EP2780293A1 - Feuille de verre à haute transmission énergétique - Google Patents

Feuille de verre à haute transmission énergétique

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Publication number
EP2780293A1
EP2780293A1 EP12762613.3A EP12762613A EP2780293A1 EP 2780293 A1 EP2780293 A1 EP 2780293A1 EP 12762613 A EP12762613 A EP 12762613A EP 2780293 A1 EP2780293 A1 EP 2780293A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
glass
expressed
glass sheet
content
manganese
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP12762613.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Audrey DOGIMONT
Sébastien HENNECKER
Thomas LAMBRICHT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Glass Europe SA
Original Assignee
AGC Glass Europe SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AGC Glass Europe SA filed Critical AGC Glass Europe SA
Priority claimed from PCT/EP2012/069034 external-priority patent/WO2013072113A1/fr
Publication of EP2780293A1 publication Critical patent/EP2780293A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
    • C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
    • C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass

Definitions

  • the field of the invention is that of high energy transmission glasses, used in particular in photovoltaic modules or solar mirrors.
  • a transmission energy measured according to the ISO9050 standard between the wavelengths 300 and 2500 nm.
  • the energy transmission is measured according to this standard and given for a thickness of 3.85 mm.
  • a light transmission calculated between the wavelengths of 380 and 780 nm according to the ISO9050 standard, and measured with the illuminant D65 (TLD) as defined by the ISO / IEC 10526 standard by considering the CIE 1931 colorimetric reference observer as defined by ISO / IEC 10527.
  • TLD illuminant D65
  • the light transmission is measured according to this standard and given for a thickness of 3.85 mm at a solid observation angle of 2 °.
  • ferric Fe 3+ ions gives the glass a slight absorption of visible light of short wavelength and a stronger absorption in the near ultraviolet (absorption band centered on 380 nm), whereas the presence of Ferrous Fe 2+ ions (sometimes expressed as FeO oxide) cause high absorption in the near infrared (absorption band centered at 1050 nm).
  • Fe 3+ ferric ions give the glass a slight yellowing, while ferrous Fe 2+ ions give a pronounced blue-green color.
  • increasing the total iron content increases the absorption in the visible and the infrared, to the detriment of light and energy transmission.
  • a high concentration of Fe 2+ ferrous ions leads to a decrease in energy transmission.
  • CeO 2 cerium oxide
  • the object of the invention is in particular to overcome the drawbacks of the prior art, that is to say to provide a glass sheet with high energy transmission.
  • an objective of the invention in at least one of its embodiments, is to provide a glass sheet with high energetic transmission (via in particular an oxidation of the glass) and which is kept significantly stable over time.
  • Another object of the invention is to provide a solution to the disadvantages of the prior art which is simple and economical. 4. Presentation of the invention
  • the invention relates to a glass sheet having a composition which comprises, in a content expressed as percentages by total weight of glass:
  • the composition comprises a ratio of manganese / (total iron) of 1 to 8.5, the manganese content being expressed in the form of MnO in percentage by weight relative to the total weight of the glass.
  • the invention is based on a completely new and inventive approach because it solves the disadvantages of the prior art and solve the technical problem.
  • the inventors have in fact surprisingly demonstrated, for so-called "extra-clear" glasses, that it is possible to obtain the oxidizing effect of manganese while controlling the coloring that it can induce and by limiting the solarization phenomenon appearing with time.
  • the inventors have thus discovered that a weight ratio of manganese / (total iron) ranging from 1 to 8.5, combined with the other glass composition criteria defined above, makes it possible to obtain a significant increase in the energetic transmission of the glass sheet.
  • FIG. 1 represents the effect of the weight ratio manganese / ( total iron) on the energetic transmission of glass sheets according to the invention and according to the state of the art
  • FIG. 2 represents the effect over time of UV exposure on the energetic transmission of glass sheets according to the invention and according to the state of the art.
  • the composition comprises a total iron content (expressed as Fe 2 O 3 ) ranging from 0.002 to 0.03% by weight relative to the total weight of the glass.
  • This maximum value of total iron content makes it possible to significantly increase the energy transmission of the glass sheet compared to a clear glass. The minimum value makes it possible not to penalize too much the cost of the glass because of such low values often require very pure raw materials expensive or a purification of these.
  • the composition comprises a total iron content (expressed as Fe 2 O 3 ) ranging from 0.002 to 0.02% by weight relative to the total weight of the glass.
  • a total iron content (expressed as Fe 2 O 3 ) less than or equal to 0.02% by weight makes it possible to further increase the energy transmission of the glass sheet.
