過效率，甚至是讓太陽光選擇性的透過。這類型的玻璃并不需要經過再加工，就能夠直接在太陽能光伏發電組件以及光熱發現系統的組件當中使用。該類型玻璃作為一種復合型的材料，并不是傳統意義上的玻璃，其主要構造是“低鐵玻璃-太陽能電池片-背面玻璃”，三層的結構不僅能夠有效地提高太陽光的透過率，還能夠讓電池產生更高更強的電能，經過處理的玻璃能夠應對各種惡劣環境，硬度也比普通玻璃要強得多，因此這類型材料不僅能夠用于太陽能光伏發電組件中，部分建筑的外墻玻璃也可以用這種玻璃代替。

目前，太陽能光伏玻璃大概分為三大類，首先是以超白壓延玻璃以及增透鍍膜玻璃等為主的對光伏組件進行封裝保護和固定支撐作用的封裝蓋玻璃，這類型的玻璃具有透光散射的作用，多數的光伏組件在組裝時都會選擇。其次就是以Ito 鍍膜玻璃和氧化鋅基摻雜鍍鋁膜玻璃為代表的透明導電玻璃，這種玻璃最主要的特點是導電性，因此，鍍膜基本都為金屬膜，能透光的同時也能夠導電，可以滿足光伏發電的需求。最后就是以平面反光鏡為代表的聚光組件玻璃，這種玻璃的最主要作用是將光線聚集起來，而聚集后的光線會集中到光伏電池之上，從而提高發電效率[3]。每種玻璃都有其特色，也有其獨特作用，而如何選擇，這與項目的需求有關。

3 太陽能光伏玻璃的特性

相比之下，太陽能光伏玻璃的自爆率是低于普通玻璃的。普通玻璃易爆，是因為其中參雜著多種雜質，而太陽能光伏玻璃不易爆，是因為這種玻璃采用的是高純度的原材料，在鋼化處理后，這種玻璃的硬度得到了很大的提升，自爆率大大降低，使其具有了普通玻璃所沒有的自爆率低特性[4]。

太陽能光伏玻璃的顏色具有一致性，使其在應用中更具美觀性。基于太陽能光伏玻璃技術的成熟，采用先進的色度分析技術，使玻璃顏色具有一致性，在應用中，可以做到實用性與美觀性相統一，使人擁有更好的視覺體驗。

基于太陽能光伏玻璃低鐵等特征，太陽能光伏玻璃的可見光透過率更高、通透性更好，紫外線透過率更低。由于光伏玻璃Fe2O3的含量低于普通玻璃，因此，從邊緣看光伏玻璃比普通玻璃更白一點，透光性更好。根據國標規定，超白壓花玻璃的最低光伏投射比為91.5%，所以這類型玻璃的可見光透過率極高，在有光的情況下，比其他玻璃更加晶瑩剔透，而且有水晶質感，更具通透性。而為了進一步減少陽光的反射，這部分玻璃還會在表面做特殊處理，多數表面都呈現絨毛狀，能夠增加光線的入射量。絨毛的設計可能在觸感上會比光滑的玻璃要差一點，但是這種絨毛狀的表面更容易保證玻璃表面的清潔，灰塵難以吸附在玻璃表面。也可以減少雨水等臟污對玻璃表面產生的污染，讓其保持清潔的狀態，以此提高發電率。

由于太陽能光伏玻璃進行了鋼化處理，增加了玻璃的密度，使其可以抵御風沙與冰雹等外力沖擊，從而起到保護太陽能板的作用。將玻璃進行加熱和冷卻，其表面就會形成均勻對壓應力，而在它的內部會形成張應力，這個過程就是玻璃的鋼化出力過程，經過鋼化后的玻璃，其抗沖擊性能、耐熱耐寒性能以及耐磨性能都會有所提升，基于太陽能光伏玻璃制作工藝與要求，應采用最優元素配比，使其在性能上均優于普通玻璃。也正是因為如此，導致太陽能光伏玻璃技術迭代緩慢，壁壘較高，所以太陽能光伏玻璃的工藝水平直接決定了產品質量與產品生產效率，技術的穩定與成本的控制成為太陽能光伏玻璃產業的核心競爭要素。

