复合材料在光伏领域中的应用——访中国物资再生协会纤维复合材料分会秘书长张荣琪

　　根据国家能源局发布数据， 2022 年我国光伏新增装机 87.41GW，同比增长17.3%。除了提升光伏装机量，光伏产业链的企业也一直在努力降低生产过程能耗，以及寻找低碳材料等，从各个角度从源头减少碳排放，缩短能量回收周期。得益于复合材料优异的性能，复合材料在光伏中的应用近几年异军突起。

　　虽然面临当前的挑战，但总体而言，可再生能源已然成为复合材料的一个巨大且不断增长的市场领域。复合材料的应用，能够降低生产过程碳排放，让光伏发电更加“绿色”。 那么，复合材料在光伏领域的应用特点、开发优势、应用场景，以及存在的问题有哪些？对此，请听中国玻璃纤维工业协会、中国物资再生协会纤维复合材料分会秘书长张荣琪先生为我们一一道来。

　　复合材料应用于光伏行业的性能优势

　　边框是太阳能光伏组件的重要组成部分，能起到固定及密封太阳能电池组件和背板，增强组件强度的作用，有助于运输及安装，其性能对电池组件的使用寿命也会产生直接影响。

　　通常情况下，组件边框为铝合金材质。铝合金型材可以做出复杂的截面，方便安装角码。但众所周知，电解铝是非常典型的高耗能产业。据行业专家测算，生产一吨电解铝需消耗电能约1.35 万千瓦时。以2020 年为例，电解铝行业总耗电占2020 年我国全社会用电量的6.67% 左右。

　　由此可见，开发非金属材质的组件边框可以为光伏组件制造商带来明显的降本增效。张秘书长表示，玻璃纤维增强聚氨酯是复合材料边框的理想材料类型。其轻质高强、耐腐蚀、耐老化、电气绝缘性好及材料各向异性等特性已被人们逐步认识，随着对玻纤增强复合材料的研究逐步深入，应用也越来越广。

　　张秘书长详细介绍了复合材料边框封的应用特点。首先，复合材料绝缘性优良，它不受电磁波影响，不反射无线电波，透微波性好，能够承受高电压而不损坏；其热性能良好，热传导系数低；工艺性优良：高效、节能；耐腐蚀性能良好：对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多油类和溶剂都有较好的抵抗力；尺寸稳定性好：玻璃钢型材的线膨胀系数为7.3X10-6/℃，低于钢和铝合金，是塑料的1/15；可设计性强：可充分选择多种材料来满足不同产品的特性。此外，二次加工对产品的耐腐性、承压性不会产生影响。而且减震性能良好：弹性模量为24000，有吸震和抗震能力；寿命更是可达25 年之久。复合材料色彩丰富：可做成各种指定颜色，无需再次涂料涂刷。

　　张秘书长以科思创复合材料光伏边框为例，介绍了玻纤增强聚氨酯复合材料边框的缘起。2016 年，科思创携手合作伙伴成功开发了聚氨酯复合材料光伏边框，首批使用该边框的太阳能板安装于科思创位于上海的亚太区创新中心屋面上，多年来运行良好。

　　“玻纤增强聚氨酯复合材料边框具有高耐腐蚀、高耐盐雾的优越性能，是海洋及污水处理厂等耐腐蚀应用场景中光伏组件边框的不二选择。”在介绍复合材料边框应用于海上光伏时，张秘书长介绍说，“沿海组件设计需要承载更高背压（约4000Pa）。传统边框需要增加厚度，这就增加了成本。玻纤增强聚氨酯复合材料边框能充分发挥力学性能，较易满足4000Pa 的背压要求。”

　　他特别提到：“玻纤增强聚氨酯复合材料边框的屈服强度990MPa，是铝合金的5 倍, 保证在应力释放后组件 100% 回弹，没有残余变形，在25 年的生命周期内可大幅降低硅片的隐裂。” 此外，玻纤增强聚氨酯材料弹性模量略低于玻璃，在风载动态下边框具有动载阻尼作用，可有效缓解背面玻璃爆裂的问题。而且，传统边框材料是导体，每一块组件都需接地，增加了BIPV 施工的难度及成本。而玻纤增强聚氨酯复合材料边框具有优良的绝缘性能，不需接地。特别是，玻纤增强聚氨酯材料边框与玻璃近乎一样的膨胀系数，有效保证组件从工厂端到寒冷地区时不会发生弯曲变形的现象发生。

　　值得一提的是，“2025 年后出口到欧洲的组件有碳排放指标的要求。 GRPU边框是低能耗产品，经初步计算，从最初级原料（石油及矿石）到制成组件边框再到第一次回收利用作为一个生命周期，GRPU 边框的碳排放指标只有传统边框用材的12%，降低组件出口碳排放。”张秘书长说。

　　由于GRPU 复合材料独特的性能优势，其作为边框，可应用于沿海及水面发电、组件出口、腐蚀性区域发电、 BIPV 发电等场景。作为支架，可应用于彩钢瓦屋顶安装系统、分布式屋顶安装系统、山地支架系统、水上漂浮支架系统等场景。

　　复合材料在光伏领域应用存在的机遇与挑战

　　张秘书长通过一组数字，展示了未来复合材料边框与支架的市场规模。

　　● 2021 年全球太阳能市场规模约 185GW，对应边框市场约230 亿，其中中国占80% 约200 亿；

　　● 2022年因俄乌战争及拉动内需，组件爆增，预计光伏组件产能增长约 30%，边框市场约300 亿；

　　● 2023 年产能增长约20%，预计边框可达360 亿；

　　● 按照每年20% 的增长幅度，预计2028 年边框市场可达到千亿。

　　● 如果全部使用玻纤增强聚氨酯边框及支架，需用玻纤>400 万吨/ 年，需用聚氨酯>100 万吨/ 年。

　　张秘书长表示，复合材料边框与支架未来潜力巨大。但目前，复合材料在光伏领域的应用还存在一些问题，比如，技术上的问题，包括：自动化组装问题、应用设计问题、工程安装问题、链接问题等。市场上的问题，比如：存在用户商业模式认知缺失、缺乏引导规范、市场需求技术信息与制造业信息不对等。尤其是，近年来，光伏行业持续增温，引来一些企业盲目投入；与此同时，行业标准还未完全建立起来……对此，张书长表示，需要行业上下游联合开展工作，包括：设计、试验验证、自动化工艺实现、工程应用试点等，共同推动复合材料在光伏行业的发展。

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