其他尝试都是徒劳,铝合金边框是光伏组件唯一选择

自光伏组件诞生起就被做为边框材料使用,一直伴随其侧,未有任何其它材料替代,承担着光伏组件的抗风载、雪载、对光伏组件进行全方位的保护,并方便组件安装,足以说明铝合金边框在光伏组件中的不可替代性。

自光伏组件诞生起就被做为边框材料使用,一直伴随其侧,未有任何其它材料替代,承担着光伏组件的抗风载、雪载、对光伏组件进行全方位的保护,并方便组件安装,足以说明铝合金边框在光伏组件中的不可替代性。

边框替代解决方案

边框替代解决方案

目前市场上出现一些合金钢结构边框产品,但是由于工艺限制,导致其外观与现有铝合金边框有较大差异,客户很难接受从美观性优异的铝合金边框切换到外观较差的钢结构边框,产品外观对比如下

目前市场上出现一些合金钢结构边框产品,但是由于工艺限制,导致其外观与现有铝合金边框有较大差异,客户很难接受从美观性优异的铝合金边框切换到外观较差的钢结构边框,产品外观对比如下

我们可以借鉴历史更悠久的建筑门窗行业框架材料的发展之路,为光伏组件边框的发展做个参考。门窗框架经历过木窗、钢结构窗、塑钢窗时代,最终技术发展决定了以铝合金门窗为主的现代门窗系列-1

我们可以借鉴历史更悠久的建筑门窗行业框架材料的发展之路,为光伏组件边框的发展做个参考。门窗框架经历过木窗、钢结构窗、塑钢窗时代,最终技术发展决定了以铝合金门窗为主的现代门窗系列-1

我们可以借鉴历史更悠久的建筑门窗行业框架材料的发展之路,为光伏组件边框的发展做个参考。门窗框架经历过木窗、钢结构窗、塑钢窗时代,最终技术发展决定了以铝合金门窗为主的现代门窗系列-2

我们可以借鉴历史更悠久的建筑门窗行业框架材料的发展之路,为光伏组件边框的发展做个参考。门窗框架经历过木窗、钢结构窗、塑钢窗时代,最终技术发展决定了以铝合金门窗为主的现代门窗系列-2

目前182及210版型尺寸统一,本测算按照统一后的尺寸进行估算

目前182及210版型尺寸统一,本测算按照统一后的尺寸进行估算

铝是地球上含量最丰富的金属,铝合金是以铝为基添加一定量其他合金元素,同时具有很多优良性能,在工业和生活中应用广泛。铝合金边框一直作为光伏组件重要辅材之一,随光伏行业一起发展。

现阶段,在光伏行业“降本”、“增效”两大发展目标下,组件厂家采用了降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加组件尺寸等多种组件降本提效方案。这样对铝合金边框强度提出了更高的要求。同时,铝价的上涨也让组件厂家考虑多种边框替代方案,甚至考虑取消边框。

本文讨论了无框双玻组件、钢结构边框、橡胶边框、复合材料边框的特点,并与铝合金边框做了对比。作为参考,将建筑门窗用框架材料的使用情况作为对比,讨论了铝合金结构材料的使用优势。最后,探讨了铝合金边框投入和回收情况。结果发现,铝合金由于本身特点,在众多材料发展中作为结构材料脱颖而出,具有绝对优势,资产保值增值效果明显。光伏组件使用铝合金边框是光伏行业发展的唯一正确选择。

01.引言

铝合金作为第二大结构材料,具有的优良新能:强度高、牢固性强、导电性能好,抗腐蚀抗氧化,抗拉力性能强、运输安装便捷,以及便于回收等其他材料无法比拟的优势。自光伏组件诞生起就被做为边框材料使用,一直伴随其侧,未有任何其它材料替代,承担着光伏组件的抗风载、雪载、对光伏组件进行全方位的保护,并方便组件安装,足以说明铝合金边框在光伏组件中的不可替代性。

02.铝合金材料特点

铝合金边框一直是光伏组件必不可少的辅材之一,主要是由于铝合金材料本身的优势,主要有:

