太阳能光伏玻璃原片生产线加宽改造

太阳能光伏玻璃原片生产线加宽改造

冯捷逾 郝卫杰 宋来祥

（河南安彩高科股份有限公司）

摘要 介绍了光伏联合车间生产工艺及其自控系统；分析了原有的光伏玻璃原片生产线布置，从窑炉溢流口、唇砖、压延机、过渡辊台、退火窑等设备角度出发，确定了生产线各个工艺段的改造方案。改造后，公司原片宽板一次压制成功，具备了生产板宽1140mm和1200mm产品的能力。

关键词 光伏玻璃 宽板

1 引言

纵览半导体硅片发展历程，尺寸在不断增加，原因是硅片尺寸增加可以显著降低半导体芯片的生产成本。由于更大的硅片对下游来说更具有成本优势，使得硅片环节持续换代，有很明显的产品周期。换代往往意味着行业变革，抓住机遇的厂商能够脱颖而出，夯实壁垒。光伏硅片看似奇怪的尺寸，其实是源自半导体。从推进节奏上看，光伏硅片要落后于半导体硅片1-2代，主要原因是要解决硅单晶生长环节的成本问题，一旦新一代大硅片成本超越上一代硅片，换代升级就会启动^[1]。

在光伏平价进程的推动下，光伏厂商都积极采用大尺寸硅片来降本增效，导致硅片的规格也一直朝着大尺寸化演进。大硅片对产业链成本的降低，不仅在于自身成本能低多少，更重要的在于在于因大而带来的非硅成本的摊薄，使得产业链各环节的相对竞争力增强，投资收益提升。沿着产业链逆流而上来看，使用大硅片高功率组件可以减少支架、汇流箱、电缆、土地等成本，从而摊薄单瓦系统成本。组件环节用大硅片可以摊薄边框、玻璃、接线盒、人工等成本，电池环节用大硅片可以摊薄银浆、辅助设施、电力、人工等成本。大硅片不仅带来各环节成本的下降，还在组件功率、转换率等指标上明显提升，所以大硅片对电池生产商更具吸引力^[2]。

2 压延联合车间生产工艺

公司光伏玻璃压延联合车间布置在厂区的中部，由东向西依次布置了熔化、成形、退火工段。

2.1 工艺流程简述

原料车间制备好的配合料由带式输送机输送到压延车间窑头、经称量后的碎玻璃经带式输送机均匀地撒在带式输送机上，再经窑头往复可逆移动式带式输送机卸入窑头料仓。窑头料仓下设大型斜毯式投料机进行连续投料，将料推入熔窑。熔窑以天然气作为主要燃料。配合料经高温熔化、澄清、均化、冷却后形成合格的玻璃液流入工作部，并以1200℃左右的温度，从溢流口流入压延机。

压延机把玻璃液压制成不同花型的压花玻璃板，再经活动辊台进入退火窑。

连续的玻璃带在压延退火窑内，按一定的温度曲线进行退火后，冷却到70℃左右进入压延冷端机组，并经自动缺陷检测、切割、取板、堆垛后，由叉车运入深加工车间。

2.2 压延机组

生产线采用进口压延机组，其在设备制造精度及工艺控制精度上较国产压延机组有较大优势，生产连续稳定。进口压延机组设计增加压杠压力，以适应未来大拉引量及薄板生产。压延机设备技术参数如表1所示。

表1 压延机设备技术参数表

共有10台压延机组（5用5备），5个辊台。

压延机冷却风系统：每台压延机设2台高压离心通风机，用于冷却压延机及玻璃板。风机进风口设可更换的二道插板式过滤器，保证进气的洁净度。

2.3 退火工段

退火工段技术参数如表2所示。

表2 退火工段技术参数表

2.3.1 退火窑结构

退火窑壳体采用全钢全电结构，由若干节组成，根据退火曲线纵向划分为八区，各区内根据玻璃板温度采用不同的加热冷却系统，以便完成良好的退火和合理的降温。

A、B、C区分别为退火窑的退火前区、退火区和退火后区，是退火窑的关键区，直接影响到玻璃的退火质量。这三区壳体采用隔热保温的形式，在窑内配制合理的加热冷却系统，进行横向分区控制，有效地控制玻璃板的冷却速度和横向温差。

A 区（退火前区）：其作用是使从压延机出来的650℃左右的玻璃带均匀降温至玻璃退火上限温度，并根据生产不同厚度玻璃板的要求，调整玻璃板的横向温差。

B 区（重要退火区）：其作用是将己处于退火上限的玻璃带以一定的冷却速率进行冷却，从而使玻璃板的永久应力控制在允许的范围内。

C区（退火后区）：其作用是使B区出来的低于退火温度的玻璃带以较快的冷却速率进行冷却。因在该区玻璃板只产生暂时应力，不产生永久应力。

Ret 区为热风循环直接冷却区，它是利用退火窑内的热风配以一定的室温风，通过风机将一定温度的热风重新喷吹到玻璃板上，利用其强制对流使玻璃带快速冷却。为保证玻璃的正常生产，热风与玻璃板的温差不能太大，否则会引起玻璃板的炸裂，从而影响玻璃生产成品率，此区尽量密闭，并在该区后设有活门，冷却风温度由热电偶和风调节阀闭环控制，便于控制具有不同温度梯度的热风， 可获得平滑的玻璃温降曲线。

