鋁是地球上含量最豐富的金屬，鋁合金是以鋁為基添加一定量其他合金元素，同時具有很多優(yōu)良性能，在工業(yè)和生活中應用廣泛。鋁合金邊框一直作為光伏組件重要輔材之一，隨光伏行業(yè)一起發(fā)展�，F階段，在光伏行業(yè)“降本”、“增效”兩大發(fā)展目標下，組件廠家采用了降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加組件尺寸等多種組件降本提效方案。這樣對鋁合金邊框強度提出了更高的要求。同時，鋁價的上漲也讓組件廠家考慮多種邊框替代方案，甚至考慮取消邊框。本文討論了無框雙玻組件、鋼結構邊框、橡膠邊框、復合材料邊框的特點，并與鋁合金邊框做了對比。作為參考，將建筑門窗用框架材料的使用情況作為對比，討論了鋁合金結構材料的使用優(yōu)勢。最后，探討了鋁合金邊框投入和回收情況。結果發(fā)現，鋁合金由于本身特點，在眾多材料發(fā)展中作為結構材料脫穎而出，具有絕對優(yōu)勢，資產保值增值效果明顯。光伏組件使用鋁合金邊框是光伏行業(yè)發(fā)展的唯一正確選擇。
鋁合金作為第二大結構材料，具有的優(yōu)良性能：強度高、牢固性強、導電性能好，抗腐蝕抗氧化，抗拉力性能強、運輸安裝便捷，以及便于回收等其他材料無法比擬的優(yōu)勢。自光伏組件誕生起就被做為邊框材料使用，一直伴隨其側，未有任何其它材料替代，承擔著光伏組件的抗風載、雪載、對光伏組件進行全方位的保護，并方便組件安裝，足以說明鋁合金邊框在光伏組件中的不可替代性。
鋁合金材料特點
鋁合金邊框一直是光伏組件必不可少的輔材之一，主要是由于鋁合金材料本身的優(yōu)勢，主要有：
1) 密度低，鋁的密度約為2.7g/cm3，在金屬結構料中僅高于鎂的第二輕金屬，只有鐵或者銅的1/3；
2) 易強化，純鋁強度不高，但通過合金化和熱處理容易使之強化，制造高強度鋁合金，強度可以和合金鋼媲美，所以，彈性率、剛性、金屬疲勞值高，不易變形，可以很好的保護太陽能電池板；
3) 導電好，鋁的導電性和導熱性僅次于銀、金、銅。如按照等質量金屬導電能力計算，鋁幾乎是銅的一倍。所以有利于組件安裝接地；
4) 塑性高，鋁及其合金延展性好，可通過擠壓、軋制或拉拔等壓力加工手段制成各種型、板、箔、管和絲材；
5) 易表面處理，鋁可通過陽極氧化著色處理，處理后硬度高，耐磨耐腐蝕及電絕緣性好，通過化學預處理還可以進行電鍍、電泳、噴涂等進一步提高鋁的裝飾性和保護性；
6) 抗腐蝕，抗氧化性強，鋁和氧具有有極高的親和力，自然條件下鋁表面會生成保護性氧化物，具有比鋼鐵強的耐腐蝕性。因為這一優(yōu)點，鋁合金型材被廣泛應用到建筑、工業(yè)各大領域；
7) 運輸、安裝便捷，表面即使劃傷也不會產生氧化，不影響性能；
8) 使用壽命長，鋁合金的壽命一般在30-50年以上。而電池板的壽命在25-30年，所以完全可以達到使用要求；
9) 造型美觀：鋁合金表面經陽極電化處理后，可呈現銀白、黑色等，符合美學要求；
10) 易回收，鋁的熔融溫度低，為660°С左右，廢料容易再生，回收率極高，回收能耗只是原生鋁的3%。
邊框替代解決方案
