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专访东方日升,解密高强度合金钢边框组件产品价值

2021年11月17日,中国光伏头部企业之一的东方日升全球首发了高强度合金钢边框组件,引发了市场关注和热议。然而任何新事物的产生,必然会带来不同的声音,面对钢边框的推出,有些人对此表示认可和欢迎,认为解决了目前行业内遇到的诸多痛点,甚至有部分光伏企业已经开始跟进;但同样也有人认为“铝材料的全生命周期排放要低于钢材料” 、 “铝边框才是光伏组件边框的唯一选择”。

那么钢边框到底是什么样的一个产品呢,它的碳排放是怎样的呢?铝边框是不是光伏组件边框的唯一选择呢?今天记者就带着大家关注的问题走进行业首家批量使用钢边框产品的东方日升,听听他们的专家是怎么为大家解密的。

核心观点:

1.在整个生命周期里,即使在某些环节里铝材料有较低的碳排放,但是由于铝材料在生产过程中碳排放巨大,导致了其全生命周期里的碳排放仍旧远高于钢材料;

2.东方日升合金钢边框组件的加工精度能够与铝边框精度水平基本保持一致,完全适用于光伏组件的生产和应用;

3.钢材强度高,在抗撕裂方面有更好的表现;而且根据组件的安装方式,不会发生所谓的由于钢边框强度高而发生玻璃和边框形变不一致小于铝边框的现象;

4.钢边框和铝边框的接地性能一致,都能有效接地;

5.钢边框虽然重于铝边框,但也只是略重,不会由于重量增加而导致安装成本增加或安装困难。

问题一:东方日升为什么要在现在这个时候使用钢边框作为光伏组件的边框材料?

东方日升:铝合金重量轻、耐腐蚀性强、成型容易,这些特点使铝合金材料从中国光伏行业发展之初就成为主要的组件边框材料。

光伏行业技术的不断进步带来了度电成本的大幅下降,也使光伏成为了世界上最主要的可再生能源之一。在这种情况下,组件的应用场景也越来越广,同时也使组件产品面临的极端环境越来越多,比如大风、大雪、冰雹等恶劣气候,如何能够使组件更能适应这些恶劣气候,就需要不断的对组件技术和材料进行优化和变革。

对于边框材料来说,其实很早就有企业在开发非铝材料,东方日升也是在多年前就开始关注不同的边框材料,并着手对不同材料进行对比调查和设计开发。这次推出的高强度合金钢边框就是东方日升在进行了大量对比测试,并在性能高可靠性、生产可量产性,系统端可适用性的评估中脱颖而出的。面对不断增多和严苛的应用场景,钢边框更加适合。

另外,更加重要的是随着碳达峰碳中和目标的提出,节能减排已成国际上的主流趋势。光伏行业作为绿色能源的排头兵,更要重视企业在整个生产过程中的节能减排路径,包括所使用的原材料。和铝合金材料相比,钢材料在整个生命周期里的能耗方面和碳排放方面更加符合国家和行业节能减排的大趋势。

问题二:最近我们听到这么一种声音,说按照全生命周期内的碳排放进行计算,铝材料是低于钢材,事实真的如此吗?

东方日升:我们利用全生命周期评价法,从资源开采开始、到产品回收结束,来对比钢和铝从生产到回收的全过程的碳排放,可以直观看到钢材的低碳优势。虽然在开采和回收方面铝材料的碳排放低,但是铝材在生产过程中有数量更为庞大的碳排放,综合整个生命周期,铝材料的碳排放数量仍旧高于钢材料。如表1所示。

表1钢与铝全生命周期碳排放比较

全生命周期各环节碳排(单位:吨)

开采

生产

海运成品运输

回收

全生命周期碳排

吨钢

0.11

1.76

/

0.12

1.99

吨铝

0.01

14.58

/

0.03

14.62

同时,我们也可以按照固定容量组件使用不同边框材料的用量来进行比较。我们以1GW 650W组件为例,采用海运运输,运输距离10000公里,来比较其整个过程中所使用的边框材料的碳排放总量,如表2所示。

1GW组件使用的钢边框总重:8461吨,铝边框总重:5307吨。通过计算我们可知1GW组件所使用的边框材料的全生命周期内的碳排放量,铝是钢的4.5倍!

表2 1GW组件用钢与用铝全生命周期碳排放比较

全生命周期各环节碳排(单位:吨)

开采

生产

海运成品运输

回收

全生命周期碳排

1GW组件用钢材

930.71

14891.36

165

1015.32

17002.39

1GW组件用铝材

53.07

77376.06

93

159.21

77691.34

数据来源:《基于ElO—LCA的钢铁产品生命周期碳排放研究》和《中国铝生命周期能耗与碳排放的情景分析及减排对策》

在后期回收环节,钢回收与铝回收并无太大差距,废钢废铝的得材率差不多都在80%~90%。根据从相关渠道获得的信息,废钢翻新后跟正常冶炼出来的钢铁是一样的品质,而目前市场上流通的废铝型材的品质是要明显差于新铝型材的(更脆更易氧化)。

在回收能耗上,根据中国废钢铁应用协会的数据,用废钢炼1吨钢,可减少1.6吨碳排放,节约350公斤标准煤,同时减少86%的废气、76%的废水和92%的固体废物排放。铝材方面,据了解,我国原生铝在2030年前达到峰值;再生铝在2050~2060年达到峰值,在2035~2040年超过原生铝的数量,成为主要的原料。所以在2022-2035年13年期间原生铝还是主要原料。

综上所述,至少在当下,钢产品全生命周期循环利用体系相比铝材更加完善,低碳优势突出。在双碳目标催化下,随着供给侧改革不断深入,钢材的回收技术与回收幅度将会进一步提升,是符合我国能耗政策与双碳大目标的更佳选择。

问题三:目前高强度合金钢边框组件的加工精度与铝边框相比是否有差距?整体载荷性能表现如何?

