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摘要

鋁是地球上含量最豐富的金屬，鋁合金是以鋁為基添加一定量其他合金元素，同時(shí)具有很多優(yōu)良性能，在工業(yè)和生活中應(yīng)用廣泛。鋁合金邊框一直作為光伏組件重要輔材之一，隨光伏行業(yè)一起發(fā)展?，F(xiàn)階段，在光伏行業(yè)“降本”、“增效”兩大發(fā)展目標(biāo)下，組件廠家采用了降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加組件尺寸等多種組件降本提效方案。這樣對(duì)鋁合金邊框強(qiáng)度提出了更高的要求。同時(shí)，鋁價(jià)的上漲也讓組件廠家考慮多種邊框替代方案，甚至考慮取消邊框。本文討論了無(wú)框雙玻組件、鋼結(jié)構(gòu)邊框、橡膠邊框、復(fù)合材料邊框的特點(diǎn)，并與鋁合金邊框做了對(duì)比。作為參考，將建筑門窗用框架材料的使用情況作為對(duì)比，討論了鋁合金結(jié)構(gòu)材料的使用優(yōu)勢(shì)。最后，探討了鋁合金邊框投入和回收情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁合金由于本身特點(diǎn)，在眾多材料發(fā)展中作為結(jié)構(gòu)材料脫穎而出，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，資產(chǎn)保值增值效果明顯。光伏組件使用鋁合金邊框是光伏行業(yè)發(fā)展的唯一正確選擇。

01.引言

鋁合金作為第二大結(jié)構(gòu)材料，具有的優(yōu)良新能：強(qiáng)度高、牢固性強(qiáng)、導(dǎo)電性能好，抗腐蝕抗氧化，抗拉力性能強(qiáng)、運(yùn)輸安裝便捷，以及便于回收等其他材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。自光伏組件誕生起就被做為邊框材料使用，一直伴隨其側(cè)，未有任何其它材料替代，承擔(dān)著光伏組件的抗風(fēng)載、雪載、對(duì)光伏組件進(jìn)行全方位的保護(hù)，并方便組件安裝，足以說(shuō)明鋁合金邊框在光伏組件中的不可替代性。

02.鋁合金材料特點(diǎn)

鋁合金邊框一直是光伏組件必不可少的輔材之一，主要是由于鋁合金材料本身的優(yōu)勢(shì)，主要有：

1)密度低，鋁的密度約為2.7g/cm3，在金屬結(jié)構(gòu)料中僅高于鎂的第二輕金屬，只有鐵或者銅的1/3；

2)易強(qiáng)化，純鋁強(qiáng)度不高，但通過(guò)合金化和熱處理容易使之強(qiáng)化，制造高強(qiáng)度鋁合金，強(qiáng)度可以和合金鋼媲美，所以，彈性率、剛性、金屬疲勞值高，不易變形，可以很好的保護(hù)太陽(yáng)能電池板；

3)導(dǎo)電好，鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于銀、金、銅。如按照等質(zhì)量金屬導(dǎo)電能力計(jì)算，鋁幾乎是銅的一倍。所以有利于組件安裝接地；

4)塑性高，鋁及其合金延展性好，可通過(guò)擠壓、軋制或拉拔等壓力加工手段制成各種型、板、箔、管和絲材；

5)易表面處理，鋁可通過(guò)陽(yáng)極氧化著色處理，處理后硬度高，耐磨耐腐蝕及電絕緣性好，通過(guò)化學(xué)預(yù)處理還可以進(jìn)行電鍍、電泳、噴涂等進(jìn)一步提高鋁的裝飾性和保護(hù)性；

6)抗腐蝕，抗氧化性強(qiáng)，鋁和氧具有有極高的親和力，自然條件下鋁表面會(huì)生成保護(hù)性氧化物，具有比鋼鐵強(qiáng)的耐腐蝕性。因?yàn)檫@一優(yōu)點(diǎn)，鋁合金型材被廣泛應(yīng)用到建筑、工業(yè)各大領(lǐng)域；

7)運(yùn)輸、安裝便捷，表面即使劃傷也不會(huì)產(chǎn)生氧化，不影響性能；

8)使用壽命長(zhǎng)，鋁合金的壽命一般在30-50年以上。而電池板的壽命在25-30年，所以完全可以達(dá)到使用要求；

9)造型美觀：鋁合金表面經(jīng)陽(yáng)極電化處理后，可呈現(xiàn)銀白、黑色等，符合美學(xué)要求；

10)易回收，鋁的熔融溫度低，為660°С左右，廢料容易再生，回收率極高，回收能耗只是原生鋁的3%。

03.邊框替代解決方案

在光伏產(chǎn)業(yè)“降本”、“增效”兩大發(fā)展目標(biāo)下，組件生產(chǎn)企業(yè)大多采用降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加組件尺寸等多種組件降本提效方案，以上降本方案最終對(duì)邊框結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出更高要求。同時(shí)，光伏組件廠家一直在尋求替代解決方案，其中即有無(wú)框雙玻組件這樣取消邊框的解決方案，也有考慮過(guò)用其他材質(zhì)光伏邊框，包括鋼結(jié)構(gòu)、橡膠、復(fù)合材料等。接下來(lái)對(duì)各種解決方案做以下討論分析，從而讓讀者對(duì)光伏組件邊框有更清楚的認(rèn)識(shí)。

