تصنيع المواد الخام للزجاج الكهروضوئي - هيدروكسيد الألومنيوم

تتميز الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري بضعف قوتها الميكانيكية، مما يجعلها عرضة للكسر. وتؤدي الرطوبة والغازات المسببة للتآكل في الهواء إلى أكسدة وتآكل القطب الكهربائي تدريجيًا، مما يجعله غير قادر على تحمل ظروف التشغيل القاسية في الهواء الطلق. لهذا السبب، تُغلّف الخلايا الشمسية عادةً بزجاج كهروضوئي عبر مادة EVA ولوحة خلفية. يحمي الزجاج الكهروضوئي الموجود في الوحدات الكهروضوئية البطارية من التآكل الناتج عن الماء والغاز، ويمنع وصول الأكسجين وبالتالي الأكسدة، كما يتميز بمقاومته لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة، وعزله الجيد، ومقاومته للتقادم. يُعد الزجاج الكهروضوئي نوعًا من زجاج السيليكات منخفض المحتوى من الحديد، ويُعرف أيضًا باسم الزجاج الأبيض المنقوش فائق البياض.

يختلف الزجاج الكهروضوئي المستخدم في خلايا السيليكون البلوري عن الزجاج المصقول. سطحه العلوي مصنوع من جلد الغزال، مما يُصعّب انعكاس الضوء بشكل منتظم عند سقوطه مباشرةً على سطح الوحدة. أما سطحه السفلي فهو منقوش، مما يُعزز قوة الالتصاق بغشاء EVA.

المكونات الرئيسية للزجاج الكهروضوئي

تشمل المواد الخام الرئيسية للزجاج الكهروضوئي رمل الكوارتز، وكربونات الصوديوم، والحجر الجيري، والدولوميت، ونترات الصوديوم، وملح غلاوبر، وبيروأنتيمونات الصوديوم، وهيدروكسيد الألومنيوم، وغيرها. يلعب رمل الكوارتز دورًا أساسيًا في تكوين الشبكة، وعادةً ما يشكل الجزء الأكبر من مكونات الزجاج. أما كربونات الصوديوم، فتُستخدم بشكل رئيسي لتوفير أكسيد الصوديوم، وذلك لخفض درجة انصهار الزجاج. ويتمثل الدور الرئيسي للحجر الجيري في ضبط لزوجة الزجاج إلى القيمة المناسبة، بحيث يلبي وقت تشكيل الزجاج متطلبات التشكيل. ويُستخدم ملح غلاوبر بشكل أساسي كمُصفٍّ، لإزالة الفقاعات من الزجاج، ولتحسين نفاذيته.

نسبة استهلاك المواد الخام للزجاج الكهروضوئي

يُصنع الزجاج الكهروضوئي عادةً بطريقة الدرفلة، ويمكن تقسيم عملية الإنتاج إلى مرحلتين: إنتاج الألواح والمعالجة العميقة. تشمل عملية الإنتاج الأساسية الخلط، والصهر، والدرفلة، والتلدين، والتقطيع. عند درجة حرارة تقارب 1100 درجة مئوية، يُدرف الزجاج المنصهر على بكرات الدرفلة ثم يُبرد، حتى يصل إلى سرعة معينة، وسمك وعرض ونمط محددين، بنسبة نفاذية تصل إلى 91.5%. بعد ذلك، يُخضع الزجاج لعملية تلدين في فرن خاص، مما يمنحه منحنى إجهاد مستقرًا نسبيًا، وقوة معينة، ومقاومة للكسر، ويسهل تقطيعه ومعالجته. تجدر الإشارة إلى وجود فرق بين خط إنتاج الزجاج الكهروضوئي المنقوش والزجاج المصقول.

عادةً ما تكون عملية المعالجة العميقة عبارة عن طلاء زجاجي أصلي وتقوية، حيث يهدف الطلاء إلى تحسين نفاذية الزجاج الكهروضوئي، بينما تهدف التقوية إلى زيادة الخصائص الميكانيكية للزجاج، حيث تبلغ قوة انحناء الزجاج المقوى من 3 إلى 5 أضعاف قوة الزجاج العادي، وقوة الصدم من 5 إلى 10 أضعاف قوة الزجاج العادي، مما يحسن القوة ويحسن السلامة أيضًا.

