(1)铝合金为光伏边框首选材料
光伏边框属于价值较高的组件辅材,在光伏组件成本结构中,光伏边框占比在 9%左右,高于 EVA、玻璃、背板、焊带等其他辅材,是光伏组件环节中不可或缺的组成部分。
除了铝合金外,目前光伏边框的可选项有复合材料边框、合金钢边框等,而铝合金材料在光伏边框中应用为最为普遍,是经过实践后的最佳结构材料。
在光伏产业“降本”、“增效”两大发展目标下,组件厂商在实践中不断尝试其他材料的边框替代方案,而铝合金材料凭借其本身密度低、易强化、导电性高、利于接地、塑性好、表面处理后抗腐蚀及抗氧化能力强、使用寿命长、 金属外观优秀装饰性佳、造型美观、易回收等诸多优点,成为实际应用最为普遍的光伏边框材料,根据 CPIA 发布的《中国光伏产业发展路线图》,铝合金材料在光伏边框市场占有率达 95%以上。由上,铝合金是光伏边框的最佳结构材料,中短期内暂无替代可能,将较长时间维持较高的市场占有率。
(2)其他边框材料的优劣势、研发及产业化进展
铝合金作为当前主要光伏边框材料,市场占有率在 95%以上。尽管目前市场上存在钢边框、玻璃纤维复合材料边框等差异化技术路线的探索工作,但目前均未被主流厂商广泛采纳接受,且均存在一定的技术问题,如钢材质密度较大,加大了承重风险,橡胶卡扣材质载荷能力较差且有爆板问题,玻璃纤维材料产效较低且不可回收等,其综合性能还需要较长时间及大批量的应用验证。
2023 年 6月 27 日,中国玻璃纤维工业协会联合中国光伏行业协会召开了“第一届光伏用纤维增强复合材料制品应用研讨会14”,对玻纤增强复合材料制品在光伏产业的推广应用和现状问题进行了分析和讨论,并形成了关于玻纤复合材料未来发展趋势的总结性意见:“目前光伏用新材料的推广仍面临工业技术和产品性能问题、标准检测认证问题、市场规范化建设问题”。
目前其他边框材料尚未被下游客户广泛接受,同时行业内部分厂商正在进行聚氨酯及玻璃纤维作为光伏边框材料的应用研究、产品系列化开发和市场规划建设工作。
玻璃纤维复合材料本身并非新型技术材料,其具有较长的发展历史,自2000年来,中国玻纤一直处于发展阶段,近年来玻璃纤维产量均有小幅增长,2022年我国玻璃纤维纱总产量约 687万吨,高于全球玻璃纤维产量年均复合增长率,经过多年发展,玻璃纤维复合材料在防火门窗等建筑建材、风机叶片等领域内均有部分应用15。
与铝合金材料的光伏边框相比,玻璃纤维复合材料边框理论成本更低、重量更轻,但始终因与光伏组件的适配性技术缺陷未能广泛应用于光伏边框领域。此外,玻纤复合材料不具有可回收价值,在组件寿命期满报废后造成环境污染。因此,目前玻璃纤维复合材料尚未被下游组件厂商大规模采纳,仅小量试用,仍处于研发测试或客户认证阶段。
光伏组件一般使用寿命为 20-25 年,而玻璃纤维复合材料在恶劣使用环境中的力学承载性、耐腐蚀性、耐候性能否保证光伏组件性能与完整的使用寿命尚未得到充分证实。下游头部组件厂商通常对其销售的光伏组件产品进行 20-25年的质量保证,因产品质量问题导致客户要求退货或换货可提供服务。倘若大
批量使用尚未被证实实用性的新型材料,有可能导致组件产品发生爆板、腐蚀、发电效率大幅下滑等严重质量问题而导致终端电站方客户要求退换货,则会使组件产品迅速损失经济价值,对其业绩造成重大影响。
因此,对于下游头部组件客户批量生产方面而言,相较于实用性尚未得到充分证实的新型复合边框材料,铝合金材料的优势及实用性在光伏产业多年的发展历程中已得到了充分的验证,在综合考虑成本、质保等因素的情况下,其仍然倾向于优先保障组件产品的质量与使用寿命,故铝合金材料始终占据着较高的市场占有率,短期内复合材料暂无替代可能。
