CN107200469A

CN107200469A - 高透光性玻璃板

Info

Publication number: CN107200469A
Application number: CN201710485207.6A
Authority: CN
Inventors: 刘再进; 宫汝华; 沈子涵; 展贵鑫
Original assignee: Sichuan Xuhong Optoelectronic Technology Co Ltd
Current assignee: Mianyang Junwei Technology Co., Ltd
Priority date: 2017-06-23
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2017-09-26

Abstract

本发明提供一种兼顾透光率及机械性能、抗风化性能等玻璃自身性能的高透光性玻璃板。该高透光性玻璃板含有6～9重量％的MgO及9～14重量％的Na₂O，且MgO与Na₂O的质量比以MgO/Na₂O计为0.4～0.7，并且，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计为130ppm以下。

Description

高透光性玻璃板

技术领域

本发明涉及兼顾高透光率及抗风化性能等玻璃自身性能的高透光性玻璃板，进一步，涉及使用了这样的高透光性玻璃板的太阳能光热装置、以及包含太阳能光伏发电模块等的太阳能发电装置。

背景技术

随着世界范围内能源供应紧张状况日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。

根据太阳能的特点和实际应用的需要，利用太阳能发电的例如利用根据光生伏特效应原理将太阳光能直接转化为电能的光伏发电系统、以及将收集的太阳能高效地转换为其它形式的有用能的太阳能光热装置等，是解决当前能源、资源、环境等问题的有效途径和方法。例如，在太阳能资源丰富的地区，太阳能光热发电系统具有高达24重量％的发电效率，它还可与常规的燃烧技术组合使用，构成一种多能互补发电系统。

另一方面，光是一种电磁波，具有波动性和微粒性。当光束照射于物质、例如玻璃时，光与玻璃发生相互作用，一部分会发生反射、另一部分会被玻璃吸收、其余的部分会穿过玻璃而到达玻璃另一面，于是形成了光的反射、散射、吸收、透射。由于玻璃会因其构成、厚度、表面清洁程度等的不同而获得对太阳光中的可见光、红外线和紫外线这三种射线的透射量、反射量及吸收量的不同，因此可以基于玻璃的上述各性质而对这三种射线的透射率、反射率和吸收率的相互关系加以调整，进而调节所获得的光学性能、热学性能等。

然而，就普通光伏光热玻璃板而言，现状是由于对可见光的透过率不足 (一般为86～90％左右)，加之自身的反射率和表面抗风化性能等环境耐性较低，导致至今仍无法获得令人满意的光热光电转换效率。

迄今为止，已有为了实现对太阳能的有效利用而提高太阳光相对于玻璃板的透射率的技术，但这些技术往往无法在保证高透光率的同时兼顾玻璃自身的机械性能、抗风化能力等环境对抗性能等(例如，参见专利文献1)，而这必将导致包含这样的玻璃板的装置，例如太阳能发电装置、太阳能光热装置、以及显示装置等无法在大温差、多风沙、多雨雪等恶劣气候环境中稳定地运行。

现有技术文献

专利文献1：中国专利申请公开号CN104556687A

发明内容

发明要解决的问题

鉴于上述情况，本发明的目的在于解决例如普通光伏光热玻璃板等用于太阳能发电装置、太阳能光热装置的玻璃板所存在的无法兼顾透光率及机械性能、抗风化性能等玻璃自身性能的难题。

具体而言，本发明鉴于上述背景而完成，目的在于通过优化玻璃的原料配比等而提供能够有效利用光能、即具有高透光率、反射率等，同时可使机械性能及环境对抗性能等玻璃自身的性能大幅提升，从而保证利用了这样的玻璃的太阳能发电装置、太阳能光热装置即使在大温差、多风沙、多雨雪等恶劣气候环境中仍可稳定地运行，进而使这些装置的使用寿命显著提高的高透光性玻璃板。

