根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)， 2022 年我國(guó)光伏新增裝機(jī) 87.41GW，同比增長(zhǎng)17.3%。除了提升光伏裝機(jī)量，光伏產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)也一直在努力降低生產(chǎn)過程能耗，以及尋找低碳材料等，從各個(gè)角度從源頭減少碳排放，縮短能量回收周期。得益于復(fù)合材料優(yōu)異的性能，復(fù)合材料在光伏中的應(yīng)用近幾年異軍突起。

　　雖然面臨當(dāng)前的挑戰(zhàn)，但總體而言，可再生能源已然成為復(fù)合材料的一個(gè)巨大且不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)領(lǐng)域。復(fù)合材料的應(yīng)用，能夠降低生產(chǎn)過程碳排放，讓光伏發(fā)電更加“綠色”。 那么，復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)、開發(fā)優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景，以及存在的問題有哪些？對(duì)此，請(qǐng)聽中國(guó)玻璃纖維工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)物資再生協(xié)會(huì)纖維復(fù)合材料分會(huì)秘書長(zhǎng)張榮琪先生為我們一一道來。

　　復(fù)合材料應(yīng)用于光伏行業(yè)的性能優(yōu)勢(shì)

　　邊框是太陽能光伏組件的重要組成部分，能起到固定及密封太陽能電池組件和背板，增強(qiáng)組件強(qiáng)度的作用，有助于運(yùn)輸及安裝，其性能對(duì)電池組件的使用壽命也會(huì)產(chǎn)生直接影響。

　　通常情況下，組件邊框?yàn)殇X合金材質(zhì)。鋁合金型材可以做出復(fù)雜的截面，方便安裝角碼。但眾所周知，電解鋁是非常典型的高耗能產(chǎn)業(yè)。據(jù)行業(yè)專家測(cè)算，生產(chǎn)一噸電解鋁需消耗電能約1.35 萬千瓦時(shí)。以2020 年為例，電解鋁行業(yè)總耗電占2020 年我國(guó)全社會(huì)用電量的6.67% 左右。

　　由此可見，開發(fā)非金屬材質(zhì)的組件邊框可以為光伏組件制造商帶來明顯的降本增效。張秘書長(zhǎng)表示，玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯是復(fù)合材料邊框的理想材料類型。其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐老化、電氣絕緣性好及材料各向異性等特性已被人們逐步認(rèn)識(shí)，隨著對(duì)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的研究逐步深入，應(yīng)用也越來越廣。

　　張秘書長(zhǎng)詳細(xì)介紹了復(fù)合材料邊框封的應(yīng)用特點(diǎn)。首先，復(fù)合材料絕緣性優(yōu)良，它不受電磁波影響，不反射無線電波，透微波性好，能夠承受高電壓而不損壞；其熱性能良好，熱傳導(dǎo)系數(shù)低；工藝性優(yōu)良：高效、節(jié)能；耐腐蝕性能良好：對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多油類和溶劑都有較好的抵抗力；尺寸穩(wěn)定性好：玻璃鋼型材的線膨脹系數(shù)為7.3X10-6/℃，低于鋼和鋁合金，是塑料的1/15；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)：可充分選擇多種材料來滿足不同產(chǎn)品的特性。此外，二次加工對(duì)產(chǎn)品的耐腐性、承壓性不會(huì)產(chǎn)生影響。而且減震性能良好：彈性模量為24000，有吸震和抗震能力；壽命更是可達(dá)25 年之久。復(fù)合材料色彩豐富：可做成各種指定顏色，無需再次涂料涂刷。

　　張秘書長(zhǎng)以科思創(chuàng)復(fù)合材料光伏邊框?yàn)槔?，介紹了玻纖增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料邊框的緣起。2016 年，科思創(chuàng)攜手合作伙伴成功開發(fā)了聚氨酯復(fù)合材料光伏邊框，首批使用該邊框的太陽能板安裝于科思創(chuàng)位于上海的亞太區(qū)創(chuàng)新中心屋面上，多年來運(yùn)行良好。

　　“玻纖增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料邊框具有高耐腐蝕、高耐鹽霧的優(yōu)越性能，是海洋及污水處理廠等耐腐蝕應(yīng)用場(chǎng)景中光伏組件邊框的不二選擇。”在介紹復(fù)合材料邊框應(yīng)用于海上光伏時(shí)，張秘書長(zhǎng)介紹說，“沿海組件設(shè)計(jì)需要承載更高背壓（約4000Pa）。傳統(tǒng)邊框需要增加厚度，這就增加了成本。玻纖增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料邊框能充分發(fā)揮力學(xué)性能，較易滿足4000Pa 的背壓要求。”