  • the composition comprises a total iron content (expressed as Fe 2 O 3 ) ranging from 0.005 to 0.02% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the invention comprises a manganese / (total iron) ratio of 2.5 to 6.5, the manganese content being expressed as MnO as a percentage by weight relative to the total weight of the glass.
  • a range of weight ratio manganese / (total iron) makes it possible to further increase the energy transmission of the glass sheet.
  • the composition comprises a manganese content (expressed as MnO) of 0.005 to 0.2% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a content of manganese (expressed as MnO) of 0.01 to 0.2% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a manganese content (expressed as MnO) of 0.01 to 0.15% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a manganese content (expressed as MnO) of 0.01 to 0.1% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition has a redox of 0.01 to 0.4. This range of redox makes it possible to obtain very satisfactory optical properties and in particular, in terms of energy transmission.
  • the composition has a redox of 0.03 to 0.3.
  • the composition has a redox of 0.05 to 0.25.
  • the composition of the glass sheet may comprise, in addition to the impurities contained in particular in the raw materials, a small proportion of additives (such as agents which assist the melting or refining of the glass) or of elements from the dissolution of the refractories constituting the melting furnaces.
  • additives such as agents which assist the melting or refining of the glass
  • the composition of the glass sheet comprises a cerium content (expressed as CeO 2 ) ⁇ 0.02% by weight per relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises a cerium content (expressed as CeO 2 ) ⁇ 0.01% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises a cerium content (expressed as CeO 2 ) ⁇ 0.005% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises a vanadium content (expressed as V 2 O 5 ) ⁇ 0.01% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises a vanadium content (expressed as V 2 O 5 ) ⁇ 0.005% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a vanadium content (expressed as V 2 O 5 ) ⁇ 0.01% by weight relative to the total weight of the glass and a cerium content (expressed in the form of CeO 2 ) ⁇ 0.02% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a vanadium content (expressed as V 2 O 5 ) ⁇ 0.005% by weight relative to the total weight of the glass and a cerium content (expressed as CeO 2 ) ⁇ 0.01 % by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition comprises a vanadium content (expressed as V 2 O 5 ) ⁇ 0.005% by weight relative to the total weight of the glass and a cerium content (expressed as CeO 2 ) ⁇ 0.005% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises an antimony content (expressed as Sb 2 O 3 ) ⁇ 0.2% by weight relative to the total weight of the glass. Higher levels of antimony, coupled with manganese, lead to the appearance of the phenomenon of solarization.
  • the composition of the glass sheet comprises an antimony content (expressed as Sb 2 O 3 ) ⁇ 0.15% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises an arsenic content (expressed as As 2 O 3 ) ⁇ 0.01% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the composition of the glass sheet comprises a chromium content (expressed as Cr 2 O 3 ) ⁇ 0.01% by weight relative to the total weight of the glass.
  • the glass sheet according to the invention preferably has an energy transmission (TE), measured for a thickness of 3.85 mm, of at least 89%.
  • the glass sheet according to the invention has an energy transmission (TE), measured for a thickness of 3.85 mm, of at least 90%, and more preferably, of at least 91%.
  • the glass sheet according to the invention preferably has a light transmission, measured with the illuminant D65 (TLD), according to the ISO9050 standard and for a thickness of 3.85 mm, of at least 90.5%.
  • TLD illuminant D65
  • the glass sheet according to the invention may be a glass sheet obtained by a float, rolling or any other known method for producing a glass sheet from a molten glass composition.
  • the glass sheet is a float glass sheet.
  • Float glass sheet means a glass sheet formed by the float process (or "float"), of pouring the molten glass on a bath of molten tin, under reducing conditions.
  • a sheet of float glass comprises, in known manner, a face called “tin face", that is to say a tin-enriched side in the mass of the glass near the surface of the sheet.
  • tin enrichment is meant an increase in the tin concentration relative to the composition of the core glass which may be substantially zero (tin free) or not.
  • the glass sheet according to the invention preferably constitutes the protective substrate (or cover) of the photovoltaic cells.
  • the glass sheet is coated with at least one thin transparent and electrically conductive layer. This embodiment is advantageous for photovoltaic applications.
  • the transparent and conductive thin layer is disposed on the internal face, that is to say between the glass sheet and the solar cells.
  • a transparent and conductive thin layer according to the invention may, for example, be a layer based on SnO 2 : F, SnO 2 : Sb or ITO (indium tin oxide), ZnO: Al or still ZnO: Ga.
  • the glass sheet is coated with at least one antireflective (or anti-reflective) layer.
  • This embodiment is advantageous in the case of photovoltaic applications in order to maximize the energy transmission of the glass sheet and, for example, to increase the efficiency of the solar module comprising this sheet as a substrate (or cover) covering photovoltaic cells.