进一步，本发明的目的还在于提供使用了这样的高透光性玻璃板的太阳能光热装置、以及包含太阳能光伏发电模块等的太阳能发电装置。

解决问题的方法

本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，结果发现，通过优化玻璃的原料配比、即选择特定的组分并控制这些组分各自的含量及各组分间相对的含量关系，可以解决如上所述的技术问题，得到兼顾透光率及机械性能、抗风化性能等玻璃自身性能的高透光性玻璃板，进而得到包含这样的玻璃板的性能优异的太阳能光热装置、太阳能发电装置。

具体而言，本发明提供一种高透光性玻璃板，其含有6～9重量％的MgO 及9～14重量％的Na₂O，且MgO与Na₂O的质量比以MgO/Na₂O计为0.4～0.7，并且，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计为130ppm以下。其中，MgO与Na₂O 的质量比以MgO/Na₂O计优选为0.45～0.6、更优选为0.5～0.55。另外，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计优选为120ppm以下、更优选为115ppm以下、进一步优选为110ppm以下。

在本发明的如上所述的高透光性玻璃板中，优选进一步含有SiO₂：54～62 重量％、优选为58～61.8重量％、进一步优选为60～61.2重量％；Al₂O₃：9～15 重量％、优选为9.5～13.8重量％、进一步优选为10～13.3重量％、更进一步优选为12～12.9重量％；K₂O：5～8重量％、优选为5.6～7.2重量％、进一步优选为5.9～6.6重量％；ZrO₂：0.2～2.1重量％、优选为0.8～1.5重量％、进一步优选为0.9～1.4％；以及Li₂O：0～1重量％、优选为0.1～0.7重量％、进一步优选为0.2～0.5重量％。

本发明的如上所述的高透光性玻璃板的厚度优选为0.5mm～2mm、优选为0.6mm～1.5mm、更优选为0.8mm～1.2mm、最优选为1mm。

本发明的如上所述的高透光性玻璃板优选在厚度为1mm时的可见光透射比为91.5重量％以上，更优选在厚度为1mm时的可见光透射比为91.6％以上，进一步优选为在厚度为1mm时的可见光透射比为91.7％以上。

进一步，本发明提供一种太阳能光热装置，其包含如上所述的本发明的高透光性玻璃板。

进一步，本发明提供一种太阳能发电装置，其包含如上所述的本发明的高透光性玻璃板。其中，所述太阳能发电装置优选为太阳能光伏发电模块。

进一步，本发明提供一种显示器件保护用玻璃，其为如上所述的本发明的高透光性玻璃板。

发明的效果

根据本发明，通过优化原料配比、即选择特定的组分并控制这些组分各自的含量及各组分间相对的含量关系等，可提供一种高透光性玻璃板，其能够有效利用光能、即具有高透光率、反射率等，同时，其机械性能、抗风化能力等玻璃自身的环境对抗性能也大幅提升。

此外，本发明还能够提供使用了这样的高透光性玻璃板的太阳能光热装置、以及包含太阳能光伏发电模块等的太阳能发电装置，根据本发明，可保证利用了如上所述的高透光性玻璃板的太阳能发电装置、太阳能光热装置即使在大温差、多风沙、多雨雪等恶劣气候环境中仍可稳定地运行，进而使这些装置的使用寿命显著提高。

具体实施方式

本发明涉及的高透光性玻璃板含有6～9重量％的MgO及9～14重量％的 Na₂O，且MgO与Na₂O的质量比以MgO/Na₂O计为0.4～0.7，并且，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计为130ppm以下。

需要说明的是，物质对光的吸收和散射，使得物质呈现出颜色。而要减少玻璃对光的吸收和散射，就必须降低玻璃的着色能力。根据玻璃着色机理的特点，玻璃着色可分为金属胶体着色和离子着色。其中，离子着色对玻璃颜色有较大影响。离子着色是由于一些过渡金属，例如铁、铬、锰、铜、钛等存在多个价态，在玻璃中以离子状态存在，当玻璃受到光的照射时，价电子从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，导致玻璃的着色。因此，要提高光热光伏玻璃的透光率，就必须降低玻璃中过渡金属离子的含量。光热光伏玻璃所用原材料主要有石英砂、白云石、纯碱、氧化铝等，对于这些原料中的铁含量必须严格控制。

