太阳能玻璃的开发与应用

太阳能是一种取之不竭、用之不尽又无污染的洁净的自然能源。太 阳辐射到地球的总能量虽只有其本身每年产生的能量的２０亿分之一（相当于１８ ０万亿千瓦，约每平方米１０００瓦），这一巨大的能量十分惊人。如果把１００ 平方公里面积上的太阳能收集起来，仅仅几秒钟就相当于爆炸一颗原子弹所释放出 来的能量。因此，太阳能作为一种新的洁净能源正在受到人们的高度重视，世界各 国都在致力于开发和利用太阳能资源为人类造福。 目前，已有两种类型的太阳能转换技术装置被人们研制开发成功，并得到广为 应用。一是将太阳能转换为热能，即利用一种装置吸收或反射太阳辐射能并将其转 换成可利用的热能。二是将太阳能转换为电能，即利用特制材料（玻璃、硅电池） 所产生的光电效应，使太阳能直接转换为电能。 太阳能的利用装置和材料，无论是透光材料、吸收涂层和各种反射薄膜，以及 当今最为走俏的太阳能电池等都离不开玻璃。玻璃已成为太阳能开发与利用中最具 有竞争力的优秀一族。 透明的平板玻璃，作为一种基板材料，无论用于太阳能的热转化装置，还是用 于电能的转换装置，它都具有诸多优点：透明玻璃的表面经加工处理后，对太阳光 具有高的透过率或低反射率；玻璃中通过掺入特定的着色剂后，对太阳光谱的不同 波长可进行选择性吸收为人类所利用；玻璃具有耐高温而不变形的特点；易于拉制 成适用于太阳能利用所需的超薄、极超薄、普通薄玻璃等各种不同厚度的透明板材 ；玻璃的表面光滑平整，便于清洗镀膜加工，它具有抗风化和潮湿的腐蚀；玻璃虽 脆而易碎，但可以通过钢化等处理来增加其功能，达到增强效果，消除和防范脆而 易碎的弊病。 因此，国内外玻璃商们正大力开发太阳能玻璃。太阳能玻璃开发利用得好，就 有可能成为我国平板玻璃行业一个新的经济增长点。编辑部从本期开始连载太阳能 玻璃的专业文章，供企业参考。 据报道，世界上采用透明平板玻璃作基板研制应用于太阳能电池最早的国家为 德国。当初德国科技人员将这种板状的太阳能电池作为窗玻璃安装在建筑物上，它 可将摄取的电能直接供住户使用，多余的电能还可输入电网，这种最初的太阳能电 池用玻璃的开发利用，不久被一些欧、美工业发达国家及亚洲日本等国所重视，并 加快了用于太阳能的低铁、超薄太阳能玻璃的研制开发与应用的步伐。 用于太阳能的玻璃，在国际上玻璃商一般研制生产三种主要类型，一是从厚度 范围的开发、生产与应用；二是表面镀膜的太阳能玻璃；三是低铁太阳能玻璃的开 发、生产及应用。 太阳能玻璃的主要分类 据有关资料显示，当今人们开发应用的太阳能玻璃主要分厚度类、镀膜类及低 铁类三种主要类型。 一定厚度范围内的太阳能玻璃，从厚度范围看一般有三种： ①普通薄板玻璃２～６毫米：它们大量用于人类居住在地球上的各种太阳能（ 作为电池基板的光电幕墙、太阳光热能转换）装置的基板； ②超薄平板玻璃０.１～１.５毫米：它可用于太阳能发电用反射的玻璃镜、太 阳能电池的玻璃盖板（罩）等以及电子工业的平面显示器基板等； ③极超薄玻璃厚度≤０.１毫米：这种无碱极超薄玻璃不仅是电子工业各种平 面显示器用基片，同时也是宇宙开发领域中所急需的太阳能电池玻璃罩（玻璃盖玻 片），当今在太阳能电池中已崭露头角，成为玻璃中的俏品。 表面镀膜层的太阳能玻璃 英国皮尔金顿公司已将一种浮法玻璃在线镀膜工艺生产太阳能玻璃的使用权转 让日本板硝子。该镀膜技术系采用化学气相沉积法，在生产浮法玻璃的同时，在其 表面形成极薄的半导体膜层。不同的膜层可用来生产不同的产品。采用这种技术生 产的太阳能玻璃可用来制造电太阳能电池，即玻璃将吸收的太阳能转变成电能。 另据报道，１９９８年日本板硝子投资４０亿日元从英国皮尔金顿引进非晶形 镀膜太阳能电池用玻璃基板在线生产技术与设备，该设备已安装在日本千叶县的日 产４５０吨级的浮法玻璃生产线上，并于１９９９年底投产。