4 太陽能光伏玻璃的應用

基于太陽能光伏玻璃所具有的特性，以及其不同于其他玻璃的優越性，太陽能光伏玻璃在各領域中被廣泛應用。

4.1 太陽能光伏玻璃用于建筑幕墻、光伏屋頂、太陽能發電系統

建筑幕墻并不承受任何的重量，只適用于在建筑外部的裝飾之上，長期懸掛于建筑的外圍。當今時代，多數大型建筑以及高層建筑都會使用建筑幕墻，是一種建筑用的輕質墻體。建筑幕墻隨著現代科技的發展，也在不斷地進步：建筑幕墻從厚重逐漸向更加輕薄轉變；從可選擇種類少不斷向類型多樣、色彩豐富的方向發展；在不斷發展進步的過程中，建筑幕墻的安全性、施工技術的靈活性、幕墻的使用壽命等功能也在不斷增加，與之前相比也更加強大。此外，建筑幕墻的節能環保性能，在發展中越來越受到重視。因此，太陽能光伏玻璃作為新型材料應用于建筑幕墻的建筑方式應運而生。作為將傳統幕墻與新型建筑材料、光生伏打效應相結合的新興技術，其充分利用了太陽能，將太陽能轉化為可利用能源，作為可再生能源，太陽能的使用比起其他的能源使用更符合可持續發展的需求。在光能轉化為電能的過程中，符合環保理念。太陽能光伏玻璃在太陽能發電系統中的應用，應最大限度的利用并轉化太陽能為電能，在不需要燃料、不產生廢氣、沒有余熱與廢渣、不造成噪音污染的情況下進行發電，實現能源效益與環境效益和諧平衡發展。

太陽能光伏玻璃作為建筑幕墻，代替了許多傳統建筑材料，在產生能源效益的同時，減輕了環境負擔，保護了自然資源。目前較為知名的太陽能光伏玻璃幕墻建筑如慕尼黑貿易展覽中心，擁有世界上最大的太陽能屋頂光電系統的建筑，而Marina Pinnacle 則是坐落于迪拜的全單元式的幕墻酒店式公寓。而在國內，江西天工開物國際論壇會址也是其中之一，位于江西新余，是一幢全木結構的建筑，而且全玻璃幕墻的使用使其具有更加新穎的外觀和造型。

4.2 太陽能光伏玻璃作為組件封裝材料應用于光伏行業

無論光伏電池所使用的是什么技術路線，其前板總是離不開玻璃的，這也是太陽能光伏玻璃在光伏行業中所承擔的一個重要角色。在單晶硅電池領域，光伏組件的核心輔助材料主要是超白壓花玻璃，這也是主流的光伏玻璃品種，多數用在組建的封裝面板之上。而在光伏組件中，決定其發點效率和使用壽命的，最主要是光伏玻璃的強度以及透光率，因此光伏玻璃的選擇極為關鍵。在薄膜技術及薄膜組件領域，浮法技術與工藝被大量應用于前板、背板、TCL 的導電玻璃等方面。運用浮法生產的浮法玻璃，由于其易于調節厚度且厚度均勻、表面平整度高、質量好的優勢，適合用于生產大尺寸的產品。雖然目前浮法技術在太陽能光伏玻璃中的應用還并不太多，但基于其透過率高、耐候性好、不易積灰、強度高、尺寸大、更輕薄的特點，浮法玻璃在未來工藝發展中，具有廣闊的應用前景。

5 太陽能光伏玻璃發展趨勢

由于當下雙玻璃組件的滲透率在持續提升，而且技術更迭的速度依然比較緩慢，所以行業格局正處于一個穩定發展的階段，從這些情況來看，光伏行業依然有比較大的發展空間，而太陽能光伏玻璃行業也擁有廣闊的市場前景與無限的發展空間。現如今，雙玻璃組件的滲透率在不斷地提升，使用這類型組件已經成為行業的趨勢，所以太陽能光伏玻璃的需求量也在不斷地提升當中。

