太陽能玻璃的開發與應用分析

    玻璃護罩型太陽能集熱器，一般又可分為平板型太陽能集熱器和真空管式集熱器兩種。這兩種太陽能集熱器裝置的外部結構所用的蓋板及罩管大多采用玻璃材料制成。

    平板型太陽能集熱器主要由集熱器的吸熱板、平板玻璃蓋板、隔熱保溫層、加熱介質管及外殼框架等五大部分組成。其中平板玻璃蓋板尤為重要，多為經加工的強化玻璃（鋼化玻璃），具有耐風壓、耐積雪、提高性能以防污染和防止日照引起熱裂損等作用。通常使用的平板玻璃蓋板厚度為3.2毫米；面積一般為90厘米×180厘米平，均光透過率為85％。另外，15％為反射（約8％）和吸收損失。全部上為加大光透過率，正研制開發使用鐵含量低的玻璃（Fe2O3為0.01％～0.05％）和經化學腐蝕處理的玻璃，使其平均光透過率由85％提高到91％。

    真空管式集熱器主要由外管、集熱板、加熱介質內管等三大部分組成，這種真空式集熱器中使用的平均光透過率高達91％的鈉鈣玻璃管，厚度為2.0毫米，外徑為8～10厘米，長270厘米。真空式集熱器的玻璃管和金屬部件直接封接或通過熔塊過渡進行間接封接。為使集熱板在高真空內保持長時間，玻璃管大多采用膨脹系數為98×10－7／℃的鈉鈣玻璃（熒光燈管玻璃）與釬焊銅管的金屬（＃426合金）部件封接。

    太陽能集熱器使用玻璃材料不僅可大量降低成本，而且熱穩定性等良好，平板式集熱器中集熱板空燒溫度達160℃～180℃，真空玻璃管式集熱器空燒溫度高達230℃～270℃，管式的沒有對流和熱傳導引起的熱損失，真空絕熱效果比平板式更為顯著。但通過對比及計算，相同集熱面積的集熱器的成本，平板式和真空式之間幾乎一樣。其主要原因是采用了不可缺少的玻璃材料，太陽能集熱器制造商們十分注重集熱器配套用玻璃的選擇，尤其是從不同厚度及不同性能（低鐵玻璃）的選擇玻璃尤為重要。

    玻璃制造商已熟練地對2～3毫米薄玻璃進行物理或化學鋼化處理，不僅光透過率仍保持較高值，而且使玻璃的強度提高為普通平板玻璃的3～4倍。薄玻璃經過鋼化處理后，在太陽能利用中以薄代厚并達到相對降低玻璃鐵含量，提高光透過率及減輕太陽能集熱器的自重及成本，不僅切實可行，而且效果明顯。為了減少玻璃表面光反射率，玻璃制造商們通過物化處理方法，對玻璃表面進行一些減反射工藝處理，可制成“減反射玻璃”，其措施主要是在玻璃表面涂布一層薄膜層，可行之有效地減少玻璃的反射率。此薄膜層又稱之為減反射涂層。這種在玻璃表面制備的減發射層，可采用真空沉積法、浸蝕法和高溫燒結法等工藝得以實現。據悉，玻璃制造商們選用浸蝕法工藝為多。該工藝是指浸涂硅酸鈉與化學處理相結合制備減反射玻璃，作太陽能集熱器蓋板用，既經濟又簡便，其工藝流程大致如下：玻璃原片→洗滌→干燥→浸入硅酸鈉溶液→提取玻璃→低溫烘干（或自然風干）→二次化學處理→提取并烘干→檢驗（透光率、反射率及膜厚）→包裝→出廠該工藝方法可使玻璃透光率比原先提高4％～5％；如3毫米光透過率由原來80％提高到85％，折射率較高的白質玻璃（含鐵量較低），光透過率可從原來86％提高到91％。這種涂層與玻璃能夠牢固地結合，其耐磨性經測試表明十分良好。另據報道，美國發明的一種合成玻璃新工藝，用配置的金屬氧化物組成的膠狀物涂布于玻璃表面，作為玻璃的減反射層。這種被稱之為薄膜玻璃保護層還可用來涂布到太陽能裝置上面，形成了一層特殊的保護層作用。

    日本、美國等玻璃工業發達國家對這種減反射玻璃，不僅大量應用做太陽能集熱器的蓋板玻璃，而且廣泛用作太陽能電池的制造配套用玻璃材料之一。

    日本采用浸蝕法（氟硅酸產生的化學法使玻璃反射率降到2％，效果較好）玻璃光透過率可提高到90％以上，并制成3毫米厚尺寸為1000毫米×2000毫米的半鋼化玻璃做太陽能集熱器的玻璃蓋板，上市后受到太陽能制造商的歡迎。

    目前歐美國家用于集熱器的玻璃其含鐵量為0.01％，當玻璃厚度為3毫米時，光透過率可高達90％以上。據報道，在美國的皮爾金頓LOF公司已向北美市場投放其生產的低鐵浮法玻璃。產品已廣泛用于顯示器面板、光電模板、儀表蒙面玻璃、太陽能玻璃及影視快窗玻璃、高等商店櫥窗等，其玻璃厚度為2～12毫米。該低鐵浮法玻璃在歐洲市場上十分走俏，尤其是用于太陽能裝置的配套材料，更為搶手。