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
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.。