由于环保要求日趋严 格，该公司预测到２０１０年，面向住宅的太阳能电池用玻璃市场将扩大到４００ 万平方米，为此该公司断定今后硅用量少的非晶形镀膜太阳能电池玻璃的需求量将 会有明显增长。这种在浮法玻璃成型过程中通过喷、吹工艺，直接在玻璃表面镀膜 ，与以往公司引进的化学气相沉积法相比，其生产成本大幅度降低，产品质量稳定 。日本除大批量生产在线镀膜的太阳能电池用玻璃外，还可生产建筑用低辐射膜玻 璃。 低铁太阳能玻璃 玻璃界专家指出，要生产优质的太阳能玻璃，提高玻璃的阳光透光率，就必须 减少浮法玻璃的铁含量；减少玻璃中铁含量，提高玻璃的透光率，生产低铁太阳能 玻璃最早由美国的福特公司玻璃厂研制成功。该公司生产低铁太阳能玻璃的工艺措 施是： ①在配合料中完全去除（确保玻璃颜色一致的）红粉（即氧化铁）； ②选择含铁量低的硅质原料，从源头上降低铁的含量； ③减少或除去外界掺入的机械铁，因这些外来铁是通过称量和混合过程而进入 窑炉熔制的。 ④在配合料中尽量少用还原剂，而利用氧化剂，因此公司为了制取低铁的太阳 能玻璃，在配合料中去除煤粉（还原剂），稍增加一些芒硝用量，并相应降低纯碱 用量。 美国福特公司玻璃厂采用上述工艺措施利用浮法玻璃熔窑拉制生产了９０００ ０平方米高透过率的低铁浮法玻璃，用于Ｐａｓｔｏ（巴斯脱）的１０兆瓦太阳能 电站，获得高效率的成功。该公司所生产的９００００平方米低铁太阳能浮法玻璃 ，厚度约为３毫米左右，光透过率为８９.３％，用这种低铁浮法玻璃制造的镀银 太阳能反射镜的太阳光反射率达８９.６％以上。 如今，美国ＰＰＧ公司已可自如地生产透过率高达９２％以上的低铁太阳能用 浮法玻璃。该公司技术人员，采取一系列切实有效的工艺措施，使玻璃原料中的Ｆ ｅ２Ｏ３（三氧化二铁）含量现已低于英国皮尔金顿公司含量的９３％；现今ＰＰ Ｇ生产的低铁浮法玻璃Ｆｅ２Ｏ３含量仅为０.００６３％，高透过率低铁浮法玻 璃不仅用作太阳能玻璃，而且作为汽车玻璃、导电膜玻璃、制镜玻璃及高档建筑玻 璃，它已成为一流的无缺陷优质浮法玻璃。 玻璃在太阳能集热器领域里的开发与应用 太阳能集热器，最早出现于１９１３年的欧洲，当时的英国人发明了利用平板 玻璃罩着的锅筒，沿槽形抛物面的焦点轴线放置，并使其长轴沿南北方向，白天自 动旋转，追踪太阳的光照来获得热能。这是最早的平板玻璃太阳能集热器。随着世 界工业、经济的飞速发展，太阳能的开发利用已成为世界各国能源工业研究和发展 的重点项目。据悉，太阳能集热器以聚焦型和玻璃护罩型两大类为主，并以平板型 和管状型等为辅的多种形式，在世界各国得到了广泛开发与利用。 聚焦型太阳能集热器 聚焦型集热器是利用玻璃镜的聚焦反射，将太阳的辐射热能聚焦在集热器锅炉 上而加热液体，驱动透平机发电。玻璃在太阳能利用的高温集热器系统中起到热能 聚集而转换为电能的重要作用。 太阳能通过大量的玻璃镜反射聚焦的热能可使锅炉内液体加热到５００℃的高 温，足以用于发电。据太阳能利用专家的估算，如以每片玻璃表面积约为２５平方 米的聚光镜建有１６０００个聚光玻璃镜系统来加热液体发电，可年发电达７亿千 瓦时左右。为此，美国在加利福尼亚州的一个沙漠地区耗资约１.４２亿美元，建 成了一座目前世界上最大的１０兆瓦塔式太阳能发电站而闻名于世界。据报道，该 发电站选用了１８１８面定目镜（聚焦玻璃镜），并按加州地区一定的日照规律追 踪太阳光照而排列组成。每一面玻璃聚焦镜由１２块玻璃镜片组成，面积３９.３ 平方米。该聚焦型太阳能发电站共耗用９００００平方米的３毫米厚高透光率低铁 浮法玻璃。该低铁玻璃全部由美国福特汽车公司浮法玻璃厂生产供货。该太阳能电 站于２０世纪８０年代末正式投入商业营运，至今运行良好，为世界太阳能聚焦型 发电工程提供了一个典范。 (.E501W03037.)