F区为室温风直接强制冷却区，它是利用车间内的室温风之间吹到玻璃带表面上，利用其强制对流实现玻璃板的快速冷却。

2.3.2 技术特点

本退火窑具有如下特点：合理进行加热和冷却装置的横向布置，以便有效地控制玻璃板的横向温度 。

A区冷却系统采用顺流工艺，降低A 区末端玻璃板的冷却速率，使之与 B 区前端玻璃板的冷却速率接近，改善退火曲线形状及玻璃板的退火质量。

为适应薄、厚玻璃的退火，在A区板上设置边部活动电加热抽屉，加热玻璃板边部，改善退火质量。

3 压延联合车间自控系统

压延联合车间熔化、退火工段设置分布式计算机控制系统（DCS），对生产过程参数进行检测、采集、数据处理、自动控制及统一管理。

3.1 热端计算机控制系统（DCS）

DCS采用成熟可靠的控制系统，DCS的硬件配置主要由工程师站、操作员站、过程控制站、通讯网络等部分组成。其中工程师站一套，可兼作操作员站，主要完成系统组态、编程组态等功能；操作员站为三台，主要完成参数显示、报警、控制操作；过程控制站两套， 主要作用是进行数据检测、处理控制算法并执行控制操作。为保证DCS 的可靠运行，过程控制站的主控制器、通讯总线及系统电源等均采用冗余配置。

3.2 成形退火工段控制及检测系统

（1）压延机由压延机设备自带控制系统进行控制；

（2）退火窑设红外温度仪，用于检测玻璃板温度；

（3）退火窑板上、板下温度等热工参数进入DCS进行集中显示，并对各区电加热及调节阀进行控制。

4 宽板改造方案

从技术层面上来说，硅片面积越大，同一晶圆上生产的芯片就越多，这样既可降低成本，又能提高成品率。由于在技术、设备、原材料等方面受到了各种限制，在生产光伏大尺寸产品中要突破技术壁垒。

4.1 改造后技术参数要求

改造后技术参数要求如表3所示。

表3 改造后技术参数要求

4.2 改造主要内容

4.2.1 利旧部分

（1）原有压延机及过渡辊台电控系统；

（2）原有压延机压延辊支座及传动部分；

（3）原有压延机、辊台轨道；

（4）原有压杠装置；

（5）原有过渡辊台支架及传动部分。

4.2.2 新增部分

（1）压延机升降采用电机控制；

（2）提供4对新水芯对应新压延辊；

（3）车架部分重新制作（所有的风管等连接件）；

（4）更换所有副辊（辊面尺寸2850mm）；

（5）提供过渡辊台辊子（辊面长度2680mm），辊台辊子安彩现场安装；

（6）更换压杠连接杆。

4.2.3 制作安装部分

压延机备用机清洗维修，按照新尺寸重新装配，现场压杆部分重新定位。

未提及的部分仍遵循原设计，要求如下：

（1）唇砖高度：唇砖距操作地面高度1200mm，退火窑标高950mm；

（2）熔窑出口至退火窑1#辊之间间距：压延机、辊台整体宽度按照原有压延机、辊台宽度设计；

（3）使用三排风刀，风刀分五区，分区焊接点不要过密，风刀应需要具备上下调整功能，便于调整副辊位置；

（4）水芯采用尼龙材质，分隔采用铝条方式；

（5）接应辊前后端都可以调整，高度±20mm，接应辊及主辊可以整体前后移动±20mm；

（6）过渡辊辊径：Φ140mm（镀陶瓷涂层）。

4.2.4 设备安装、调试要求

（1）设备以熔窑中心线作为纵向基准，以熔窑沿口作为横向基准；

（2）在纵横向基准上确定并固定压延机主体和过渡辊台的轨道；

（3）下压延辊的上母线标高作为设备整体在高度方向的基准；

（4）每根辊子应是水平放置，其水平度误差（以辊子端部为测量部位）不得超过0.2mm；

（5）每根辊子轴向中心线应与退火窑辊道中心线垂直，垂直度允差每米为0.1mm；

（6）各根辊子之间的中心误差不得超过0.5mm；

（7）每根辊子应互相平行，相邻两根辊子中心线平行度（以距辊面端部300mm处）允差为0.1mm；

（8）玻璃厚薄差控制在±0.2mm范围内（根据不同板宽有调整）；

（9）压延辊跳动控制在±0.04mm范围内；

（10）副辊跳动控制在±0.02mm范围内；

（11）过渡辊跳动控制在±0.02mm范围内；

（12）安装后做通水、气、风试验，各处不得有泄漏现象；

（13）设备装配完毕后，在制造厂进行空负荷试车48小时，经检验合格方可出厂。

改造后的压延机组如图1所示，退火窑出口处的玻璃板如图2所示。

图1 改造后的压延机组

图2 退火窑出口处的玻璃板

5 结论

通过对窑炉溢流口、唇砖、压延机、过渡辊台、退火窑等设备进行改造，公司原片宽板一次压制成功，具备了生产板宽1140mm和1200mm产品的能力，有助于进一步提升公司市场竞争力。

参考文献

[1] 徐云飞，庞钧文.210大硅片 凭什么能让光伏成本再降3年.全国能源信息平台[OL].北极星太阳能光伏网. 2020.

[2] 李安峰.深度解析：光伏大硅片之争 谁主沉浮.[OL].北极星太阳能光伏网. 2019.