  • the antireflective layer is disposed on the outer face, that is to say on the sun side.
  • An antireflective layer according to the invention may, for example, be a porous silica layer with a low refractive index or it may consist of several layers (stack), in particular a stack of layers of dielectric material alternating layers at low levels. and high indices of refraction and ending with a low refractive index layer.
  • the glass sheet is coated with at least one transparent and electrically conductive thin layer on one side and at least one antireflective layer on the other side.
  • the glass sheet is coated with at least one antireflective layer on each of its faces.
  • the glass sheet is coated with at least one anti-fouling layer.
  • an antifouling layer may be combined with a thin transparent and electrically conductive layer deposited on the opposite side.
  • Such an antifouling layer may also be combined with an antireflective layer deposited on the same face, the antifouling layer being outside the stack and thus covering the antireflective layer.
  • the glass sheet is coated with at least one mirror layer.
  • a mirror layer is for example a silver-based layer. This embodiment is advantageous in the case of solar mirror applications (planes or parabolic).
  • the glass sheet according to the invention can be integrated in a multiple glazing (in particular double or triple).
  • Multiple glazing means a glazing that includes at least two sheets of soft glass a space filled with gas or under vacuum between each pair of sheets.
  • the glass sheet according to the invention can also be laminated and / or tempered and / or hardened and / or curved.
  • the invention also relates to a solar photovoltaic module or a mirror for the concentration of solar energy, comprising at least one glass sheet according to the invention.
  • Manganese was incorporated in each case as MnO 2 .
  • the contents of the components were kept fixed with the exception of the amount of manganese.
  • the weight ratio manganese / (total iron) is therefore variable from one glass sample to another.
  • Composition 1 Content [% by weight]
  • Composition 2 Content [% by weight]
  • the optical properties of each glass sample in sheet form were determined and in particular, the energy transmission (TE) was measured according to ISO9050 for a thickness of 3.85 mm.
  • the TE values were determined to verify whether the energy transmission gain due to the oxidative effect of manganese is greater than the transmission loss due to staining caused by said manganese.
  • FIG. 1 (a) represents, for each of compositions 1 and 2, the difference in energy transmission ( ⁇ ) between an extra-clear glass according to the state of the art (reference) in which the manganese has not been added intentionally and is therefore present in trace amounts only (manganese content in the form of MnO ⁇ 15 ppm by weight) and each of the leaves of glass with variable manganese / (total iron) weight ratios.
  • Figure 1 (b) is an enlargement of Figure 1 (a).
  • a positive ⁇ therefore corresponds to a gain in energetic transmission compared to a usual extra-clear glass (manganese / (total iron) ⁇ 0) and a negative ⁇ corresponds to a loss in energetic transmission.
  • TE values for a thickness of 3.85 mm were also evaluated for these same glass sheets over a period of 196 hours of exposure under a UV lamp (Philips HP 125R) in order to verify the stability of the energy transmission in solarization condition. The results obtained are illustrated in FIG.
  • the glass sheets according to the invention have a TE which is significantly stable over time under the effect of UV irradiation (absence of solarization observed), especially in comparison with a sheet of glass comprising cerium.
  • the latter solarizes and shows a drastic decrease in TE in time under the effect of UV (loss of more than 2% in TE after 196 hours).
  • This figure also shows that the invention makes it possible to maintain a stability in time under the UV comparable to the "extra-clear" glass sheet according to the state of the art not comprising manganese.

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Abstract

L'invention concerne une feuille de verre extra-clair, c'est-à-dire une feuille de verre à haute transmission énergétique, utilisables notamment dans le domaine du solaire. Plus précisément, l'invention concerne une feuille de verre ayant une composition qui comprend, en une teneur exprimée en pourcentages en poids total de verre : SiO2 60 - 78% Al2O3 0 - 10% B2O3 0 - 5% CaO 0 - 15% MgO 0 - 10% Na2O 5 - 20% K2O 0 - 10% BaO 0 - 5% fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) 0,002 - 0,03%, la composition comprend un rapport manganèse/(fer total) de 1 à 8,5, la teneur en manganèse étant exprimée sous forme de MnO en pourcentage en poids par rapport au poids total du verre.

Description

Feuille de verre à haute transmission énergétique
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l' invention est celui des verres à haute transmission énergétique, utilisables notamment dans les modules photovoltaïques ou les miroirs solaires.
Dans le domaine du solaire où le verre est utilisé comme substrat pour des miroirs solaires ou recouvrant des cellules photovoltaïques, il est bien entendu extrêmement avantageux que le verre employé, qui doit être traversé par les rayonnements du soleil, présente une transmission visible et/ou énergétique très élevée. L'efficacité d'une cellule solaire est en effet significativement améliorée par une augmentation même très faible de cette transmission. En particulier, une transmission énergétique supérieure à 89%, de préférence supérieure à 90% ou même supérieure à 91% est hautement désirée.
