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

编辑| 国际能源网/光伏头条团队

概括

铝是地球上最丰富的金属。 铝合金是以铝为基础添加一定量的其他合金元素的合金。 它还具有许多优良性能，广泛应用于工业和生活中。 铝合金边框一直作为光伏组件的重要辅助材料之一，并随着光伏产业的发展而发展。 现阶段，在光伏行业“降本”和“增效”两大发展目标下，组件厂商纷纷采取各种组件降本增效，如减薄玻璃厚度、减薄硅片厚度、增加模块尺寸。 这对铝合金框架的强度提出了更高的要求。 同时，铝价的上涨也导致零部件制造商考虑各种框架替代品，甚至考虑取消框架。 本文讨论了无框双玻构件、钢结构框架、橡胶框架、复合材料框架的特点，并与铝合金框架进行了比较。 作为参考，通过比较建筑门窗框架材料的使用，讨论使用铝合金结构材料的优点。 最后讨论了铝合金框架的投资和回收情况。 人们发现，由于其自​​身的特点，铝合金作为结构材料在众多材料的发展中脱颖而出。 具有绝对优势，资产保值增值效果明显。 光伏组件采用铝合金框架是光伏产业发展唯一正确的选择。

01.简介

铝合金作为第二大结构材料，具有其他材料无法比拟的优异新性能：强度高、坚固性强、导电性好、耐腐蚀和抗氧化、抗拉强度强、运输安装方便、易于回收等。 优势。 自光伏组件诞生以来，它一直被用作框架材料，并一直伴随着它。 它尚未被任何其他材料取代。 负责光伏组件的抗风荷载、雪荷载，全面保护光伏组件，方便组件安装。 ，这足以说明铝合金边框在光伏组件中的不可替代性。

02.铝合金材料的特点

铝合金边框一直是光伏组件不可缺少的辅助材料之一，主要得益于铝合金材料本身的优势，主要包括：

1）低密度。 铝的密度约为2.7g/cm3。 在金属结构材料中，是仅次于镁的第二轻金属，仅为铁或铜的1/3；

2）易于强化。 纯铝的强度不高，但很容易通过合金化和热处理来强化，生产高强度铝合金。 强度可与合金钢相媲美。 因此，弹性模量、刚性、金属疲劳值较高，不易变形。 可以很好的保护太阳能电池板；

3）良好的导电性。 铝的导电率和导热率仅次于银、金和铜。 如果按照同等质量金属的电导率计算，铝几乎是铜的两倍。 因此，有利于元件安装和接地；

4）塑性高，铝及其合金具有良好的延展性，可通过挤压、轧制或拉拔等压力加工方法制成各种形状、板、箔、管和线材；

5) 易于表面处理。 铝可以通过阳极氧化和着色进行处理。 处理后具有硬度高、耐磨、耐腐蚀、电绝缘性好等特点。 化学预处理还可用于电镀、电泳、喷涂等，进一步提高铝材的装饰性和防护性。 性别;

6) 抗腐蚀、抗氧化能力强。 铝与氧的亲和力非常高。 在自然条件下，铝表面会生成保护性氧化物，比钢具有更强的耐腐蚀性。 由于这一优点，铝合金型材被广泛应用于建筑和工业的各个领域；

7）运输、安装方便。 即使表面被划伤，也不会被氧化，不会影响性能；

8）使用寿命长，铝合金的使用寿命一般在30-50年以上。 电池板寿命为25-30年，完全满足使用要求；

9）外观美观：铝合金经过阳极氧化处理后，表面可呈现银白色、黑色等，符合美观要求；

10）易于回收，铝的熔化温度低，约为660°С，废料易于再生，回收率极高，回收能耗仅为原铝的3%。

03. 边界替代方案

在光伏行业“降本”和“增效”两大发展目标下，大部分组件厂商采取减玻璃厚度、减薄硅片厚度、增大组件尺寸等各种组件降本增效方案。上述成本降低方案最终对框架结构的强度提出了更高的要求。 与此同时，光伏组件制造商一直在寻找替代解决方案。 其中，有取消边框的无框双玻组件等解决方案。 有的还考虑使用其他材料制成的光伏框架，包括钢结构、橡胶、复合材料等。接下来，将对各种解决方案进行以下讨论和分析，以便读者对光伏组件框架有更清晰的认识。

无框双玻模组

由于无框双玻组件采用双层玻璃来提高组件的机械性能，并配备无框双玻压块，因此理论上可以省略铝合金边框。 然而，实验室测试结果与电站实际运行总是存在差异。 无框双玻组件安装几年内，就收到大量客户投诉。 主要原因是无框双玻组件弯曲变形，导致电池片破裂、玻璃爆裂。 引起部件变形的主要应力来源有：（1）客车带层压不均匀；（2）机械应力不均匀； (3)热应力不均匀。 无框双玻组件的问题给组件厂商造成了重大损失。 铝合金边框可以使光伏组件边缘受力均匀，不会因安装夹具、内应力等造成应力危害。经历过无框双玻组件后，光伏厂商更加意识到铝合金边框的重要性到光伏组件。

钢结构框架

由于钢材相比铝合金型材具有强度高、价格低廉的优势，光伏厂商纷纷尝试引入钢结构框架来替代铝合金框架，以降低成本。 但由于钢结构框架的材料特性，其在光伏组件中的应用受到限制。 主要原因如下：