在雙玻化電池工藝的產線改造過程中，其單項成本的增加基本可以忽略不計，但卻不能否定光伏電站單位面積發電量在工藝改造后的提升情況，這也能夠降低光伏發電站的建設成本。因此，如今雙面組件的滲透率進入到高速增長的階段，三年內超過百分之六十不無可能。而且綜合考慮光伏裝機需求，同時對材料滲透率，透光率等因素進行考量，未來一年內光伏玻璃的需求量極有可能增長并超過同時期的30%。在裝機需求與雙玻化趨勢的推動下，太陽能光伏玻璃行業正穩步向前發展。

5.1 光伏玻璃在晶硅太陽能電池中的應用前景

晶硅太陽能電池組對于光伏玻璃要求極低，只要是應用最普通的硅酸鹽玻璃都能夠滿足技術標準的要求。因為玻璃的要求非常低，所以有些廠家會直接選擇使用普通玻璃或者超白浮法玻璃替代，更有甚者會應用塑料或者有機樹脂替代光伏玻璃。從這個方面出發，即使是絕大部分的晶硅電池都需要應用光伏玻璃作為外封裝的施工材料，但是因為樹脂材料可以使用的范圍比較大，光伏玻璃的應用就有很大的限制條件。即使應用的是光伏玻璃制作晶硅太陽能電池組的外封裝材料，并不是應用的壓延光伏玻璃，有可能是壓延方式為主、浮法為輔的方式，且最近幾年浮法光伏玻璃發展迅速，在市場上的影響力在不斷的提高。但是光伏玻璃在整個晶硅太陽能電池組內成本只占2%-3%，所以并不會有更大的發展空間。

5.2 光伏玻璃在薄膜太陽能電池中的應用前景

目前，市場上所應用的全部薄膜太陽能電池組，都必須安裝一塊和TFT-LCD 液晶面板中的玻璃基板相同的平板玻璃作為襯底使用，并且該部位上需要進行薄膜涂層處理。因為制作薄膜時，需要通過高溫鍍膜工藝進行，所以對于玻璃的要求比較高，還要保證玻璃的平整度、透光度以及工藝性合格，這樣制作之下，其難度就會高出晶硅太陽能電池比較多。目前應用浮法技術比較多，在鈉鈣超薄玻璃處理時，應用的是薄膜太陽能電池的鍍膜玻璃。鍍膜玻璃是目前太陽能電池內極為重要的組成部分，成本比例高達33%，所以其對于整個結構的成本影響比較大。當然，薄膜太陽能電池需要應用封裝玻璃，此時選擇應用普通超白玻璃即可滿足要求，其與晶硅太陽能電池應用的材料相同。

5.3 光伏玻璃與建筑一體化（BIPV）的發展前景

較之其他太陽能電池來說，BIPV 制作時將太陽能電池填充到兩塊超白電池之間。因此，兩塊玻璃之間還要應用一塊薄膜太陽能電池的基板玻璃。從這個方面出發，其對于光伏玻璃的需求量是比較大的，需要使用的光伏玻璃數量也要比其他電池組形式要多，所以需要積極的創新，以滿足當前的應用需要。這種三層玻璃的應用方式中，光伏玻璃的需求量變得更大，并且在整個產品中成本占比也會升高，說明未來光伏玻璃的市場會進一步地擴大。因此，未來光伏玻璃的市場發展空間是巨大的，有著很大的發展潛力。

6 結語

太陽能作為高效環保的新能源，將成為未來發展的一大趨勢。太陽能光伏發電行業也會隨著太陽能的開發利用越走越遠，不斷進步。因此，基于二者前提下的太陽能光伏玻璃行業也會穩步發展，不斷提高的技術手段，以及降低的生產成本，為太陽能光伏玻璃行業的發展提供了重要動力。再加上太陽能光伏玻璃行業獨有的行業壁壘，以及其行業的穩定性，為太陽能光伏玻璃的未來創造出了廣闊發展空間與發展前景。