综上,短时间内其他边框材料难以撼动铝合金材质作为主要光伏边框材料的地位,铝合金作为当前主要光伏边框材料被渗透的风险较低。
(3)光伏边框市场需求持续增长
受益于组件市场的持续增长,带动了光伏边框持续放量,未来光伏边框的需求量将进一步提升。2022 年我国组件产量达到 288.7GW,同比增长 58.8%,根据中国光伏行业协会《2022 年光伏行业发展回顾与 2023 年形势展望》,在全球各国“碳中和”目标、清洁型能源转型及绿色复苏的推动下,乐观预测下2023-2030 年全球每年新增光伏装机规模将达到 330-516GW,光伏行业将继续保持增长势头,市场需求进一步扩大。
单位 GW 光伏组件的边框耗用量与光伏组件的尺寸大小相关,光伏组件的尺寸越大,其单套功率越大,虽然单套组件搭配边框重量增加,但由于单位GW 所需组件数量下降,单位 GW 组件的边框耗用量随之小幅下降。
目前下游组件以 182mm(M10)、210mm(G12)等大尺寸硅片电池为行业内主流,以P 型单晶 182mm(M10)电池组件为例,按照装机容配比 1.2,单套组件功率550W,每套组件配套边框 2.85kg 进行计算,估算每 GW 新增光伏装机边框需求量在 0.52 万吨左右。
由上,在近年来光伏产业景气度较高的背景下,不考虑未来大尺寸硅片趋势及其他边框渗透率等因素影响的情况下,乐观估计 2030 年光伏边框年需求量可达到 320 万吨,以每吨光伏边框 2.2万元计算,未来光伏边框市场规模在 600亿元以上,市场前景广阔。
在考虑大尺寸硅片的应用趋势、其他边框材料应用占比及未来渗透率情况、铝合金边框价格波动情况等因素的影响下,针对未来不同情况下光伏边框的需求量及铝合金边框的市场规模进一步测算,具体情况如下:
①大尺寸硅片应用趋势及相应光伏边框需求量
单位 GW 光伏组件的边框耗用量与光伏组件的尺寸大小相关,光伏组件的尺寸越大,其单套功率越大,虽然单套组件搭配边框重量增加,但由于单位 GW所需组件数量下降,单位 GW组件的边框耗用量随之小幅下降。
根据中国光伏行业协会发布的《中国光伏产业发展路线图》,目前市场上 硅片尺寸种类多样,包括 156.75mm、157mm、158.75mm、166mm、182mm、 210mm等,且各占有一定的市场份额。其中,156.75mm等小尺寸硅片占比已下降至 0.5%左右,2024 年或将淡出市场。2022年 182mm和 210mm的大尺寸硅片合计占比由 2021 年的 45%迅速增长至 82.8%,未来其占比仍将快速扩大。至 2030 年,182mm及以上尺寸的组件将占据绝大部分的市场份额。
根据 CPIA 对未来主流组件尺寸的预测,即 2030年大尺寸组件将占据大部分的市场份额,小尺寸硅片组件将逐渐淡出市场
②其他边框材料应用占比及未来渗透率预测
根据中国光伏行业协会发布的《中国光伏产业发展路线图》描述,市场上 大部分电池组件使用的是铝边框,铝边框使用率高达 95%以上,远高于其他材 料。目前,市场上存在少数复合材料厂商正在进行其他边框材料的探索工作, 但尚未经过长时间的大批量应用验证,预计在短时间内,难以撼动铝合金材料 的主流应用地位。
随着铝边框行业技术和工艺的不断进步,带动成本逐步下降,铝边框将更 具性价比,渗透率有望进一步提升。预计到 2030 年,铝边框应用占比在乐观情 况下将保持 90.00%左右的水平,在保守情况下仍将维持 88.00%左右的水平。