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專訪東方日升,解密高強度合金鋼邊框組件產品價值

2021年11月17日,中國光伏頭部企業之一的東方日升全球首發了高強度合金鋼邊框組件,引發了市場關注和熱議。然而任何新事物的產生,必然會帶來不同的聲音,面對鋼邊框的推出,有些人對此表示認可和歡迎,認為解決了目前行業內遇到的諸多痛點,甚至有部分光伏企業已經開始跟進;但同樣也有人認為“鋁材料的全生命周期排放要低于鋼材料” 、 “鋁邊框才是光伏組件邊框的唯一選擇”。

那么鋼邊框到底是什么樣的一個產品呢,它的碳排放是怎樣的呢?鋁邊框是不是光伏組件邊框的唯一選擇呢?今天記者就帶著大家關注的問題走進行業首家批量使用鋼邊框產品的東方日升,聽聽他們的專家是怎么為大家解密的。

核心觀點:

1.在整個生命周期里,即使在某些環節里鋁材料有較低的碳排放,但是由于鋁材料在生產過程中碳排放巨大,導致了其全生命周期里的碳排放仍舊遠高于鋼材料;

2.東方日升合金鋼邊框組件的加工精度能夠與鋁邊框精度水平基本保持一致,完全適用于光伏組件的生產和應用;

3.鋼材強度高,在抗撕裂方面有更好的表現;而且根據組件的安裝方式,不會發生所謂的由于鋼邊框強度高而發生玻璃和邊框形變不一致小于鋁邊框的現象;

4.鋼邊框和鋁邊框的接地性能一致,都能有效接地;

5.鋼邊框雖然重于鋁邊框,但也只是略重,不會由于重量增加而導致安裝成本增加或安裝困難。

問題一:東方日升為什么要在現在這個時候使用鋼邊框作為光伏組件的邊框材料?

東方日升:鋁合金重量輕、耐腐蝕性強、成型容易,這些特點使鋁合金材料從中國光伏行業發展之初就成為主要的組件邊框材料。

光伏行業技術的不斷進步帶來了度電成本的大幅下降,也使光伏成為了世界上最主要的可再生能源之一。在這種情況下,組件的應用場景也越來越廣,同時也使組件產品面臨的極端環境越來越多,比如大風、大雪、冰雹等惡劣氣候,如何能夠使組件更能適應這些惡劣氣候,就需要不斷的對組件技術和材料進行優化和變革。

對于邊框材料來說,其實很早就有企業在開發非鋁材料,東方日升也是在多年前就開始關注不同的邊框材料,并著手對不同材料進行對比調查和設計開發。這次推出的高強度合金鋼邊框就是東方日升在進行了大量對比測試,并在性能高可靠性、生產可量產性,系統端可適用性的評估中脫穎而出的。面對不斷增多和嚴苛的應用場景,鋼邊框更加適合。

另外,更加重要的是隨著碳達峰碳中和目標的提出,節能減排已成國際上的主流趨勢。光伏行業作為綠色能源的排頭兵,更要重視企業在整個生產過程中的節能減排路徑,包括所使用的原材料。和鋁合金材料相比,鋼材料在整個生命周期里的能耗方面和碳排放方面更加符合國家和行業節能減排的大趨勢。

問題二:最近我們聽到這么一種聲音,說按照全生命周期內的碳排放進行計算,鋁材料是低于鋼材,事實真的如此嗎?

東方日升:我們利用全生命周期評價法,從資源開采開始、到產品回收結束,來對比鋼和鋁從生產到回收的全過程的碳排放,可以直觀看到鋼材的低碳優勢。雖然在開采和回收方面鋁材料的碳排放低,但是鋁材在生產過程中有數量更為龐大的碳排放,綜合整個生命周期,鋁材料的碳排放數量仍舊高于鋼材料。如表1所示。

表1鋼與鋁全生命周期碳排放比較

全生命周期各環節碳排(單位:噸)

開采

生產

海運成品運輸

回收

全生命周期碳排

噸鋼

0.11

1.76

/

0.12

1.99

噸鋁

0.01

14.58

/

0.03

14.62

同時,我們也可以按照固定容量組件使用不同邊框材料的用量來進行比較。我們以1GW 650W組件為例,采用海運運輸,運輸距離10000公里,來比較其整個過程中所使用的邊框材料的碳排放總量,如表2所示。

1GW組件使用的鋼邊框總重:8461噸,鋁邊框總重:5307噸。通過計算我們可知1GW組件所使用的邊框材料的全生命周期內的碳排放量,鋁是鋼的4.5倍!