在光伏產業(yè)“降本”、“增效”兩大發(fā)展目標下，組件生產企業(yè)大多采用降低玻璃厚度、降低硅片厚度、增加組件尺寸等多種組件降本提效方案，以上降本方案最終對邊框結構強度提出更高要求。同時，光伏組件廠家一直在尋求替代解決方案，其中即有無框雙玻組件這樣取消邊框的解決方案，也有考慮過用其他材質光伏邊框，包括鋼結構、橡膠、復合材料等。接下來對各種解決方案做以下討論分析，從而讓讀者對光伏組件邊框有更清楚的認識。
無框雙玻組件
由于無框雙玻組件采用雙層玻璃，提高組件的機械性能，同時搭配無框雙玻壓塊，理論上可將鋁合金邊框省去。但實驗室測試結果與電站實際運行始終存在差異，無框雙玻組件安裝幾年內，收到大量客戶投訴，主要原因是無框雙玻組件出現彎曲變形，造成電池片隱裂和玻璃爆裂。引起組件變形的應力來源主要是：（1）匯流帶層壓應力不均：（2）機械應力不均；（3）熱應力不均。無框雙玻組件出現的問題導致組件廠家損失慘重。鋁合金邊框可使光伏組件邊緣受力均勻，不會因安裝夾具、內部應力等原因造成應力隱患。經歷過無框雙玻組件后，光伏生產廠家更加意識到鋁合金邊框對光伏組件的重要性。
鋼結構邊框
由于鋼材相較鋁合金型材具有強度高、價格便宜等優(yōu)勢，因此光伏廠家曾嘗試引入鋼結構邊框取代鋁合金邊框實現降本。但是由于鋼結構邊框材料特性因素，限制了其在光伏組件的應用。主要原因如下：
1) 鋼結構邊框美觀性差：目前市場上出現一些合金鋼結構邊框產品，但是由于工藝限制，導致其外觀與現有鋁合金邊框有較大差異，客戶很難接受從美觀性優(yōu)異的鋁合金邊框切換到外觀較差的鋼結構邊框，產品外觀對比如下：
結構邊框，產品外觀對比如下：
鋁合金邊框
鋼結構邊框
2) 密度大，重量重：由于鋼結構邊框密度大，導致同截面厚度的常規(guī)72版型邊框，鋼結構邊框重量要增加一倍以上。在光伏組件大尺寸的發(fā)展背景下，組件重量已對組件安裝使用造成很大影響，成為限制大尺寸組件進一步發(fā)展的瓶頸之一，因此鋼結構組件不滿足光伏組件的未來發(fā)展趨勢。
3) 耐腐蝕性較差：鋁合金邊框經過多年的實驗及電站端驗證其具有優(yōu)異的耐腐蝕性。但鋼結構邊框由于材料特性原因易被氧化、生銹，影響美觀及產品壽命；
4) 回收價值較低：鋼結構邊框戶外運行20-30年后，極易生銹，回收難度大，回收比例低，不具有經濟環(huán)保性；
5) 鋼邊框加工性差：鋼邊框加工工藝主要為折彎工藝，易導致鋼邊框產品精度低、邊框形狀受限，加工難度大。
橡膠邊框
在眾多準備替代鋁合金邊框的產品中，一種鋁合金搭配橡膠的橡膠卡扣邊框方案應運而生，雖然目前該產品并未正式亮相，但是通過廠家介紹可了解到該邊框方案采用類似無框雙玻壓塊結構設計，且其主要應用于無框雙玻組件，該產品與鋁合金邊框相比，劣勢如下：
1) 據介紹，橡膠卡扣邊框替代常規(guī)鋁合金邊框具有雨水自清潔優(yōu)勢，即其產品主要應用于無框雙玻組件，但如前文所述，目前無框雙玻產品方案已經逐漸被組件廠家舍棄，以上問題橡膠邊框如何解決不得而知；
2) 橡膠塑料材質的邊框很容易被風化，一般達不到太陽能電池板的使用壽命（25年）；
3) 環(huán)境友好性差，橡膠產品全生命周期對環(huán)境有很大的污染，不符合我國綠色可持續(xù)發(fā)展道路。
復合材料邊框
復合材料邊框在眾多邊框材料中屬于歷史較為悠久的一種，早在2012年便有廠家開發(fā)相關產品，但由于其高分子材料特性限制，一直未被主流組件廠家接納，其應用場景受限，仍有很長一段路需要走。