  1. 密度低,铝的密度约为2.7g/cm3,在金属结构料中仅高于镁的第二轻金属,只有铁或者铜的1/3;
  2. 易强化,纯铝强度不高,但通过合金化和热处理容易使之强化,制造高强度铝合金,强度可以和合金钢媲美,所以,弹性率、刚性、金属疲劳值高,不易变形,可以很好的保护太阳能电池板;
  3. 导电好,铝的导电性和导热性仅次于银、金、铜。如按照等质量金属导电能力计算,铝几乎是铜的一倍。所以有利于组件安装接地;
  4. 塑性高,铝及其合金延展性好,可通过挤压、轧制或拉拔等压力加工手段制成各种型、板、箔、管和丝材;
  5. 易表面处理,铝可通过阳极氧化着色处理,处理后硬度高,耐磨耐腐蚀及电绝缘性好,通过化学预处理还可以进行电镀、电泳、喷涂等进一步提高铝的装饰性和保护性;
  6. 抗腐蚀,抗氧化性强,铝和氧具有有极高的亲和力,自然条件下铝表面会生成保护性氧化物,具有比钢铁强的耐腐蚀性。因为这一优点,铝合金型材被广泛应用到建筑、工业各大领域;
  7. 运输、安装便捷,表面即使划伤也不会产生氧化,不影响性能;
  8. 使用寿命长,铝合金的寿命一般在30-50年以上。而电池板的寿命在25-30年,所以完全可以达到使用要求;
  9. 造型美观:铝合金表面经阳极电化处理后,可呈现银白、黑色等,符合美学要求;
  10. 易回收,铝的熔融温度低,为660°С左右,废料容易再生,回收率极高,回收能耗只是原生铝的3%。

03.边框替代解决方案

在光伏产业“降本”、“增效”两大发展目标下,组件生产企业大多采用降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加组件尺寸等多种组件降本提效方案,以上降本方案最终对边框结构强度提出更高要求。同时,光伏组件厂家一直在寻求替代解决方案,其中即有无框双玻组件这样取消边框的解决方案,也有考虑过用其他材质光伏边框,包括钢结构、橡胶、复合材料等。接下来对各种解决方案做以下讨论分析,从而让读者对光伏组件边框有更清楚的认识。

无框双玻组件

由于无框双玻组件采用双层玻璃,提高组件的机械性能,同时搭配无框双玻压块,理论上可将铝合金边框省去。但实验室测试结果与电站实际运行始终存在差异,无框双玻组件安装几年内,收到大量客户投诉,主要原因是无框双玻组件出现弯曲变形,造成电池片隐裂和玻璃爆裂。引起组件变形的应力来源主要是:(1)汇流带层压应力不均:(2)机械应力不均;(3)热应力不均。无框双玻组件出现的问题导致组件厂家损失惨重。铝合金边框可使光伏组件边缘受力均匀,不会因安装夹具、内部应力等原因造成应力隐患。经历过无框双玻组件后,光伏生产厂家更加意识到铝合金边框对光伏组件的重要性。

钢结构边框

由于钢材相较铝合金型材具有强度高、价格便宜等优势,因此光伏厂家曾尝试引入钢结构边框取代铝合金边框实现降本。但是由于钢结构边框材料特性因素,限制了其在光伏组件的应用。主要原因如下:

  1. 钢结构边框美观性差:目前市场上出现一些合金钢结构边框产品,但是由于工艺限制,导致其外观与现有铝合金边框有较大差异,客户很难接受从美观性优异的铝合金边框切换到外观较差的钢结构边框,
  2. 密度大,重量重:由于钢结构边框密度大,导致同截面厚度的常规72版型边框,钢结构边框重量要增加一倍以上。在光伏组件大尺寸的发展背景下,组件重量已对组件安装使用造成很大影响,成为限制大尺寸组件进一步发展的瓶颈之一,因此钢结构组件不满足光伏组件的未来发展趋势。
  3. 耐腐蚀性较差:铝合金边框经过多年的实验及电站端验证其具有优异的耐腐蚀性。但钢结构边框由于材料特性原因易被氧化、生锈,影响美观及产品寿命;
  4. 回收价值较低:钢结构边框户外运行20-30年后,极易生锈,回收难度大,回收比例低,不具有经济环保性;
  5. 钢边框加工性差:钢边框加工工艺主要为折弯工艺,易导致钢边框产品精度低、边框形状受限,加工难度大。

