太阳能玻璃的开发与应用分析

    玻璃护罩型太阳能集热器，一般又可分为平板型太阳能集热器和真空管式集热器两种。这两种太阳能集热器装置的外部结构所用的盖板及罩管大多采用玻璃材料制成。

    平板型太阳能集热器主要由集热器的吸热板、平板玻璃盖板、隔热保温层、加热介质管及外壳框架等五大部分组成。其中平板玻璃盖板尤为重要，多为经加工的强化玻璃（钢化玻璃），具有耐风压、耐积雪、提高性能以防污染和防止日照引起热裂损等作用。通常使用的平板玻璃盖板厚度为3.2毫米；面积一般为90厘米×180厘米平，均光透过率为85％。另外，15％为反射（约8％）和吸收损失。全部上为加大光透过率，正研制开发使用铁含量低的玻璃（Fe2O3为0.01％～0.05％）和经化学腐蚀处理的玻璃，使其平均光透过率由85％提高到91％。

    真空管式集热器主要由外管、集热板、加热介质内管等三大部分组成，这种真空式集热器中使用的平均光透过率高达91％的钠钙玻璃管，厚度为2.0毫米，外径为8～10厘米，长270厘米。真空式集热器的玻璃管和金属部件直接封接或通过熔块过渡进行间接封接。为使集热板在高真空内保持长时间，玻璃管大多采用膨胀系数为98×10－7／℃的钠钙玻璃（荧光灯管玻璃）与钎焊铜管的金属（＃426合金）部件封接。

    太阳能集热器使用玻璃材料不仅可大量降低成本，而且热稳定性等良好，平板式集热器中集热板空烧温度达160℃～180℃，真空玻璃管式集热器空烧温度高达230℃～270℃，管式的没有对流和热传导引起的热损失，真空绝热效果比平板式更为显著。但通过对比及计算，相同集热面积的集热器的成本，平板式和真空式之间几乎一样。其主要原因是采用了不可缺少的玻璃材料，太阳能集热器制造商们十分注重集热器配套用玻璃的选择，尤其是从不同厚度及不同性能（低铁玻璃）的选择玻璃尤为重要。

    玻璃制造商已熟练地对2～3毫米薄玻璃进行物理或化学钢化处理，不仅光透过率仍保持较高值，而且使玻璃的强度提高为普通平板玻璃的3～4倍。薄玻璃经过钢化处理后，在太阳能利用中以薄代厚并达到相对降低玻璃铁含量，提高光透过率及减轻太阳能集热器的自重及成本，不仅切实可行，而且效果明显。为了减少玻璃表面光反射率，玻璃制造商们通过物化处理方法，对玻璃表面进行一些减反射工艺处理，可制成“减反射玻璃”，其措施主要是在玻璃表面涂布一层薄膜层，可行之有效地减少玻璃的反射率。此薄膜层又称之为减反射涂层。这种在玻璃表面制备的减发射层，可采用真空沉积法、浸蚀法和高温烧结法等工艺得以实现。据悉，玻璃制造商们选用浸蚀法工艺为多。该工艺是指浸涂硅酸钠与化学处理相结合制备减反射玻璃，作太阳能集热器盖板用，既经济又简便，其工艺流程大致如下：玻璃原片→洗涤→干燥→浸入硅酸钠溶液→提取玻璃→低温烘干（或自然风干）→二次化学处理→提取并烘干→检验（透光率、反射率及膜厚）→包装→出厂该工艺方法可使玻璃透光率比原先提高4％～5％；如3毫米光透过率由原来80％提高到85％，折射率较高的白质玻璃（含铁量较低），光透过率可从原来86％提高到91％。这种涂层与玻璃能够牢固地结合，其耐磨性经测试表明十分良好。另据报道，美国发明的一种合成玻璃新工艺，用配置的金属氧化物组成的胶状物涂布于玻璃表面，作为玻璃的减反射层。这种被称之为薄膜玻璃保护层还可用来涂布到太阳能装置上面，形成了一层特殊的保护层作用。

    日本、美国等玻璃工业发达国家对这种减反射玻璃，不仅大量应用做太阳能集热器的盖板玻璃，而且广泛用作太阳能电池的制造配套用玻璃材料之一。

    日本采用浸蚀法（氟硅酸产生的化学法使玻璃反射率降到2％，效果较好）玻璃光透过率可提高到90％以上，并制成3毫米厚尺寸为1000毫米×2000毫米的半钢化玻璃做太阳能集热器的玻璃盖板，上市后受到太阳能制造商的欢迎。

    目前欧美国家用于集热器的玻璃其含铁量为0.01％，当玻璃厚度为3毫米时，光透过率可高达90％以上。据报道，在美国的皮尔金顿LOF公司已向北美市场投放其生产的低铁浮法玻璃。产品已广泛用于显示器面板、光电模板、仪表蒙面玻璃、太阳能玻璃及影视快窗玻璃、高等商店橱窗等，其玻璃厚度为2～12毫米。该低铁浮法玻璃在欧洲市场上十分走俏，尤其是用于太阳能装置的配套材料，更为抢手。