無(wú)框雙玻組件

由于無(wú)框雙玻組件采用雙層玻璃，提高組件的機(jī)械性能，同時(shí)搭配無(wú)框雙玻壓塊，理論上可將鋁合金邊框省去。但實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與電站實(shí)際運(yùn)行始終存在差異，無(wú)框雙玻組件安裝幾年內(nèi)，收到大量客戶投訴，主要原因是無(wú)框雙玻組件出現(xiàn)彎曲變形，造成電池片隱裂和玻璃爆裂。引起組件變形的應(yīng)力來(lái)源主要是：（1）匯流帶層壓應(yīng)力不均：（2）機(jī)械應(yīng)力不均；（3）熱應(yīng)力不均。無(wú)框雙玻組件出現(xiàn)的問(wèn)題導(dǎo)致組件廠家損失慘重。鋁合金邊框可使光伏組件邊緣受力均勻，不會(huì)因安裝夾具、內(nèi)部應(yīng)力等原因造成應(yīng)力隱患。經(jīng)歷過(guò)無(wú)框雙玻組件后，光伏生產(chǎn)廠家更加意識(shí)到鋁合金邊框?qū)夥M件的重要性。

鋼結(jié)構(gòu)邊框

由于鋼材相較鋁合金型材具有強(qiáng)度高、價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，因此光伏廠家曾嘗試引入鋼結(jié)構(gòu)邊框取代鋁合金邊框?qū)崿F(xiàn)降本。但是由于鋼結(jié)構(gòu)邊框材料特性因素，限制了其在光伏組件的應(yīng)用。主要原因如下：

1)鋼結(jié)構(gòu)邊框美觀性差：目前市場(chǎng)上出現(xiàn)一些合金鋼結(jié)構(gòu)邊框產(chǎn)品，但是由于工藝限制，導(dǎo)致其外觀與現(xiàn)有鋁合金邊框有較大差異，客戶很難接受從美觀性優(yōu)異的鋁合金邊框切換到外觀較差的鋼結(jié)構(gòu)邊框，產(chǎn)品外觀對(duì)比如下：


2)密度大，重量重：由于鋼結(jié)構(gòu)邊框密度大，導(dǎo)致同截面厚度的常規(guī)72版型邊框，鋼結(jié)構(gòu)邊框重量要增加一倍以上。在光伏組件大尺寸的發(fā)展背景下，組件重量已對(duì)組件安裝使用造成很大影響，成為限制大尺寸組件進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸之一，因此鋼結(jié)構(gòu)組件不滿足光伏組件的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3)耐腐蝕性較差：鋁合金邊框經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)及電站端驗(yàn)證其具有優(yōu)異的耐腐蝕性。但鋼結(jié)構(gòu)邊框由于材料特性原因易被氧化、生銹，影響美觀及產(chǎn)品壽命；

4)回收價(jià)值較低：鋼結(jié)構(gòu)邊框戶外運(yùn)行20-30年后，極易生銹，回收難度大，回收比例低，不具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保性；

5)鋼邊框加工性差：鋼邊框加工工藝主要為折彎工藝，易導(dǎo)致鋼邊框產(chǎn)品精度低、邊框形狀受限，加工難度大。

橡膠邊框

在眾多準(zhǔn)備替代鋁合金邊框的產(chǎn)品中，一種鋁合金搭配橡膠的橡膠卡扣邊框方案應(yīng)運(yùn)而生，雖然目前該產(chǎn)品并未正式亮相，但是通過(guò)廠家介紹可了解到該邊框方案采用類似無(wú)框雙玻壓塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且其主要應(yīng)用于無(wú)框雙玻組件，該產(chǎn)品與鋁合金邊框相比，劣勢(shì)如下：

1)據(jù)介紹，橡膠卡扣邊框替代常規(guī)鋁合金邊框具有雨水自清潔優(yōu)勢(shì)，即其產(chǎn)品主要應(yīng)用于無(wú)框雙玻組件，但如前文所述，目前無(wú)框雙玻產(chǎn)品方案已經(jīng)逐漸被組件廠家舍棄，以上問(wèn)題橡膠邊框如何解決不得而知；