橡胶边框

在众多准备替代铝合金边框的产品中,一种铝合金搭配橡胶的橡胶卡扣边框方案应运而生,虽然目前该产品并未正式亮相,但是通过厂家介绍可了解到该边框方案采用类似无框双玻压块结构设计,且其主要应用于无框双玻组件,该产品与铝合金边框相比,劣势如下:

  1. 据介绍,橡胶卡扣边框替代常规铝合金边框具有雨水自清洁优势,即其产品主要应用于无框双玻组件,但如前文所述,目前无框双玻产品方案已经逐渐被组件厂家舍弃,以上问题橡胶边框如何解决不得而知;
  2. 橡胶塑料材质的边框很容易被风化,一般达不到太阳能电池板的使用寿命(25年);
  3. 环境友好性差,橡胶产品全生命周期对环境有很大的污染,不符合我国绿色可持续发展道路。

复合材料边框

复合材料边框在众多边框材料中属于历史较为悠久的一种,早在2012年便有厂家开发相关产品,但由于其高分子材料特性限制,一直未被主流组件厂家接纳,其应用场景受限,仍有很长一段路需要走。

铝合金边框虽然从未被其它材料取代,但是寻求替代材料的过程却从未停止,各种尝试均未被市场接受。

04.门窗的框架材料情况

“他山之石,可以攻玉。”我们可以借鉴历史更悠久的建筑门窗行业框架材料的发展之路,为光伏组件边框的发展做个参考。门窗框架经历过木窗、钢结构窗、塑钢窗时代,最终技术发展决定了以铝合金门窗为主的现代门窗系列。

分析门窗发展的历程可知,不同材质门窗框架的材料特性决定了铝合金门窗是门窗市场的必然选择。

1)  木窗:木窗是人类最早使用的窗体材料,具有自然、和谐、温馨、坚实的特点,需用优质木材,以及优良工艺制造,因此价格较高,多用于别墅等高档空间处理;另外,劣质木窗则易于变形,影响使用。

2)  钢结构窗:工业革命后的产物,我国八十年代前的老公房多用这种窗,易锈、价廉、不密封,现已基本淘汰。

3)  塑钢窗:顾名思义由塑料和钢组合为窗体型材的窗,塑料(PVC)型材内部衬钢,既达到保温效果,又增加强度,成本也较低;但塑钢材料易老化变色,暴晒之后可能会出现裂痕,型材强度低,大尺寸型材易变形,适于体量较小的门窗构造。

4)  铝合金窗:门窗种类中铝合金窗是目前使用最为广泛的门窗材料,其优点非常明显:质轻、坚固、不易变形、金属质感、易于加工,可使用喷涂或电泳进行表面处理,可以任意色彩搭配建筑外形及居室内部空间,是建筑门窗选择最多的材料。

05.铝合金边框的经济性分析

目前市场出现的各种光伏边框方案的根本原因是光伏组件的降本需求,由于当前铝价大幅增长,造成组件边框成本增加。但另一方面,从材料循环再生利用角度来看,相比其他材料,铝合金边框具有极高的再利用价值,且循环再利用工艺简单,符合绿色循环发展理念。

光伏组件边框使用25年后,边框可进行全部回收。182 72版型单块组件虽然单套边框价格达到每套100元,但以现在铝价估算,单套铝边框的回收价值高达70元。同时,由于国家电解铝产能“天花板“限制及能耗双控等要求,以及国内外经济环境变化,预计至25年后,铝价上涨是大概率事件。暂以铝价翻倍计算,届时铝边框回收价值将达到每套140元,远高于现在购买边框的投入。210组件铝合金边框情况与此类似。铝合金边框保值升值价值凸显,这是钢结构边框、橡胶边框等其他材料所不具备的。

06.结论

综合近年来我国光伏行业和建筑门窗行业的发展应用,铝合金在众多结构材料中脱颖而出,显示出铝合金的绝对优势,这是光伏行业发展需求的选择,也是经历过大量实践的最优结构材料方案,铝合金边框依然是光伏组件的最佳搭档。

(责任编辑:奚霞)

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