　　他特別提到：“玻纖增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料邊框的屈服強(qiáng)度990MPa，是鋁合金的5 倍, 保證在應(yīng)力釋放后組件 100% 回彈，沒有殘余變形，在25 年的生命周期內(nèi)可大幅降低硅片的隱裂。” 此外，玻纖增強(qiáng)聚氨酯材料彈性模量略低于玻璃，在風(fēng)載動(dòng)態(tài)下邊框具有動(dòng)載阻尼作用，可有效緩解背面玻璃爆裂的問題。而且，傳統(tǒng)邊框材料是導(dǎo)體，每一塊組件都需接地，增加了BIPV 施工的難度及成本。而玻纖增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料邊框具有優(yōu)良的絕緣性能，不需接地。特別是，玻纖增強(qiáng)聚氨酯材料邊框與玻璃近乎一樣的膨脹系數(shù)，有效保證組件從工廠端到寒冷地區(qū)時(shí)不會(huì)發(fā)生彎曲變形的現(xiàn)象發(fā)生。

　　值得一提的是，“2025 年后出口到歐洲的組件有碳排放指標(biāo)的要求。 GRPU邊框是低能耗產(chǎn)品，經(jīng)初步計(jì)算，從最初級(jí)原料（石油及礦石）到制成組件邊框再到第一次回收利用作為一個(gè)生命周期，GRPU 邊框的碳排放指標(biāo)只有傳統(tǒng)邊框用材的12%，降低組件出口碳排放。”張秘書長(zhǎng)說。

　　由于GRPU 復(fù)合材料獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，其作為邊框，可應(yīng)用于沿海及水面發(fā)電、組件出口、腐蝕性區(qū)域發(fā)電、 BIPV 發(fā)電等場(chǎng)景。作為支架，可應(yīng)用于彩鋼瓦屋頂安裝系統(tǒng)、分布式屋頂安裝系統(tǒng)、山地支架系統(tǒng)、水上漂浮支架系統(tǒng)等場(chǎng)景。

　　復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域應(yīng)用存在的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　張秘書長(zhǎng)通過一組數(shù)字，展示了未來復(fù)合材料邊框與支架的市場(chǎng)規(guī)模。

　　● 2021 年全球太陽能市場(chǎng)規(guī)模約 185GW，對(duì)應(yīng)邊框市場(chǎng)約230 億，其中中國(guó)占80% 約200 億；

　　● 2022年因俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)及拉動(dòng)內(nèi)需，組件爆增，預(yù)計(jì)光伏組件產(chǎn)能增長(zhǎng)約 30%，邊框市場(chǎng)約300 億；

　　● 2023 年產(chǎn)能增長(zhǎng)約20%，預(yù)計(jì)邊框可達(dá)360 億；

　　● 按照每年20% 的增長(zhǎng)幅度，預(yù)計(jì)2028 年邊框市場(chǎng)可達(dá)到千億。

　　● 如果全部使用玻纖增強(qiáng)聚氨酯邊框及支架，需用玻纖>400 萬噸/ 年，需用聚氨酯>100 萬噸/ 年。

　　張秘書長(zhǎng)表示，復(fù)合材料邊框與支架未來潛力巨大。但目前，復(fù)合材料在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用還存在一些問題，比如，技術(shù)上的問題，包括：自動(dòng)化組裝問題、應(yīng)用設(shè)計(jì)問題、工程安裝問題、鏈接問題等。市場(chǎng)上的問題，比如：存在用戶商業(yè)模式認(rèn)知缺失、缺乏引導(dǎo)規(guī)范、市場(chǎng)需求技術(shù)信息與制造業(yè)信息不對(duì)等。尤其是，近年來，光伏行業(yè)持續(xù)增溫，引來一些企業(yè)盲目投入；與此同時(shí)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未完全建立起來……對(duì)此，張書長(zhǎng)表示，需要行業(yè)上下游聯(lián)合開展工作，包括：設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、自動(dòng)化工藝實(shí)現(xiàn)、工程應(yīng)用試點(diǎn)等，共同推動(dòng)復(fù)合材料在光伏行業(yè)的發(fā)展。

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