Pour quantifier la transmission du verre dans le domaine englobant le visible et l'infrarouge solaire (ou proche infrarouge) ainsi qu'une partie des ultraviolets, on définit une transmission énergétique (TE) , mesurée selon la norme ISO9050 entre les longueurs d'onde 300 et 2500 nm. Dans la présente description ainsi que dans les revendications, la transmission énergétique est mesurée selon cette norme et donnée pour une épaisseur de 3,85 mm. Pour quantifier la transmission du verre dans le domaine du visible, on définit une transmission lumineuse (TL), calculée entre les longueurs d'onde de 380 et 780 nm selon la norme ISO9050, et mesurée avec l'illuminant D65 (TLD) tel que défini par la norme ISO/CIE 10526 en considérant l'observateur de référence colorimétrique C. I. E. 1931 tel que défini par la norme ISO/CIE 10527. Dans la présente description ainsi que dans les revendications, la transmission lumineuse est mesurée selon cette norme et donnée pour une épaisseur de 3,85 mm sous un angle d'observation solide de 2°.
2. Art antérieur Pour obtenir des valeurs de TL et/ou TE supérieures à 89% voire supérieures à 90%, il est connu de l'état de la technique de diminuer la teneur totale en fer dans le verre (exprimée en terme de Fe2O3 selon la pratique standard dans le domaine). Les verres silico-sodo-calciques dits « clairs » ou « extra-clairs » contiennent toujours du fer car celui-ci est présent comme impureté dans la plupart des matières premières utilisées (sable, calcaire, dolomie...). Le fer existe dans la structure du verre sous la forme d'ions ferriques Fe3+ et d'ions ferreux Fe2+. La présence d'ions ferriques Fe3+ confère au verre une légère absorption de la lumière visible de faible longueur d'onde et une plus forte absorption dans le proche ultraviolet (bande d'absorption centrée sur 380 nm), tandis que la présence d'ions ferreux Fe2+ (parfois exprimée en oxyde FeO) provoque une forte absorption dans le proche infrarouge (bande d'absorption centrée sur 1050 nm). Les ions ferriques Fe3+ procurent au verre une légère coloration jaune tandis que les ions ferreux Fe2+ donnent une coloration bleu-vert prononcée. Ainsi, l'augmentation de la teneur en fer totale (sous ses deux formes) accentue l'absorption dans le visible et l'infrarouge, au détriment de la transmission lumineuse et énergétique. De plus, une forte concentration en ions ferreux Fe2+ entraîne une diminution de la transmission énergétique. Il est ainsi également connu, pour augmenter davantage la transmission énergétique du verre, d'oxyder le fer présent dans le verre, c'est-à-dire de diminuer la teneur en ions ferreux au profit de la teneur en ions ferriques qui absorbent moins. Le degré d'oxydation d'un verre est donné par son rédox, défini comme le rapport en poids d'atome de Fe2+ par rapport au poids total des atomes de fer présents dans le verre, Fe2+/Fe total.
Afin de diminuer le rédox du verre, plusieurs solutions ont été proposées.
Il est par exemple connu d'ajouter au verre de l'oxyde de cérium (CeO2). Celui-ci est toutefois très onéreux, peut engendrer une coloration indésirable du verre mais surtout est à l'origine du phénomène dit de "solarisation" dans lequel la transmission énergétique du verre diminue fortement dans le temps du fait de l'exposition aux rayonnements ultraviolets présents notamment dans les rayons du soleil.
Il est également connu d'ajouter au verre du manganèse qui est capable d'oxyder le fer contenu dans le verre via la réaction: Mn3+ + Fe2+ -> Mn2+ + Fe3+. Toutefois, il est connu que le manganèse absorbe dans le domaine du visible. Cette absorption par le manganèse dans le visible cause dès lors une coloration du verre qui est souvent utilisée pour « compenser » (c'est-à-dire obtenir un rendu colorimétrique plus neutre ou plus approprié) une coloration indésirable du verre en venant absorber dans d'autres régions du spectre visible. Ceci est par exemple illustré dans les demandes EP1118597 et WO2005/075368A1 où l'on cherche à obtenir un verre ne laissant pas passer les UV (en particulier pour des récipients ou bouteilles contenant des liquides sensibles aux UV) grâce à l'ajout notamment d'éléments dits « UV-cut » comme le cérium et/ou le vanadium. Ces derniers engendrent une couleur indésirable qui est alors « neutralisée » par l'ajout de manganèse. Le phénomène de coloration du verre par le manganèse est bien entendu problématique dans le cas de verre dit « extra-clair » (basse teneur en fer) utilisé pour des applications solaires puisqu'il diminue la transmission énergétique. De plus, il est également bien connu de l'état de la technique, notamment de la demande EP555552A1, que le manganèse « solarise » lors d'une exposition du verre aux rayons UV (notamment présent dans les rayons du soleil), impactant donc très fortement la transmission énergétique du verre, paramètre d'une importance capitale pour du verre dit « extra-clair » utilisé pour des applications solaires. Du fait de ce phénomène de solarisation (s'ajoutant à la coloration indésirable), le manganèse ne consiste donc pas, selon l'état de la technique, en un élément adéquat à ajouter dans une composition de verre solaire dits « extra-clairs » destinés notamment à la fabrication de panneaux photovoltaïques ou miroirs solaires qui seront tout particulièrement exposés aux rayonnements du soleil.