因此，在本发明的高透光性玻璃板中，Fe的含量以其氧化物Fe₂O₃计，为130ppm以下，优选为120ppm以下，更优选为115ppm以下，还优选为 110ppm以下。通过对玻璃板中的铁(Fe)含量进行管理，使得Fe的含量在该范围内，可获得期望透光率的光热光伏玻璃。

另一方面，玻璃在生产过程中容易产生析晶，而析晶会对玻璃的光学均匀性造成较大影响，引起玻璃对光的散射，进而对玻璃的透光率、反射率等造成影响。为此，本发明在玻璃成分中引入MgO、Na₂O。在本发明的高透光性玻璃板中，含有6～9重量％的MgO及9～14重量％的Na₂O，并且 MgO/Na₂O的质量比为0.4～0.7、优选为0.45～0.6、更优选为0.5～0.55。通过使本发明的玻璃板中以上述的含量比率含有MgO、Na₂O，并使MgO/Na₂O 的质量比在上述范围，不仅能够降低玻璃的析晶倾向，而且能够增加玻璃的延展性和机械强度。

进一步，在本发明的如上所述的高透光性玻璃板中优选进一步含有：

SiO₂：54～62重量％；

Al₂O₃：9～15重量％；

K₂O：5～8重量％；

ZrO₂：0.2～2.1重量％；以及

Li₂O：0～1重量％。

这些组分中，SiO₂是构成玻璃骨架的主要成分，能够提高玻璃的热稳定性、化学稳定性。其在本发明的玻璃板中的含量更优选为58～61.8重量％、进一步优选为60～61.2重量％。另外，玻璃中Al₂O₃的引入，会使玻璃的机械强度会增大，这是因为Al₂O₃在玻璃中起到修补网络的作用，使得玻璃中结构趋于紧密，增强玻璃的抗折强度和硬度，其在本发明的玻璃板中的含量更优选为9.5～13.8重量％、进一步优选为10～13.3重量％、更进一步优选为12～12.9重量％。此外，ZrO₂加入后，增强效果好，而且可以防止失透，其在本发明的玻璃板中的含量更优选为0.8～1.5重量％、进一步优选为 0.9～1.4％。进一步，通过将Al₂O₃、SrO、ZrO₂以上述的含量范围组合使用，能协同地提高增强效果。

本发明的高透光性玻璃板的厚度为0.5mm～2mm、优选为 0.6mm～1.5mm、更优选为0.8mm～1.2mm、最优选为1mm。厚度为上述范围内时，可获得期待的透光性，并且能够兼顾玻璃自身的环境对抗性能。另外，该玻璃板在厚度为1mm时的可见光透射比为91.5重量％以上、更优选为91.6 重量％以上、进一步优选为91.7重量％以上。

就本发明的高透光性玻璃板的用途而言，由于本发明通过对玻璃的原料配比进行优化、特别是对玻璃中铁含量、MgO/Na₂O的质量比等进行了严格控制，使玻璃板材料获得了较高的透过率、反射率等，并兼顾了机械性能、抗风化能力等玻璃自身的环境对抗性能，从而可保证利用了这样的玻璃板的模块/装置/系统等即使在大温差、多风沙、多雨雪等恶劣气候环境中仍可稳定地运行，进而使这些装置的使用寿命显著提高，因此，本发明的高透光性玻璃板可应用于各种要求透光性、同时要求环境耐性的装置及系统，举例而言，本发明的高透光性玻璃板可用于例如太阳能光热装置(太阳能聚光装置)、太阳能发电装置(例如太阳能电池、太阳能光伏模块等)、或用作显示器件保护用玻璃等。

实施例

以下，结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明并不限定于此。需要说明的是，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换、而不脱离本发明技术方案的精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的保护范围中。