2)橡膠塑料材質(zhì)的邊框很容易被風(fēng)化，一般達(dá)不到太陽(yáng)能電池板的使用壽命（25年）；

3)環(huán)境友好性差，橡膠產(chǎn)品全生命周期對(duì)環(huán)境有很大的污染，不符合我國(guó)綠色可持續(xù)發(fā)展道路。

復(fù)合材料邊框

復(fù)合材料邊框在眾多邊框材料中屬于歷史較為悠久的一種，早在2012年便有廠家開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，但由于其高分子材料特性限制，一直未被主流組件廠家接納，其應(yīng)用場(chǎng)景受限，仍有很長(zhǎng)一段路需要走。

鋁合金邊框雖然從未被其它材料取代，但是尋求替代材料的過(guò)程卻從未停止，各種嘗試均未被市場(chǎng)接受。

04.門窗的框架材料情況

“他山之石，可以攻玉。”我們可以借鑒歷史更悠久的建筑門窗行業(yè)框架材料的發(fā)展之路，為光伏組件邊框的發(fā)展做個(gè)參考。門窗框架經(jīng)歷過(guò)木窗、鋼結(jié)構(gòu)窗、塑鋼窗時(shí)代，最終技術(shù)發(fā)展決定了以鋁合金門窗為主的現(xiàn)代門窗系列。



分析門窗發(fā)展的歷程可知，不同材質(zhì)門窗框架的材料特性決定了鋁合金門窗是門窗市場(chǎng)的必然選擇。

1)木窗：木窗是人類最早使用的窗體材料，具有自然、和諧、溫馨、堅(jiān)實(shí)的特點(diǎn)，需用優(yōu)質(zhì)木材，以及優(yōu)良工藝制造，因此價(jià)格較高，多用于別墅等高檔空間處理；另外，劣質(zhì)木窗則易于變形，影響使用。

2)鋼結(jié)構(gòu)窗：工業(yè)革命后的產(chǎn)物，我國(guó)八十年代前的老公房多用這種窗，易銹、價(jià)廉、不密封，現(xiàn)已基本淘汰。

3)塑鋼窗：顧名思義由塑料和鋼組合為窗體型材的窗，塑料(PVC)型材內(nèi)部襯鋼，既達(dá)到保溫效果，又增加強(qiáng)度，成本也較低；但塑鋼材料易老化變色，暴曬之后可能會(huì)出現(xiàn)裂痕，型材強(qiáng)度低，大尺寸型材易變形，適于體量較小的門窗構(gòu)造。

4)鋁合金窗：門窗種類中鋁合金窗是目前使用最為廣泛的門窗材料，其優(yōu)點(diǎn)非常明顯：質(zhì)輕、堅(jiān)固、不易變形、金屬質(zhì)感、易于加工，可使用噴涂或電泳進(jìn)行表面處理，可以任意色彩搭配建筑外形及居室內(nèi)部空間，是建筑門窗選擇最多的材料。

05.鋁合金邊框的經(jīng)濟(jì)性分析

目前市場(chǎng)出現(xiàn)的各種光伏邊框方案的根本原因是光伏組件的降本需求，由于當(dāng)前鋁價(jià)大幅增長(zhǎng)，造成組件邊框成本增加。但另一方面，從材料循環(huán)再生利用角度來(lái)看，相比其他材料，鋁合金邊框具有極高的再利用價(jià)值，且循環(huán)再利用工藝簡(jiǎn)單，符合綠色循環(huán)發(fā)展理念。在此給做個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算：

組件版型組件尺寸邊框重量平均單塊組件邊框價(jià)格當(dāng)前回收價(jià)值未來(lái)回收價(jià)值


光伏組件邊框使用25年后，邊框可進(jìn)行全部回收。182 72版型單塊組件雖然單套邊框價(jià)格達(dá)到每套100元，但以現(xiàn)在鋁價(jià)估算，單套鋁邊框的回收價(jià)值高達(dá)70元。同時(shí)，由于國(guó)家電解鋁產(chǎn)能“天花板“限制及能耗雙控等要求，以及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化，預(yù)計(jì)至25年后，鋁價(jià)上漲是大概率事件。暫以鋁價(jià)翻倍計(jì)算，屆時(shí)鋁邊框回收價(jià)值將達(dá)到每套140元，遠(yuǎn)高于現(xiàn)在購(gòu)買邊框的投入。210組件鋁合金邊框情況與此類似。鋁合金邊框保值升值價(jià)值凸顯，這是鋼結(jié)構(gòu)邊框、橡膠邊框等其他材料所不具備的。

06.結(jié)論

綜合近年來(lái)我國(guó)光伏行業(yè)和建筑門窗行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，鋁合金在眾多結(jié)構(gòu)材料中脫穎而出，顯示出鋁合金的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，這是光伏行業(yè)發(fā)展需求的選擇，也是經(jīng)歷過(guò)大量實(shí)踐的最優(yōu)結(jié)構(gòu)材料方案，鋁合金邊框依然是光伏組件的最佳搭檔。

原標(biāo)題：其他嘗試都是徒勞，鋁合金邊框是光伏組件唯一選擇