表2 1GW組件用鋼與用鋁全生命周期碳排放比較

全生命周期各環節碳排(單位:噸)

開采

生產

海運成品運輸

回收

全生命周期碳排

1GW組件用鋼材

930.71

14891.36

165

1015.32

17002.39

1GW組件用鋁材

53.07

77376.06

93

159.21

77691.34

數據來源:《基于ElO—LCA的鋼鐵產品生命周期碳排放研究》和《中國鋁生命周期能耗與碳排放的情景分析及減排對策》

在后期回收環節,鋼回收與鋁回收并無太大差距,廢鋼廢鋁的得材率差不多都在80%~90%。根據從相關渠道獲得的信息,廢鋼翻新后跟正常冶煉出來的鋼鐵是一樣的品質,而目前市場上流通的廢鋁型材的品質是要明顯差于新鋁型材的(更脆更易氧化)。

在回收能耗上,根據中國廢鋼鐵應用協會的數據,用廢鋼煉1噸鋼,可減少1.6噸碳排放,節約350公斤標準煤,同時減少86%的廢氣、76%的廢水和92%的固體廢物排放。鋁材方面,據了解,我國原生鋁在2030年前達到峰值;再生鋁在2050~2060年達到峰值,在2035~2040年超過原生鋁的數量,成為主要的原料。所以在2022-2035年13年期間原生鋁還是主要原料。

綜上所述,至少在當下,鋼產品全生命周期循環利用體系相比鋁材更加完善,低碳優勢突出。在雙碳目標催化下,隨著供給側改革不斷深入,鋼材的回收技術與回收幅度將會進一步提升,是符合我國能耗政策與雙碳大目標的更佳選擇。

問題三:目前高強度合金鋼邊框組件的加工精度與鋁邊框相比是否有差距?整體載荷性能表現如何?

東方日升:東方日升技術團隊通過對成型加工設備不斷調試和摸索,已積累較成熟的工藝參數和經驗,邊框槽口寬度等關鍵尺寸加工精度可以控制到與鋁邊框水平基本一致,完全滿足組件制程及可靠性性能要求。

載荷能力是合金鋼邊框組件的重要性能指標。東方日升合金鋼邊框組件通過了各項極限載荷測試如低溫動載、低溫靜載、不均勻雪載、風洞測試等,超出IEC標準測試,確保其實際使用過程中載荷能力優異可靠。

問題四:風載或雪載條件下玻璃形變量較大,鋼邊框強度高于鋁合金,不像鋁合金與玻璃保持同步形變,是否會帶來爆板問題?

東方日升:鋁材的熱膨脹系數是玻璃的2.67倍,鋼材的熱膨脹系數是玻璃的1.3倍,相校于鋁材,鋼材與玻璃的膨脹系數更接近,匹配性進一步提升。

另外對于“同步形變”這個說法,我們認為是個偽命題。從組件安裝方式來說,不管是單玻還是雙玻組件,組件都是通過邊框固定在支架的檁條上,邊框和玻璃的相對形變都已經被限制在很小的程度內,不會發生由于相對形變大而造成的爆板現象;甚至對于雙玻組件來說,安裝時雖然組件背面無檁條橫穿支撐,但雙玻組件本身采用雙層玻璃有更高的強度,再加上支架檁條是沿著長邊來進行安裝的,支架的檁條是架在長邊框的下面,在這種情況下,受力時,不管組件邊框是合金鋼材質還是鋁合金材質,其變形都受到了長邊框下面支架檁條的限制,所以也不存在由于鋼邊框強度高不易“同步變形”而帶來的組件爆板風險高的說法。

問題五:合金鋼邊框的鋅鎂鋁鍍層有優異的自修復功能,是否會影響接地?