1）钢结构框架美观性差：目前市场上有一些合金钢结构框架产品。 但由于工艺限制，它们的外观与现有的铝合金框架有很大不同。 顾客很难接受美观度极佳的铝合金框架。 改用外观较差的钢结构框架，产品外观对比如下：

铝合金框架

钢结构框架

2）密度高、重量大：由于钢结构框架的密度高，钢结构框架的重量将是同等截面厚度的常规72英寸框架的一倍以上。 在大尺寸光伏组件发展的背景下，组件的重量对组件的安装和使用产生了很大的影响，成为制约大尺寸组件进一步发展的瓶颈之一。 因此，钢结构组件不符合光伏组件未来的发展趋势。

3）耐腐蚀性差：铝合金框架经过多年的实验和电站验证，具有优异的耐腐蚀性。 但钢结构框架由于材料特性，容易氧化生锈，影响外观和产品寿命；

4）回收价值低：钢结构框架户外运行20-30年后，极易生锈，回收困难，回收比例低，不经济环保；

5）钢架加工性差：钢架加工工艺主要是折弯工艺，容易导致钢架产品精度低、框架形状受限、加工困难。

橡胶框

在众多准备替代铝合金框架的产品中，铝合金和橡胶的橡胶卡扣框架解决方案应运而生。 虽然这款产品尚未正式亮相，但从厂商的介绍中可以得知，该边框方案采用了类似无框双玻的紧凑结构设计，主要应用于无框双玻组件。 与铝合金框架相比，该产品的缺点如下：

1）据介绍，橡胶扣框取代了传统的铝合金框，具有雨水自洁的优点。 即其产品主要应用于无框双玻组件。 不过，正如前文所述，目前的无框双玻产品方案已经逐渐被零部件厂商所采用。 丢弃，不知道如何解决橡胶边框的上述问题；

2）橡塑框易风化，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。 橡胶制品的整个生命周期对环境造成很大污染，不符合我国绿色可持续发展道路。

复合框架

复合材料车架在众多车架材料中有着悠久的历史。 一些厂商早在2012年就已经开发出相关产品，但由于其高分子材料性能的限制，并未被主流零部件厂商所接受，应用场景也受到限制。 还有很长的路要走。

尽管铝合金框架从未被其他材料取代，但寻求替代材料的进程却从未停止过，各种尝试都没有被市场所接受。

04.门窗框材

“可以用他山之石攻玉。” 我们可以借鉴历史更为悠久的建筑门窗行业框架材料的发展路径，为光伏组件框架的发展提供参考。 门窗框经历了木窗、钢结构窗、塑钢窗时代。 最终，技术发展决定了现代门窗系列，以铝合金门窗为主导。

分析门窗的发展历程可知，不同材料制成的门窗框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形式材料。 它们自然、和谐、温暖、坚实。 它们需要由优质木材和精湛的工艺制成。 因此价格较贵，多用于别墅等高端空间； 另外，劣质木窗容易变形，影响使用。

2）钢结构窗：工业革命后的产物。 这些窗户在20世纪80年代之前在我国主要用于丈夫的房子。 它们容易生锈，价格便宜且未密封。 他们已经基本被淘汰了。

3）塑钢窗：顾名思义，就是由塑料和钢材组成的窗户。 塑料（PVC）型材内部衬钢，既达到保温效果，又增加强度，成本较低； 但塑钢材料容易老化变色，经阳光暴晒后可能会出现裂纹，型材强度较低，大尺寸型材易变形，因此适用于较小的门窗结构。

4）铝合金窗：在门窗种类中，铝合金窗是目前应用最广泛的门窗材料。 其优点非常明显：重量轻、坚固、不易变形、金属质感、易于加工，可进行喷涂或电泳等表面处理。 任何颜色都可以与建筑外观和客厅的内部空间相匹配。 它是最受欢迎的建筑门窗材料。

05.铝合金车架经济分析

目前市场上出现的各种光伏框架解决方案的根本原因是光伏组件成本降低的需求。 由于目前铝价大幅上涨，组件框架的成本有所增加。 但另一方面，从材料回收角度来看，铝合金框架相比其他材料具有极高的再利用价值，且回收工艺简单，符合绿色循环发展的理念。 这是一个简单的计算：

*目前182和210的尺寸是统一的。 此计算基于统一尺寸。

光伏组件框架使用25年后，框架可完全回收利用。 虽然单套182 72版单块组件的价格达到每套100元，但按照目前铝材价格计算，单套铝框的回收价值高达70元。 同时，由于国家电解铝产能“天花板”限制和能源消费双重控制要求，以及国内外经济环境变化，预计25年后铝价将上涨。 假设铝材价格翻倍，铝框的回收价值将达到每套140元，远高于目前购买框的投资。 210成分铝合金车架的情况也类似。 铝合金框架具有突出的保值和升值价值，这是钢结构框架、橡胶框架等其他材料所不具备的。

06.结论

基于近年来我国光伏产业和建筑门窗行业的发展和应用，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，也是经历了大量实践解决的最优结构材料，铝合金框架仍然是光伏组件的最佳拍档。

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