需要说明的是，在本发明的说明、特别是以下的实施例及比较例中，“％”只要没有特别说明则为质量/重量基准。

以下，按照表1中的实施例1～8及对比例1～6的组分比例分别进行配比，得到了不同组分含量的各实施例及比较例的高透光性玻璃板。需要说明的是，为了充分说明符合本发明的构成要件的情况(实施例1～8)与不满足本发明的一个或若干个组分构成或其含量的情况相比所能够达到的优异技术效果，以下给出了6组对比例，详见表1中的对比例1～6。

其中，实施例1～8无论是对原料中的Fe含量还是对其它可以含有的组分的含量均严格进行了管理；对比例1～3也对原料中的Fe含量进行了严格管理，但其它构成均不在本发明的范围内，特别是其中的对比例2，除了 Al₂O₃以外，其余的组分及其含量均在本发明规定的范围内。另外，实施例 8和对比例6除了在有无对原料中的Fe含量进行严格管理的方面存在差异以外，其它组分及其含量均相同。

作为本发明的各实施例及比较例中的玻璃板的具体制备过程，将满足表 1所示配比的各原料混合并装入密封袋，在密封袋内进行混匀，然后倒入铂坩埚中熔化，将熔融玻璃液浇注在金属模具中，将玻璃连同金属模具一起放入退火炉内进行精密退火冷却，最终制成了厚度为1.0mm玻璃。

需要说明的是，表1中除了Fe含量以外的各组分的含量为重量％。

[表1]

编号	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	K₂O	MgO	ZrO₂	Li₂O	MgO/Na₂O	Fe₂O₃(ppm)
										实施例1	61.3	13.3	12.6	5	6.9	0.9	0	0.55	120
实施例2	54	15	13.8	6.8	9	1.4	0	0.65	125
										实施例3	62	13.2	9	6.6	6.2	2	1	0.69	124
实施例4	61.8	9	14	7.2	6	1.5	0.5	0.43	110
										实施例5	60.8	9.5	13.2	8	6.4	2.1	0	0.48	122
实施例6	61.2	12.9	12.9	5.9	6.4	0	0.7	0.50	123
										实施例7	60.8	12.9	13.1	5.6	6.8	0.8	0	0.52	115
实施例8	60.4	13.8	12.9	5.6	6.5	0.8	0	0.50	118
										对比例1	55.3	8.5	14.2	7.8	8.9	3.2	2.1	0.63	120
对比例2	61.5	8	12.5	7.8	8.5	1.5	0.2	0.68	120
										对比例3	64	7	10.6	9.2	9.2	0	0	0.87	130
对比例4	65	8.2	11.9	8.9	6	0	0	0.50	210
										对比例5	61.2	10	7.5	8	10.2	2.1	1	1.36	280
对比例6	60.4	13.8	12.9	5.6	6.5	0.8	0	0.50	240

其后，对制得的各实施例及比较例的玻璃板进行切割、研磨后制成 200mm×100mm×1.0mm的小样。每个实施例、对比例各制得40片。然后，为了评价各实施例及比较例的玻璃板的性能，针对各个玻璃进行如下详细阐述的Fe含量、透光率、表面硬度(铅笔硬度)的测试、以及单点多次落球试验、三点弯曲试验，并针对各实施例或对比例，取利用多片测定的结果的平均值，测试结果如表2所示。

其中，Fe含量采用了原子吸收测试方法。具体为将玻璃研磨成超细粉，称取一定质量的玻璃粉试样于白金皿中，加高氯酸和氢氟酸将试样溶解至湿盐状，再加酸溶清，定容至100ml容量瓶中，用作被测试液。配制含基体的氧化铁标液，基体的成分与待测玻璃成分相似，已挥发的二氧化硅成分除外；利用原子吸收标准曲线法测试试样，由测试得出的Fe浓度即可得出玻璃中的以Fe₂O₃计的Fe含量。