3. Objectifs de l'invention
L' invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur, c'est-à-dire fournir une feuille de verre à haute transmission énergétique.
Plus précisément, un objectif de l'invention, dans au moins un de ses modes de réalisation, est de fournir une feuille de verre à haute transmission énergétique (via notamment une oxydation du verre) et qui est maintenue significativement stable dans le temps.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une solution aux désavantages de l'art antérieur qui soit simple et économique. 4. Exposé de l'invention
Conformément à un mode de réalisation particulier, l'invention concerne une feuille de verre ayant une composition qui comprend, en une teneur exprimée en pourcentages en poids total de verre :
SiO2 60 - 78%
Al2O3 0 - 10%
B2O3 0 - 5%
CaO 0 - 15%
MgO 0 - 10%
Na2O 5 - 20%
K2O 0 - 10%
BaO 0 - 5%
Fer total (exprimé sous forme de Fe2O3) 0,002 - 0,03%.
Selon l'invention, la composition comprend un rapport manganèse/(fer total) de 1 à 8,5, la teneur en manganèse étant exprimée sous forme de MnO en pourcentage en poids par rapport au poids total du verre.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et inventive car elle permet de solutionner les inconvénients de l'art antérieur et de résoudre le problème technique posé. Les inventeurs ont en effet mis en évidence de manière surprenante, pour des verres dits « extra-clairs », qu'il était possible d'obtenir l'effet oxydant du manganèse tout en contrôlant la coloration qu'il peut induire et en limitant le phénomène de solarisation apparaissant avec le temps. Les inventeurs ont ainsi découvert qu'un rapport pondéral manganèse/(fer total) allant de 1 à 8,5, associé aux autres critères de composition du verre défini ci-dessus, permettait d'obtenir une augmentation significative de la transmission énergétique de la feuille de verre. En particulier, ils ont mis en évidence que cette gamme de rapport pondéral manganèse/(fer total) permettait un gain global en transmission énergétique car, dans cette gamme, l'augmentation de la transmission due au pouvoir oxydant du manganèse est supérieure à la perte en transmission due au phénomène de coloration. De plus, ils ont découvert que cette gamme précise de rapport pondéral manganèse/(fer total) générait une feuille de verre présentant une stabilité significative de la transmission énergétique dans le temps et donc, un phénomène de solarisation très limité, voire inexistant. Dans l'ensemble du présent texte, lorsqu'une gamme est indiquée, les extrémités sont inclues. En outre, toutes les valeurs entières et sous-domaines dans gamme numérique sont expressément inclues comme si explicitement écrites. Dans l'ensemble du présent texte également, les valeurs de teneur en pourcentages sont des valeurs pondérales, exprimées par rapport au poids total du verre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante et des figures, données à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, parmi lesquelles la figure 1 représente l'effet du rapport pondéral manganèse/(fer total) sur la transmission énergétique de feuilles de verre selon l'invention et selon l'état de la technique, et
la figure 2 représente l'effet dans le temps d'une exposition aux UV sur la transmission énergétique de feuilles de verre selon l'invention et selon l'état de la technique.
Selon l'invention, la composition comprend une teneur en fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) allant de 0,002 à 0,03% en poids par rapport au poids total du verre. Cette valeur maximale de teneur en fer total permet d'augmenter de façon significative la transmission énergétique de la feuille de verre par rapport à un verre clair. La valeur minimale permet de ne pas trop pénaliser le coût du verre car de si faibles valeurs nécessitent souvent des matières premières très pures onéreuses ou bien une purification de celles-ci. De préférence, la composition comprend une teneur en fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) allant de 0,002 à 0,02% en poids par rapport au poids total du verre. Une teneur en fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) inférieure ou égale à 0,02% en poids permet d'augmenter davantage la transmission énergétique de la feuille de verre. De manière plus préférée, la composition comprend une teneur en fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) allant de 0,005 à 0,02% en poids par rapport au poids total du verre.
