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太阳能光伏玻璃镀膜液

2017-11-27 10:50阅读:
纳米溶胶镀膜液技术及产品介绍

1、项目背景
太阳能光伏发电为零污染的清洁能源,目前已成为世界上最有发展潜力的行业,据彭博社分析师调研数据显示,预计2017年新增太阳能装机容量为44.5千兆瓦(GW),同比增长20.9%,相当于新建10个核电站。
目前,中国已成为全球第一大光伏电池生产大国,高速发展的中国光伏产业吸引着全球关注的目光。国家能源局近日发布数据显示,2017年上半年,全国新增光伏发电装机容量2440万千瓦,同比增长9%,其中:光伏电站1729万千瓦,同比减少16%;分布式光伏711万千瓦,同比增长2.9倍。专家表示,地面电站和分布式电站的“一减一增”,反映出我国光伏产业正在发生重要的结构性变化,正从简单地追求装机规模,向追求质量、效益转变。
《能源发展“十三五”规划》显示,2020年,太阳能发电规模达到1.1亿千瓦以上,其中分布式光伏6000万千瓦、光伏电站4500万千瓦。未来几年的发展重心都将集中于分布式。
光伏玻璃是目前保护光伏电池且自身透光率较高的最佳材料之一,1GW需要光伏玻璃739万平米,全球光伏玻璃需求达32886万平米
光伏玻璃自洁减反增透镀膜液
solar-module structure
1 太阳能电池及结构
使单位面积的光伏组件发出更多的电,可以大幅度降低太阳能电池的发电成本。由于发电效率跟光伏玻璃成正比,各国的行业精英都在致力于提高光伏玻璃的可见光透过率。提高单位面积光伏组件的发电量,一个有效的途径是在玻璃表面制备一层减反射膜(AR),高性能的减反膜,可使光伏组件的转换效率提高2.5%以上。
另一方面,由于光伏玻璃一般都是安装在荒郊野外,灰尘风沙大,玻璃表面极易变脏,经使用一段时间后光伏玻璃可见光透过率甚至只有最初的70%,大大影响了发电效率。所以为了提高发电效率,不仅需要提高光伏玻璃的可见光透过率,同时需要解决光伏玻璃表面的脏污问题,否则将大大制约太阳能光伏产业的发展。
如何增强光伏玻璃减反膜的防污自洁效果,长期保持光伏组件的发电效率,是太阳能电池产业需要解决的重大课题。其核心问题是开发一种具有增透抗污自洁耐磨功能的新一代纳米镀膜液。
目前主流的AR镀膜工艺有:真空磁控溅射镀膜,利用磁控溅射技术镀制多层膜系,合理地设计膜系结构,能取得很好的宽波段减反效果,且膜层的耐久性、耐磨性很好,缺点是其设备投资成本高,镀膜过程需在真空环境中进行,靶材成本相对较高,导致镀膜玻璃成本一直居高不下.
溶胶-凝胶法镀膜,采用提拉法,其工艺简单、设备投资成本低,但膜层质量差,只适合小样片制备,不适合大批量生产。
比较有竞争力的是喷涂和辊涂两种镀膜方式,该两种方式都是采用已经配制好的镀膜液,在玻璃表面形成一层多孔结构的减反膜层,实现单层减反膜宽波段减反射效果,既取得了良好的减反效果,制造成本也相对较低。两者的区别在于涂制方式的不同,喷涂方式需要定期对喷嘴进行处理,无法保证长时间连续生产,辊涂方式只要涂辊没有损坏,可以实现持续生产。
辊涂法生产AR镀膜光伏玻璃的原理是:采用太阳能光伏玻璃AR抗反射增透镀膜液,再通过辊筒涂膜机将AR镀膜液均匀涂布到光伏玻璃表面,经表干、加热固化后再进入钢化炉得到AR镀膜光伏玻璃。因辊涂法与喷涂法镀膜工艺相比,产品表面膜层的均匀度大幅度提高;相比提拉法镀膜工艺,生产效率也得到了极大的提高;同样,因辊涂工艺相对于磁控溅射工艺成本又相对比较低,国内大部分光伏玻璃生产厂家如深圳南玻、信义玻璃(芜湖)、常熟亚马顿等公司都已大规模产业化实现辊涂工艺制备AR镀膜光伏玻璃,辊涂法生产的AR镀膜光伏玻璃已投入到市场中,并得到客户的认可。但镀膜液仍然依赖进口国外产品(荷兰帝斯曼及美国3M公司)。

目前市场上减反膜为粒子简单堆积的开孔结构,对镀膜玻璃的减反效果有一定的限制,且表面开孔结构,容易沾染脏污等杂质,影响外观质量,并会影响镀膜玻璃的耐久性。因此,迫切需要开发一种纳米孔结构及表面闭孔结构的减反膜溶液,取代帝斯曼和3M产品,提升中国光伏玻璃产业的竞争力。
另一方面,目前市场上的主流减反膜溶液,全都采用化学法合成,所用的化学试剂来源有限,特别是金属醇盐,价格昂贵,来源困难,造成减反膜溶液合成成本高,难以规模化。
以褚道葆教授为首的创新团队长期致力于高性能太阳能电池及其材料的研究开发,集中力量对光伏玻璃材料的关键技术问题进行了攻关,独创合成新一代纳米溶胶镀膜液技术,开发新一代纳米溶胶镀膜液,取代国外进口产品(荷兰帝斯曼、3M产品),2015年承担芜湖市科技开发项目,进行了年产30AR镀膜液中试放大,产品已在信义光伏产业进行了生产线镀膜试验,大面积镀膜玻璃的平均透光率达到94.6%,峰值达到95.28%,增透2.6%,对比帝斯曼产品的平均透光率为94.4%.本项目创新性十分显著。
中试结果表明,太阳能光伏电池玻璃表面采用新一代纳米溶胶镀膜液后,能在光伏电池采光玻璃表面形成一层增透防污自洁防护层,此防护层在光线的照射下及雨水的冲刷下能保持其表面的洁净度,并能提高玻璃的可见光透过率,使用新一代纳米溶胶镀膜液的超白玻璃的透光率一般约在95%左右,减反膜理想折射率为1.23,本项目折射率≤1.28
anti-reflection condition
2 减反膜理想减反条件