另外，透光率测试采用了紫外可见分光光度计(型号：722型，制造商：上海舜宇恒平科学仪器有限公司)。

表面硬度(铅笔硬度)测试采用了铅笔硬度计(型号：B-3084，制造商：佳新仪器设备有限公司)。

单点多次落球试验采用了落球冲击试验机(型号：MK-9968，制造商：东莞市迈科仪器设备有限公司)，使用175g钢球，基高15cm，中心点跌落3 次，每次上升5cm，直至玻璃破裂为止。其中，该测试样品为15片。

三点弯曲试验采用了万能试验机(型号：QJ-211S，制造商：上海倾技仪器仪表科技有限公司)，并设定跨距：80mm、杆径：6mm、下压速度： 10mm/min。其中，该测试样品为15片。

各测试/试验的结果归纳示于下述表2。

[表2]

根据表2的结果可知，满足本发明规定的组分及含量的本发明实施例 1～8的各玻璃板，其在透光率、表面硬度(铅笔硬度)的测试、以及单点多次落球试验、三点弯曲试验各个方面得到的评价结果普遍优于对比例。

特别是，将除了在有无对原料中的Fe含量进行严格管理的方面以外其它组分及其含量均相同的对比例6和实施例8的评价结果加以比较可知，实施例8在可见光透过率、弯曲强度及耐冲击性等方面均获得了期望的结果，与此相对，对比例6由于未对原料铁含量进行严格管理，其可见光透过率明显降低，弯曲强度及耐冲击性等自身机械性能也大幅下降。

另外，由表2的结果还可以明确的是，除了Al₂O₃以外其余的组分及其含量均在本发明规定的范围内的对比例2，由于Al₂O₃含量过低，造成机械强度不足，致使铅笔硬度、弯曲强度及耐冲击性的测试结果均不理想。

以上，结合实施例对本发明的技术方案及技术效果进行了详细说明，但上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡是采用本发明的设计原理，以及在此基础上对本发明技术方案进行修改或者等同替换、而不脱离本发明技术方案的精神和范围的技术方案，均涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高透光性玻璃板，其含有：

6～9重量％的MgO、及

9～14重量％的Na₂O，

且MgO与Na₂O的质量比以MgO/Na₂O计为0.4～0.7、优选为0.45～0.6、更优选为0.5～0.55，

并且，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计为130ppm以下。

2.根据权利要求1所述的高透光性玻璃板，其中，该玻璃板中Fe的含量以Fe₂O₃计为120ppm以下、优选为115ppm以下、更优选为110ppm以下。

3.根据权利要求1所述的高透光性玻璃板，其还含有：

SiO₂：54～62重量％、优选为58～61.8重量％、进一步优选为60～61.2重量％；

Al₂O₃：9～15重量％、优选为9.5～13.8重量％、更优选为10～13.3重量％、进一步优选为12～12.9重量％；

K₂O：5～8重量％、优选为5.6～7.2重量％、更优选为5.9～6.6重量％；

ZrO₂：0.2～2.1重量％、优选为0.8～1.5重量％、更优选为0.9～1.4％；以及

Li₂O：0～1重量％、优选为0.1～0.7重量％、更优选为0.2～0.5重量％。

4.根据权利要求1所述的高透光性玻璃板，其中，所述玻璃板的厚度为0.5mm～2mm、优选为0.6mm～1.5mm、更优选为0.8mm～1.2mm、最优选为1mm。

5.根据权利要求1或2所述的高透光性玻璃板，其中，所述玻璃板厚度为1mm时的可见光透射比为91.5重量％以上、更优选为91.6％以上、进一步优选为91.7％以上。

6.一种太阳能光热装置，其包含权利要求1～5中任一项所述的高透光性玻璃板。

7.一种太阳能发电装置，其包含权利要求1～5中任一项所述的高透光性玻璃板。

8.根据权利要求7所述的太阳能发电装置，其中，该太阳能发电装置包含太阳能光伏发电模块。

9.一种显示器件保护用玻璃，其是权利要求1～5中任一项所述的高透光性玻璃板。