鋁合金邊框雖然從未被其它材料取代，但是尋求替代材料的過程卻從未停止，各種嘗試均未被市場接受。
門窗的框架材料情況
“他山之石，可以攻玉。”我們可以借鑒歷史更悠久的建筑門窗行業(yè)框架材料的發(fā)展之路，為光伏組件邊框的發(fā)展做個參考。門窗框架經歷過木窗、鋼結構窗、塑鋼窗時代，最終技術發(fā)展決定了以鋁合金門窗為主的現代門窗系列。
分析門窗發(fā)展的歷程可知，不同材質門窗框架的材料特性決定了鋁合金門窗是門窗市場的必然選擇。
1) 木窗：木窗是人類最早使用的窗體材料，具有自然、和諧、溫馨、堅實的特點，需用優(yōu)質木材，以及優(yōu)良工藝制造，因此價格較高，多用于別墅等高檔空間處理；另外，劣質木窗則易于變形，影響使用。
2) 鋼結構窗：工業(yè)革命后的產物，我國八十年代前的老公房多用這種窗，易銹、價廉、不密封，現已基本淘汰。
3) 塑鋼窗：顧名思義由塑料和鋼組合為窗體型材的窗，塑料(PVC)型材內部襯鋼，既達到保溫效果，又增加強度，成本也較低；但塑鋼材料易老化變色，暴曬之后可能會出現裂痕，型材強度低，大尺寸型材易變形，適于體量較小的門窗構造。
4) 鋁合金窗：門窗種類中鋁合金窗是目前使用最為廣泛的門窗材料，其優(yōu)點非常明顯：質輕、堅固、不易變形、金屬質感、易于加工，可使用噴涂或電泳進行表面處理，可以任意色彩搭配建筑外形及居室內部空間，是建筑門窗選擇最多的材料。
鋁合金邊框的經濟性分析
目前市場出現的各種光伏邊框方案的根本原因是光伏組件的降本需求，由于當前鋁價大幅增長，造成組件邊框成本增加。但另一方面，從材料循環(huán)再生利用角度來看，相比其他材料，鋁合金邊框具有極高的再利用價值，且循環(huán)再利用工藝簡單，符合綠色循環(huán)發(fā)展理念。在此給做個簡單計算：
目前182及210版型尺寸統一，本測算按照統一后的尺寸進行估算
光伏組件邊框使用25年后，邊框可進行全部回收。182 72版型單塊組件雖然單套邊框價格達到每套100元，但以現在鋁價估算，單套鋁邊框的回收價值高達70元。同時，由于國家電解鋁產能“天花板“限制及能耗雙控等要求，以及國內外經濟環(huán)境變化，預計至25年后，鋁價上漲是大概率事件。暫以鋁價翻倍計算，屆時鋁邊框回收價值將達到每套140元，遠高于現在購買邊框的投入。210組件鋁合金邊框情況與此類似。鋁合金邊框保值升值價值凸顯，這是鋼結構邊框、橡膠邊框等其他材料所不具備的。
綜合近年來我國光伏行業(yè)和建筑門窗行業(yè)的發(fā)展應用，鋁合金在眾多結構材料中脫穎而出，顯示出鋁合金的絕對優(yōu)勢，這是光伏行業(yè)發(fā)展需求的選擇，也是經歷過大量實踐的最優(yōu)結構材料方案，鋁合金邊框依然是光伏組件的最佳搭檔。
鋁合金光伏支架優(yōu)勢十分明顯，目前已得到廣泛的應用，輝鋁新材先后參與服務國家電投淮南窯河漁場“漁光互補”光伏發(fā)電項目、常熟福山光伏發(fā)電公司擴建光伏發(fā)電項目、山西沁水光伏項目、江蘇寶應射陽湖漁光互補光伏項目、陜西渭南光伏領跑者基地、貴州遵義鋁合金電纜橋架項目，寧夏惠農光伏支架項目等多個重要太陽能光伏案例……