De manière préférée, la composition de l'invention comprend un rapport manganèse/(fer total) de 2,5 à 6,5, la teneur en manganèse étant exprimée sous forme de MnO en pourcentage en poids par rapport au poids total du verre. Une telle gamme de rapport pondéral manganèse/(fer total) permet d'augmenter davantage la transmission énergétique de la feuille de verre.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,005 à 0,2% en poids par rapport au poids total du verre. De manière préférée, la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,01 à 0,2% en poids par rapport au poids total du verre. De manière plus préférée, la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,01 à 0,15% en poids par rapport au poids total du verre. De manière toute préférée, la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,01 à 0,1% en poids par rapport au poids total du verre. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la composition présente un rédox de 0,01 à 0,4. Cette gamme de rédox permet d'obtenir des propriétés optiques très satisfaisantes et en particulier, en termes de transmission énergétique. De préférence, la composition présente un rédox de 0,03 à 0,3. De manière toute préférée, la composition présente un rédox de 0,05 à 0,25.
Selon l'invention, la composition de la feuille de verre peut comprendre, en plus des impuretés contenues notamment dans les matières premières, une faible proportion d'additifs (tels que des agents aidant la fusion ou l'affinage du verre) ou d'éléments provenant de la dissolution des réfractaires constituant les fours de fusion.
Pour les raisons évoquées ci-dessus (éviter le phénomène de solarisation) et selon un mode de réalisation préférentiel, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,02% en poids par rapport au poids total du verre. De préférence, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre. De manière plus préférée, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre. De préférence, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre. Selon encore un autre mode de réalisation préférentiel, la composition comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre et une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2) ≤ 0,02% en poids par rapport au poids total du verre. De manière préférée, la composition comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre et une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre. De manière toute préférée, la composition comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre et une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre.
Selon encore un autre mode de réalisation préférentiel, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en antimoine (exprimée sous forme de Sb2O3) < 0,2% en poids par rapport au poids total du verre. Des teneurs plus importantes en antimoine, couplé au manganèse, entraîne l'apparition du phénomène de solarisation. De préférence, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en antimoine (exprimée sous forme de Sb2O3)≤ 0,15% en poids par rapport au poids total du verre.
Selon encore un autre mode de réalisation préférentiel, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en arsenic (exprimée sous forme de As2O3) < 0,01% en poids par rapport au poids total du verre.
Selon encore un autre mode de réalisation préférentiel, la composition de la feuille de verre comprend une teneur en chrome (exprimée sous forme de Cr2O3) < 0,01% en poids par rapport au poids total du verre. La feuille de verre selon l'invention a de préférence une transmission énergétique (TE), mesurée pour une épaisseur de 3,85 mm, d'au moins 89%. Avantageusement, la feuille de verre selon l'invention a une transmission énergétique (TE), mesurée pour une épaisseur de 3,85 mm, d'au moins 90%, et mieux encore, d'au moins 91%.
La feuille de verre selon l'invention a de préférence une transmission lumineuse, mesurée avec l'illuminant D65 (TLD), selon la norme ISO9050 et pour une épaisseur de 3,85 mm, d'au moins 90,5 %.
La feuille de verre selon l'invention peut être une feuille de verre obtenue par un procédé de flottage, de laminage ou tout autre procédé connu pour fabriquer une feuille de verre au départ d'une composition de verre en fusion. Selon un mode de réalisation préférentiel selon l'invention, la feuille de verre est une feuille de verre flotté. Par feuille de verre flotté, on entend une feuille de verre formée par le procédé de flottage (ou « float »), consistant à déverser le verre en fusion sur un bain d'étain fondu, sous conditions réductrices. Une feuille de verre flotté comporte, de façon connue, une face dite « face étain », c'est-à-dire une face enrichie en étain dans la masse du verre proche de la surface de la feuille. Par enrichissement en étain, on entend une augmentation de la concentration en étain par rapport à la composition du verre à coeur qui peut être substantiellement nulle (exempte d'étain) ou non.
Le manganèse peut être incorporé dans la composition selon l'invention sous forme de différentes sources. Il peut s'agir par exemple de MnO, MnO2 ou de KMnO4. Dans le cas d'un module photovoltaïque solaire, la feuille de verre selon l'invention constitue de préférence le substrat de protection (ou couvercle) des cellules photovoltaïques. Selon un mode de réalisation de l'invention, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche mince transparente et conductrice de l'électricité. Ce mode de réalisation est avantageux pour des applications photovoltaïques. Lorsque la feuille de verre est utilisée comme substrat protecteur d'un module photovoltaïque, la couche mince transparente et conductrice est disposée en face interne, c'est-à-dire entre la feuille de verre et les cellules solaires.
