光伏边框现状及未来趋势.docx
光伏边框现状及未来趋势一、产业概述目前清洁能源主要有风能、太阳能、地热能、水能等。其中，太阳能作为新能源，得到国家的大力推广，大型光伏发电站也呈现出增长态势。2022年全球太阳能市场规模约230GW,其中中国新增光伏并网装机容量达到87.41GW,行业总产值突破1.4万亿元人民币。光伏边框是组件的重要组成部分，是主要用于固定、密封光伏组件的框架结构材料，对组件寿命影响较大，耐候性要求较高。按材料划分，光伏边框可分为铝合金边框、钢边框、复合材料边框，其中铝合金边框使用广泛，目前渗透率达到95%以上。此外，光伏边框属于价值较高的组件辅材，在光伏组件成本结构中，电池片成本占据比例约55%,以目前通用的铝边框尺寸及重量来看，光伏边框占比在13%左右（图1）,高于EVA、玻璃、背板、焊带等其他辅材.，是成本占比最高的辅材。图1光伏组建成本占比二、发展历程在中国光伏行业发展之初，铝合金依靠重量轻、耐腐蚀性强、成型容易等特点成为主要组件边框材料。但近年来，随着光伏组件应用场景越来越广，组件需面临的极端环境越来越多，对组件边框技术和材料的优化和变革也势在必行，衍生出了无框双玻组件、钢结构边框、橡胶边框、复合材料边框等多种边框替代方案。细数钢边框的发展,也有了一些历史。目前光伏组件中最新的应用是镀锌铝镁钢边框。2021年，光伏组件厂东方日升推出高性能合金钢边框。除了更具成本优势外，钢边框还具有更低的碳排放。对于复合材料边框，在2012年，国内便有企业率先开始了复合材料边框的研发，配套的专用树脂体系也应运而生。同样在当年，4个复合材料用于光伏边框的制备方法的发明专利被授权，从此开启了玻璃纤维增强的聚氨酯复合材料的发展。2013-14年，复合材料边框首次进行了装框、承载、老化、冷热交变循环和电绝缘性等性能测试，获得了预期的良好效果。2022年，国家太阳能光伏质检中心开展了复材边框长期性能测试。三、性能要求组件厂对光伏边框提出了力学性能上和功能性的要求，尤其是针对沿海的光伏组件。其中，要求边框的承载背压至少达到4000Pa;设计要实现防背玻爆裂、防组件弯曲变形；还要避免组件在温差较大情况下，产生密封胶破坏等问题；保证输出功率的稳定，具有较高的发电能力。三种边框各有特点（表1）,如铝合金边框的寿命得到验证,在30-50年之间，易于加工成型；钢边框在三种边框中成本最低；复合材料边框耐候性极佳，尤其适合在海洋环境中应用，同时架设较为便捷，不需要接地。指标铝合金材质钢材兔合材料（装璃纤维及聚氨）构成材料6系铝合金健锌铝银钢玻璃纤维.聚氨酩生产主要工艺挤压、阳极氯化：侪压精度商.挤压奴率高、产品定制化能力强折考.焊接成理,导致产品精度较低，边棍产品形状受限残纤粗纱撑布.注胶.挤区，模曼及固化密度2.7gcm37.85gcm32.1g/sP重量铝合金密度较低.具有轻质化将点钢铁宙度较大，增加了组件的单位支量及单位强荷要求金属部件减少,重量相对较轻耐腐饨性表面有致密而连续的氯化物保护展,耐腐馋性较强锌铝粮镀层切断面易被氯化、生锈.在断面、接孔处酎腐他性较弱.若为才强其耐腐馋性.加强其锌铝候梗层厚度需要更高的成本破璃纤维，聚氨酯复合材料目前已通过实验室验迂.具有一定耐属他性使用寿命铝合金使用寿仔长达30-50年接地孔处易发生糙蚀，难以达到25年使用舟命尚未得到长时间应用验证承或性抗扭拧性高、力学里度高,承假性较好力学强度较高,但钢边植电量增加,加大了风压.雪t下的承更风险抗扭拧性及力学承裁性仍需经过大量实践应用测试外观经表面处理后具育整洁.美观的优点外观存在颔色不均匀现象经功能图层喷涂后具有整洁.美观的优点弹性模量能终与光伏俄璃同步形麦不易发生组件爆板问题钢合金弹性模量与光伏玻璃差距过大，有组件爆板风险软璃纤维.聚氨的复合材料能第与光伏皴璃同步形爻.不易发生组件爆板问题环保与可回收性具有较高的经济回收价值,回收经济价值比可达83%以上铜材熔点较高,不易回收,回收过程耗费大量能猿，回收经济价值比不足25%玻纤.聚氨的等材料不可回收,会造成一定程度的环境污染表1铝合金、钢和复合材料边框的特点复合材料边框的构成主要是高分子材料，因此相比金属材料有相当多的特性差异。对于复合材料边框，可以满足:1、轻质。只有钢铁的27%重量，铝合金的75%重量。2、高强。抗弯曲强度是铝合金的6倍多。3、绝缘。聚氨酯复合边框是热与电的不良导体，导热系数只是铝合金的l640o电站可有效抵抗雷击。4、抗PID。聚氨酯复合材料的体积电阻率可达IXIOI4Qcm,光伏组件采用非金属边框封装后，大大降低了形成漏电回路的可能性,有助于减少PID电势诱导衰减现象的产生。5、耐老化、耐腐蚀。在聚氨酯复合材料表面涂装了水性聚氨酯涂层之后，该型材通过了6000小时流灯加速老化实验，有非常好的耐候性。传统风力发电的风叶就是聚氨酯复合材料，抗老化能力强。6、防火。聚氨酯复合材料的防火性能可以到达BI级阻燃要求。7、耐高低温，耐低温零下150度以上。8、可设计性好。尺寸收缩率是铝合金的1/3,线膨胀系数是1/31/4。9、力学性能优异，其轴向拉伸强度达到了传统铝合金材料的7倍以上。同时，其还具有很强的耐盐雾和耐化学腐蚀性能。10、色彩、光泽以及表面效果可灵活选择，满足多样化需求；有极好的附着性能，而且VOC排放极低。三、趋势与挑战出于成本考虑，以及海上光伏的崛起，复合材料边框对金属边框的替代趋势逐渐显著。据有关研究机构的调研显示，玻纤增强聚氨酯边框的市场占有率有望在2030年之前突破30%,其余的金属边框仍然占有绝对市场优势。行业需要把握住替代“窗口期”，从而实现低成本，大面积替代。所谓“窗口期”，即成本差异小于厂家心理设想价格差异的情况，这里的成本差异主要指不同材质边框，单位发电量所需边框的纤维和树脂成本差异。由于原材料的成本随时会发生变化，成本差异要及时更新。其次，因为企业自身工艺变化、供应链因素的调整以及经营风险因素的影响,企业的预期也会改变，导致难于把握。对于海上光伏，在人们最关心的使用寿命问题上，由于复合材料边框相对金属边框起步较晚，发展也不过10余年的历程，目前还没有给出明确的验证数据。针对复合材料的力学性能测试方法和性能指标，也不能采用金属边框测试的标准，均需要经过实地考察和大量的数据积累，进行重新设计。目前布局复合材料光伏边框的核心企业约有15家，主要集中在浙江、江苏两省。如正泰、隆基、晶科等头部主机厂商集中在嘉兴，带动了当地上游边框产业的发展。广东、安徽、四川、江西等地也有边框企业布局。
