產業概述

目前清潔能源主要有風能、太陽能、地熱能、水能等。其中，太陽能作為新能源，得到國家的大力推廣，大型光伏發電站也呈現出增長態勢。2022年全球太陽能市場規模約230GW，其中中國新增光伏并網裝機容量達到87.41GW，行業總產值突破1.4萬億元人民幣。

光伏邊框是組件的重要組成部分，是主要用于固定、密封光伏組件的框架結構材料，對組件壽命影響較大，耐候性要求較高。按材料劃分，光伏邊框可分為鋁合金邊框、鋼邊框、復合材料邊框，其中鋁合金邊框使用廣泛，目前滲透率達到95%以上。

此外，光伏邊框屬于價值較高的組件輔材，在光伏組件成本結構中，電池片成本占據比例約55%，以目前通用的鋁邊框尺寸及重量來看，光伏邊框占比在13%左右（圖1），高于EVA、玻璃、背板、焊帶等其他輔材，是成本占比最高的輔材。

圖1 光伏組件成本占比

來源：中國光伏行業協會

發展歷程

在中國光伏行業發展之初，鋁合金依靠重量輕、耐腐蝕性強、成型容易等特點成為主要組件邊框材料。但近年來，隨著光伏組件應用場景越來越廣，組件需面臨的極端環境越來越多，對組件邊框技術和材料的優化和變革也勢在必行，衍生出了無框雙玻組件、鋼結構邊框、橡膠邊框、復合材料邊框等多種邊框替代方案。

細數鋼邊框的發展，也有了一些歷史。目前光伏組件中最新的應用是鍍鋅鋁鎂鋼邊框。2021年，光伏組件廠東方日升推出高性能合金鋼邊框。除了更具成本優勢外，鋼邊框還具有更低的碳排放。

對于復合材料邊框，在2012年，國內便有企業率先開始了復合材料邊框的研發，配套的專用樹脂體系也應運而生。同樣在當年，4個復合材料用于光伏邊框的制備方法的發明專利被授權，從此開啟了玻璃纖維增強的聚氨酯復合材料的發展。2013-14年，復合材料邊框首次進行了裝框、承載、老化、冷熱交變循環和電絕緣性等性能測試，獲得了預期的良好效果。2022年，國家太陽能光伏質檢中心開展了復材邊框長期性能測試。

性能要求

組件廠對光伏邊框提出了力學性能上和功能性的要求，尤其是針對沿海的光伏組件。其中，要求邊框的承載背壓至少達到4000Pa；設計要實現防背玻爆裂、防組件彎曲變形；還要避免組件在溫差較大情況下，產生密封膠破壞等問題；保證輸出功率的穩定，具有較高的發電能力。

三種邊框各有特點（表1），如鋁合金邊框的壽命得到驗證，在30-50年之間，易于加工成型；鋼邊框在三種邊框中成本最低；復合材料邊框耐候性極佳，尤其適合在海洋環境中應用，同時架設較為便捷，不需要接地。

表1 鋁合金、鋼和復合材料邊框的特點

來源：中國光伏行業協會

復合材料邊框的構成主要是高分子材料，因此相比金屬材料有相當多的特性差異。對于復合材料邊框，可以滿足：

1、輕質。只有鋼鐵的27%重量，鋁合金的75%重量。

2、高強。抗彎曲強度是鋁合金的6倍多。

3、絕緣。聚氨酯復合邊框是熱與電的不良導體，導熱系數只是鋁合金的1/640。電站可有效抵抗雷擊。

4、抗PID。聚氨酯復合材料的體積電阻率可達1×1014Ω·cm，光伏組件采用非金屬邊框封裝后，大大降低了形成漏電回路的可能性，有助于減少PID電勢誘導衰減現象的產生。

5、耐老化、耐腐蝕。在聚氨酯復合材料表面涂裝了水性聚氨酯涂層之后，該型材通過了6000小時氙燈加速老化實驗，有非常好的耐候性。傳統風力發電的風葉就是聚氨酯復合材料，抗老化能力強。

6、防火。聚氨酯復合材料的防火性能可以到達B1級阻燃要求。

7、耐高低溫，耐低溫零下150度以上。

8、可設計性好。尺寸收縮率是鋁合金的1/3，線膨脹系數是1/3~1/4。

9、力學性能優異，其軸向拉伸強度達到了傳統鋁合金材料的7倍以上。同時，其還具有很強的耐鹽霧和耐化學腐蝕性能。

10、色彩、光澤以及表面效果可靈活選擇，滿足多樣化需求；有極好的附著性能，而且VOC排放極低。

趨勢與挑戰

出于成本考慮，以及海上光伏的崛起，復合材料邊框對金屬邊框的替代趨勢逐漸顯著。據有關研究機構的調研顯示，玻纖增強聚氨酯邊框的市場占有率有望在2030年之前突破30%，其余的金屬邊框仍然占有絕對市場優勢。行業需要把握住替代“窗口期”，從而實現低成本，大面積替代。所謂“窗口期”，即成本差異小于廠家心理設想價格差異的情況，這里的成本差異主要指不同材質邊框，單位發電量所需邊框的纖維和樹脂成本差異。

由于原材料的成本隨時會發生變化，成本差異要及時更新。其次，因為企業自身工藝變化、供應鏈因素的調整以及經營風險因素的影響，企業的預期也會改變，導致難于把握。

對于海上光伏，在人們最關心的使用壽命問題上，由于復合材料邊框相對金屬邊框起步較晚，發展也不過10余年的歷程，目前還沒有給出明確的驗證數據。針對復合材料的力學性能測試方法和性能指標，也不能采用金屬邊框測試的標準，均需要經過實地考察和大量的數據積累，進行重新設計。

目前，布局復合材料光伏邊框的核心企業約有15家，主要集中在浙江、江蘇兩省。如正泰、隆基、晶科等頭部主機廠商集中在嘉興，帶動了當地上游邊框產業的發展。廣東、安徽、四川、江西等地也有邊框企業布局。