2、产品的技术创新性
本项目开发的新一代纳米溶胶镀膜液的合成技术填补国内空白,达到国际先进水平。
新一代纳米溶胶镀膜液具有以下优点:
1)高透光率:纳米级光学涂层技术能使超白玻璃的透光率增加3%,从而增加电池组件输出功率;
2
)防尘防静电效果出色:提供的纳米自洁增透防静电涂层,表面抵抗值高,防灰尘效果出色;

3)自清洁功能非凡:纳米复合涂层能长期保持美观,长期发挥自清洁作用;超亲水特性无需人工清洗,利用雨水自洗,在下雨的情况下就能使污染物脱落;
4)防止结露:大幅抑制光伏玻璃产生结露;
5
)防刮划硬度:钢化后可以达到3H硬度防刮划效果;

6)涂敷的涂层具有高化学稳定性,高热稳定性,耐高温急变,耐老化,耐酸碱侵蚀,帮助太阳能玻璃长期在户外应用仍然保持稳定的增透防污性能,经久耐用;
7
)屏蔽红外线透过,减少红外线透过比,减少硅板温度,提高使用寿命。

项目的创新性主要有:
1)采用自主研发的专有技术制备光伏玻璃减发膜新一代纳米溶胶镀膜液,技术有独创性,产品成本远低于国外进口产品,性能稳定,超过进口产品。
2)本项目开发的镀膜液具有稳定的纳米溶胶组份,挥发性低,对环境友好,能很好地保证镀膜工艺的稳定性,适合辊涂工艺,取代进口产品,为国内光伏玻璃产业配套,平均透过率≥94.5%,折射率≤1.28

3、目前所处发展阶段
本项目是应信义光伏产业迫切需要降低镀膜玻璃生产成本取代进口产品而开发的,目前项目产品已完成中试开发,中试镀膜液已在信义光伏产业生产车间进行大面积压花超白玻璃的镀膜试验,进行了镀膜玻璃透光率等多项性能指标的测试,透过率达到94.6%,已超过帝斯曼产品,与信义光伏已建立紧密的合作关系,做好了批量生产的工艺、技术准备。
公司已申报发明专利11项,授权专利4项,电化学合成光伏玻璃减发膜新一代纳米溶胶镀膜液的技术发明专利正在实质审查。
褚道葆教授创新团队长期从事电化学科学和技术包括能源电化学、有机电化学、纳米电化学和电催化的研究,特别是在电化学合成各种纳米材料、太阳能电池材料以及锂离子动力电池材料研究方面获得一些在国内外有重大影响的成果,为本项目的研发和产业化打下了坚实的基础。

4、产品制造工艺流程
水解反应——纳米溶胶制备——镀膜液合成——产品包装

5、产品性能指标
1)纳米溶胶镀膜液性能指标:
固含量:1%-4%
折射率:≤1.28
粘度: ≤10CPS
颜色: 无色至淡黄色液体
pH 4-7
(2)太阳能镀膜玻璃性能指标:
透过率:≥94.5%
铅笔硬度:≥3H
耐洗刷性能:符合JC/T 2170-2013
耐酸性能:符合JC/T 2170-2013
耐中性盐雾性能:符合JC/T 2170-2013
耐热循环性能:符合JC/T 2170-2013
耐湿冻性能:符合JC/T 2170-2013
耐湿热性能:符合JC/T 2170-2013
耐紫外性能:符合JC/T 2170-2013
耐砂尘性能:符合JC/T 2170-2013

6.财务分析
本项目对新一代纳米溶胶镀膜液进行产业化开发,设计建设生产能力为年产1000吨纳米溶胶镀膜液批量生产线,可为信义光伏玻璃生产配套,取代国外进口镀膜液,填补国内空白。
投资估算:总投资1800万元,其中设备投资200万元,流动资金1000万元,专利技术费600万元,厂房面积2000平米,项目3个月可建成投产,产品平均含税价格6万元/吨,达产后的正常年份,年销售收入6000万元,年纯利润总额1860.3万元,纯利润率31%投资利润率103%
1)生产成本: /t
原材料: 21630 水、电、气费:1500
职工工资: 1440 (按人员30人, 4000元/月计算)
设备年折旧费:25025万元/年)
厂房租赁费:2882000平米×12×12 = 28.8万元/年); 不可预见费:400
吨成本:25508元;生产总成本:2550.8万元
产品原材料成本

原料名称
单价(元/t
用量(t/t
价格(元)
TEOS
18000
0.06
1080
DDS
40000
0.015
600
乙醇
9000
0.5
4500
纳米溶胶
800/kg
0.012
9600
浓硝酸
8000
0.01
80
异丙醇
11000
0.5
5500
乙二醇
9000
0.03
270
合计


21630
2销售收入
销售价格:

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