Une couche mince transparente et conductrice selon l'invention peut, par exemple, être une couche à base de SnO2:F, de SnO2:Sb ou d'ITO (oxyde d'indium et d'étain), ZnO:Al ou encore ZnO:Ga.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche antirefléchissante (ou anti-reflet). Ce mode de réalisation est avantageux dans le cas des applications photovoltaïques afin de maximiser la transmission énergétique de la feuille de verre et, par exemple, d'augmenter ainsi l'efficacité du module solaire comportant cette feuille en tant que substrat (ou couvercle) recouvrant des cellules photovoltaïques. Dans des applications dans le domaine solaire (photovoltaïque ou thermique), lorsque la feuille de verre est utilisée comme substrat protecteur, la couche antirefléchissante est disposée en face externe, c'est-à-dire côté ensoleillement.
Une couche antirefléchissante selon l'invention peut, par exemple, être une couche à base de silice poreuse à bas indice de réfraction ou elle peut être constituée de plusieurs strates (empilement), notamment un empilement de couches de matériau diélectrique alternant des couches à bas et haut indices de réfraction et se terminant par une couche à bas indice de réfraction.
Selon un mode de réalisation, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche mince transparente et conductrice de l'électricité sur une première face et d'au moins une couche antirefléchissante sur l'autre face.
Selon encore un mode de réalisation, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche antirefléchissante sur chacune de ses faces.
Selon un autre mode de réalisation, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche antisalissure. Une telle couche antisalissure peut être combinée à une couche mince transparente et conductrice de l'électricité, déposée sur la face opposée. Une telle couche antisalissure peut également être combinée à une couche antirefléchissante déposée sur la même face, la couche antisalissure étant à l'extérieur de l'empilement et recouvrant donc la couche antirefléchissante.
Selon encore un autre mode de réalisation, la feuille de verre est revêtue d'au moins une couche miroir. Une telle couche miroir est par exemple une couche à base d'argent. Ce mode de réalisation est avantageux dans le cas des applications de miroirs solaires (plans ou paraboliques).
En fonction des applications et/ou des propriétés désirées, d'autres couches peuvent être déposées sur l'une et/ou l'autre face de la feuille de verre selon l'invention.
La feuille de verre selon l'invention peut être intégrée à un vitrage multiple (notamment double ou triple) . On entend par vitrage multiple, un vitrage qui comprend au moins deux feuilles de verre ménageant un espace rempli de gaz ou sous vide entre chaque couple de feuilles. La feuille de verre selon l'invention peut également être feuilletée et/ou trempée et/ou durcie et/ou bombée.
L'invention a également pour objet un module photovoltaïque solaire ou un miroir pour la concentration d'énergie solaire, comprenant au moins une feuille de verre selon l'invention.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention, sans intention de limiter de quelque façon sa couverture.
Exemples
Les exemples suivants sont destinés à comparer le gain/la perte en transmission énergétique obtenu(e) pour un certain rapport pondéral manganèse/(fer total).
Les matières premières ont été mélangées sous forme de poudre et placées en creuset pour la fusion, selon la composition 1 (fer total = 120 ppm) ou 2 (fer total = 200 ppm) montrée ci-dessous. Le manganèse a été incorporé dans chaque cas sous forme de MnO2. Pour tous les verres testés et pour chacune des compositions 1 et 2, les teneurs des composants ont été maintenues fixes à l'exception de la quantité de manganèse. Le rapport pondéral manganèse/(fer total) est dès lors variable d'un échantillon de verre à l'autre.
Composition 1 Teneur [% en poids]
CaO 9
K2O 0,015 SO3 0,3
TiO2 0,015
Al2O3 0,7
MgO 4,5
Manganèse (exprimé en MnO) Variable (de ~ 0
Fer total (exprimé en Fe2O3) 0,012
Composition 2 Teneur [% en poids]
CaO 9
K2O 0,015
Na2O 14
SO3 0,3
TiO2 0,015
Al2O3 0,7
MgO 4,5
Manganèse (exprimé en MnO) Variable (de ~ 0 à 0,18%)
Fer total (exprimé en Fe2O3) 0,020
Après la fusion, les propriétés optiques de chaque échantillon de verre sous forme de feuille ont été déterminées et en particulier, la transmission énergétique (TE) a été mesurée selon la norme ISO9050 pour une épaisseur de 3,85 mm. Les valeurs de TE ont été déterminées afin de vérifier si le gain en transmission énergétique du à l'effet oxydant du manganèse est plus grand que la perte en transmission due à la coloration causée par ledit manganèse.