مخطط عملية تصنيع الزجاج الكهروضوئي

يتطلب أداء زجاج الخلايا الكهروضوئية O2 أن يتمتع بنفاذية ضوئية عالية. عمومًا، تتجاوز نفاذية الضوء في صفائح الفولاذ غير المطلية (ضمن نطاق أطوال موجية من 380 نانومتر إلى 1100 نانومتر) عادةً 91%، بينما تصل نفاذية الضوء في الزجاج المطلي بعد معالجته بشكل مكثف إلى 93.5%. إضافةً إلى ذلك، يجب أن يتمتع زجاج الخلايا الكهروضوئية بخصائص معينة من حيث مقاومة العوامل الجوية والخواص الميكانيكية. وفقًا للمعيار GB T 30984.1-2015 "زجاج الطاقة الشمسية - الجزء 1: الزجاج الأبيض المنقوش فائق البياض"، يجب أن يستوفي الحد الأدنى من أداء زجاج الخلايا الكهروضوئية المستخدم في وحدات الخلايا الكهروضوئية المتطلبات التالية.

صناعة الزجاج الكهروضوئي في الصين

تُعدّ عوائق صناعة الزجاج الكهروضوئي مرتفعة، كما أن تركيزها أعلى، ويتطلب إنتاجها تراكمًا طويل الأمد للخبرة وعملية إنتاج متكاملة، فضلًا عن الحاجة إلى استثمار أولي كبير. إذ يتطلب فرن زجاج كهروضوئي بسعة 900 طن/يوم استثمارًا أوليًا قدره 900 مليون يوان صيني، بينما يتطلب فرن بسعة 550 طنًا استثمارًا يتراوح بين 300 و400 مليون يوان. وتتميز الأفران الكبيرة بانخفاض تكلفة تصنيعها مقارنةً بالأفران العادية (انخفاض استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 20%). ونتيجةً لذلك، تتمتع صناعة الزجاج الكهروضوئي بتأثير حجمي واضح، وتتركز معظم تقنيات قلب الزجاج المنصهر في أيدي الشركات الرائدة، بينما تفتقر الشركات الصغيرة والمتوسطة نسبيًا إلى القدرة التقنية والاقتصادية اللازمة للاستثمار في بناء أفران بسعة 1000 طن.

منذ أن تجاوزت الصين العتبة التكنولوجية لإنتاج زجاج الخلايا الكهروضوئية في عام 2006، شهدت صناعة الخلايا الكهروضوئية المحلية نموًا سريعًا في أقل من عشر سنوات. فبعد أن كانت تعتمد كليًا على الواردات، أصبحت الصين أكبر منتج لزجاج الخلايا الكهروضوئية في العالم. إذ يستخدم أكثر من 90% من وحدات السيليكون البلوري في العالم زجاجًا كهروضوئيًا مُصنّعًا في الصين. وبالمقارنة مع الشركات الأجنبية، يتميز الزجاج الكهروضوئي الصيني بمزايا واضحة من حيث الجودة والتكلفة. وحتى ديسمبر 2017، بلغ عدد منتجات الزجاج الكهروضوئي فائق البياض في الصين 24 منتجًا، و40 فرنًا، و135 خط إنتاج، بطاقة إنتاجية إجمالية قدرها 21,290 طنًا يوميًا. وبناءً على متوسط ​​مستوى الإنتاجية في الصناعة البالغ 78%، يُقدّر الإنتاج المحلي من المواد الخام للزجاج الكهروضوئي فائق البياض بحوالي 14,773.20 طنًا يوميًا.

توقعات السوق

سيشهد عام 2018 إطلاق المكونات ثنائية الجوانب لأول مرة، ومن المتوقع أن ترتفع حصتها السوقية بسرعة، مما سيحفز الطلب على زجاج الخلايا الكهروضوئية. ويوضح الجدول التالي الطلب المتوقع على هذا الزجاج. وبالنظر إلى أن بعض أفران تصنيع زجاج الخلايا الكهروضوئية القديمة ستحتاج إلى صيانة دورية في عام 2018، فإن الطاقة الإنتاجية الفعلية ستكون أقل من الطاقة الإنتاجية الاسمية، مما سيؤدي إلى توازن دقيق بين العرض والطلب.

وفقًا للنتائج، منذ الربع الرابع من عام 2017، كان هناك تفاوت كبير بين العرض والطلب على الزجاج الكهروضوئي، وفي بداية عام 2018، وفي ظل افتراض أن صناعة الطاقة الكهروضوئية في الربع الأول من العام هي فترة ركود، ومع ارتفاع سعر الزجاج الكهروضوئي، حيث بلغ سعر ألواح الطلاء 31 يوانًا للمتر المربع أو أكثر، وسعر الزجاج حوالي 21 يوانًا للمتر المربع، فإن انتعاش الأسعار سيؤدي إلى تحسين مستوى هامش الربح الإجمالي لشركات الزجاج الكهروضوئي بشكل ملحوظ.