东方日升:东方日升技术团队通过对成型加工设备不断调试和摸索,已积累较成熟的工艺参数和经验,边框槽口宽度等关键尺寸加工精度可以控制到与铝边框水平基本一致,完全满足组件制程及可靠性性能要求。

载荷能力是合金钢边框组件的重要性能指标。东方日升合金钢边框组件通过了各项极限载荷测试如低温动载、低温静载、不均匀雪载、风洞测试等,超出IEC标准测试,确保其实际使用过程中载荷能力优异可靠。

问题四:风载或雪载条件下玻璃形变量较大,钢边框强度高于铝合金,不像铝合金与玻璃保持同步形变,是否会带来爆板问题?

东方日升:铝材的热膨胀系数是玻璃的2.67倍,钢材的热膨胀系数是玻璃的1.3倍,相校于铝材,钢材与玻璃的膨胀系数更接近,匹配性进一步提升。

另外对于“同步形变”这个说法,我们认为是个伪命题。从组件安装方式来说,不管是单玻还是双玻组件,组件都是通过边框固定在支架的檩条上,边框和玻璃的相对形变都已经被限制在很小的程度内,不会发生由于相对形变大而造成的爆板现象;甚至对于双玻组件来说,安装时虽然组件背面无檩条横穿支撑,但双玻组件本身采用双层玻璃有更高的强度,再加上支架檩条是沿着长边来进行安装的,支架的檩条是架在长边框的下面,在这种情况下,受力时,不管组件边框是合金钢材质还是铝合金材质,其变形都受到了长边框下面支架檩条的限制,所以也不存在由于钢边框强度高不易“同步变形”而带来的组件爆板风险高的说法。

问题五:合金钢边框的锌镁铝镀层有优异的自修复功能,是否会影响接地?

东方日升:锌镁铝钢板预留接地孔的位置形成的是锌镁铝氧化层,这和铝合金预留接地孔的位置会发生氧化形成氧化铝保护层是同样的道理。如果说锌镁铝的自修复镀层影响了接地,那么铝边框的氧化铝层是不是也会影响接地呢?

光伏行业里每家组件制造商的的安装手册里都有详细的描述如何接地,都是需要使用专门的接地工具,比如采用“锯齿型”垫圈刺穿铝边框的“氧化层”才能顺利接地。使用钢边框的时候也是同样的操作方式,保证边框的良好接地性能。

总之,使用钢边框和铝边框,两者接地性能一致,都能有效接地。

问题六:高强度合金钢边框组件能上彩钢瓦屋顶吗?如果组件重量增加,会导致安装成本增加或安装困难吗?对支架成本有影响吗?

东方日升:首先,这个问题应该要问组件是否能上彩钢瓦屋顶,而不是“钢边框”组件是否能上彩钢瓦屋顶。

彩钢瓦屋顶一般为不上人屋面,根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)规定,不上人屋面的活荷载的设计标准值为0.5KN/m2(≈50kg/m2),对于受荷面积大于60m2的刚架结构,可取不小于0.3KN/m2(≈30kg/m2)。如果按照这个标准来看,目前市场上大部分组件产品均可使用(单位面积重量13kg/m2左右)。使用钢边框后,单位面积重量只增加了0.5Kg/m2左右,大概就是1瓶水的重量,该增量完全在可控成本范围内,并不会对安装成本与安装方式带来很大变化,也不会就是因为这一瓶水的重量增加而导致组件上不了屋顶。合金钢边框产品重量略微增加对于分布式及地面电站各场景并不会带来安装困难、成本上升及安全隐患等影响,铝边框和合金钢边框均适用于全场景应用。

但是考虑到会有一些老旧厂房或其他承荷能力更低的应用场景,需要重量更轻的组件,在这种情况下,单单考虑边框材料是不够的,而是需要综合考虑所有的组件材料,尤其是考虑占组件总重量70%的玻璃,比如采用更薄的玻璃或其他方式来降低组件重量。

其次,合金钢边框也不会增加支架成本。在安装方式上,合金钢边框没有特殊要求,和铝边框完全一致。在支架强度校核中,一般会考虑风压的情况;通常情况下基本风压在0.5KN/㎡以上,考虑体形系数、高度系数、及1.4的组合系数后,风荷载标准值要在1.0KN/㎡以上。以660W双玻组件为例,铝边框组件重量为38.5kg,使用合金钢边框组件重量为40kg,增加1.5kg,增加幅度为3.9%,折合到总的设计载荷增加约0.47%,支架强度一般会预留20%左右余量,增加0.47%无需对支架重新更换,不会对支架成本带来影响。

问题七:高强度合金钢边框组件的耐腐蚀性能如何?

东方日升:我们的合金钢边框基材为锌铝镁涂层合金钢板。据国际锌协会系统对锌铝镁、锌镁、锌铝等多种成分含量不一的材质的耐腐蚀性进行了调查,结果显示锌铝镁的耐腐蚀性最佳,并由于其优异的耐腐蚀性,锌铝镁获得了各行各业的认可,应用范围极其广泛。而且锌铝镁钢板本身具有自修复能力,能有效阻断腐蚀。同时,东方日升又新增了额外的表面处理工艺,相当于上了双重保险,使其具有更好的耐腐蚀性能。

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