東方日升:鋅鎂鋁鋼板預留接地孔的位置形成的是鋅鎂鋁氧化層,這和鋁合金預留接地孔的位置會發生氧化形成氧化鋁保護層是同樣的道理。如果說鋅鎂鋁的自修復鍍層影響了接地,那么鋁邊框的氧化鋁層是不是也會影響接地呢?

光伏行業里每家組件制造商的的安裝手冊里都有詳細的描述如何接地,都是需要使用專門的接地工具,比如采用“鋸齒型”墊圈刺穿鋁邊框的“氧化層”才能順利接地。使用鋼邊框的時候也是同樣的操作方式,保證邊框的良好接地性能。

總之,使用鋼邊框和鋁邊框,兩者接地性能一致,都能有效接地。

問題六:高強度合金鋼邊框組件能上彩鋼瓦屋頂嗎?如果組件重量增加,會導致安裝成本增加或安裝困難嗎?對支架成本有影響嗎?

東方日升:首先,這個問題應該要問組件是否能上彩鋼瓦屋頂,而不是“鋼邊框”組件是否能上彩鋼瓦屋頂。

彩鋼瓦屋頂一般為不上人屋面,根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)規定,不上人屋面的活荷載的設計標準值為0.5KN/m2(≈50kg/m2),對于受荷面積大于60m2的剛架結構,可取不小于0.3KN/m2(≈30kg/m2)。如果按照這個標準來看,目前市場上大部分組件產品均可使用(單位面積重量13kg/m2左右)。使用鋼邊框后,單位面積重量只增加了0.5Kg/m2左右,大概就是1瓶水的重量,該增量完全在可控成本范圍內,并不會對安裝成本與安裝方式帶來很大變化,也不會就是因為這一瓶水的重量增加而導致組件上不了屋頂。合金鋼邊框產品重量略微增加對于分布式及地面電站各場景并不會帶來安裝困難、成本上升及安全隱患等影響,鋁邊框和合金鋼邊框均適用于全場景應用。

但是考慮到會有一些老舊廠房或其他承荷能力更低的應用場景,需要重量更輕的組件,在這種情況下,單單考慮邊框材料是不夠的,而是需要綜合考慮所有的組件材料,尤其是考慮占組件總重量70%的玻璃,比如采用更薄的玻璃或其他方式來降低組件重量。

其次,合金鋼邊框也不會增加支架成本。在安裝方式上,合金鋼邊框沒有特殊要求,和鋁邊框完全一致。在支架強度校核中,一般會考慮風壓的情況;通常情況下基本風壓在0.5KN/㎡以上,考慮體形系數、高度系數、及1.4的組合系數后,風荷載標準值要在1.0KN/㎡以上。以660W雙玻組件為例,鋁邊框組件重量為38.5kg,使用合金鋼邊框組件重量為40kg,增加1.5kg,增加幅度為3.9%,折合到總的設計載荷增加約0.47%,支架強度一般會預留20%左右余量,增加0.47%無需對支架重新更換,不會對支架成本帶來影響。

問題七:高強度合金鋼邊框組件的耐腐蝕性能如何?

東方日升:我們的合金鋼邊框基材為鋅鋁鎂涂層合金鋼板。據國際鋅協會系統對鋅鋁鎂、鋅鎂、鋅鋁等多種成分含量不一的材質的耐腐蝕性進行了調查,結果顯示鋅鋁鎂的耐腐蝕性最佳,并由于其優異的耐腐蝕性,鋅鋁鎂獲得了各行各業的認可,應用范圍極其廣泛。而且鋅鋁鎂鋼板本身具有自修復能力,能有效阻斷腐蝕。同時,東方日升又新增了額外的表面處理工藝,相當于上了雙重保險,使其具有更好的耐腐蝕性能。

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