La figure 1 (a) représente, pour chacune des compositions 1 et 2, la différence en transmission énergétique (ΔΤΕ) entre un verre extra-clair selon l'état de la technique (référence) dans lequel le manganèse n'a pas été ajouté intentionnellement et est donc présent à l'état de traces seulement (teneur en manganèse sous forme de MnO < 15 ppm en poids) et chacune des feuilles de verre avec des rapports pondéraux manganèse/ (fer total) variables. La figure 1 (b) est un agrandissement de la figure 1 (a). Un ΔΤΕ positif correspond dès lors à un gain en transmission énergétique par rapport à un verre extra-clair usuel (manganèse/(fer total) ~ 0) et un ΔΤΕ négatif correspond à une perte en transmission énergétique.
Cette figure montre dès lors bien qu'un gain en transmission énergétique est observé dans la gamme de rapport pondéral manganèse/(fer total) allant de 1 à 8,5. Ainsi, la gamme de rapport pondéral manganèse/(fer total) revendiquée permet une augmentation de la transmission énergétique, particulièrement significative dans le domaine du solaire et pouvant même atteindre 0,5%.
Les valeurs de TE pour une épaisseur de 3,85 mm ont également été évaluées pour ces mêmes feuilles de verre sur une période de 196 heures d'exposition sous une lampe UV (Philips HP 125R) afin de vérifier la stabilité de la transmission énergétique en condition de solarisation. Les résultats obtenus sont illustrés à la figure 2 montrant la différence (ΔΤΕ) entre la TE initiale (temps d'exposition = Oh) et la TE après un temps t d'exposition sous UV pour des feuilles de verre selon l'invention (rapport pondéral manganèse/(fer total)) de 1,7 ; 3,4 et 5,9), pour une feuille de verre selon l'état de la technique ne comportant pas de manganèse ou sous forme de traces (manganèse/(fer total) ~0) et pour une feuille de verre selon l'état de la technique comprenant 0,033% en poids de cérium (exprimé en CeO2). Cette figure montre bien que les feuilles de verre selon l'invention présentent une TE significativement stable dans le temps sous l'effet d'une irradiation UV (absence de solarisation observée), surtout en comparaison avec une feuille de verre comprenant du cérium. Cette dernière solarise et montre une diminution drastique de la TE dans le temps sous l'effet des UV (perte de plus de 2% en TE après 196 heures). Cette figure montre également que l'invention permet de maintenir une stabilité dans le temps sous les UV comparable à la feuille de verre « extra-clair » selon l'état de la technique ne comprenant pas de manganèse.

Claims

REVENDICATIONS
1. Feuille de verre ayant une composition qui comprend en une teneur exprimée en pourcentages en poids total de verre :
SiO2 60 - 78%
Al2O3 0 - 10%
B2O3 0 - 5%
CaO 0 - 15%
MgO 0 - 10%
Na2O 5 - 20%
K2O 0 - 10%
BaO 0 - 5%
Fer total (exprimé sous forme de Fe2O3) 0,002 - 0,03%,
caractérisée en ce que la composition comprend un rapport manganèse/ (fer total) de 1 à 8,5, la teneur en manganèse étant exprimée sous forme de MnO en pourcentage en poids par rapport au poids total du verre.
2. Feuille de verre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la composition comprend un rapport manganèse/(fer total) de 2,5 à 6,5.
3. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en fer total (exprimée sous forme de Fe2O3) de 0,002 à 0,02% en poids par rapport au poids total du verre.
4. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,005 à 0,2% en poids par rapport au poids total du verre.
5. Feuille de verre selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en manganèse (exprimée sous forme de MnO) de 0,01 à 0,2% en poids par rapport au poids total du verre.
6. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,02% en poids par rapport au poids total du verre.
7. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre.
8. Feuille de verre selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en vanadium (exprimée sous forme de V2O5)≤ 0,005% en poids par rapport au poids total du verre et une teneur en cérium (exprimée sous forme de CeO2)≤ 0,01% en poids par rapport au poids total du verre.
9. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend une teneur en antimoine (exprimée sous forme de Sb2O3) < 0,2% en poids par rapport au poids total du verre.
10. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle a une transmission énergétique, mesurée pour une épaisseur de 3,85 mm, d'au moins 90%.
11. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'au moins une couche mince transparente et conductrice de l'électricité.
12. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'au moins une couche antisalissure.
13. Feuille de verre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'au moins une couche antirefléchissante.
14. Feu ille de verre selon l'une des revend icatio ns 1 à
12, caractérisée en ce qu'elle est revêtue d'au moins une couche miroir.
15. Module photovoltaïque solaire ou miroir pour la concentration d'énergie solaire, comprenant au moins une feuille de verre selon l'une des revendications 1 à 14.
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