我國光伏支架用鋼現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢淺析

王 可 王 晶

一、光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.全球光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模

光伏發(fā)電在很多國家已成為清潔、低碳能源的重要來源。在歐美日以及中東、南美等地區(qū)和國家，光伏發(fā)電已快速興起。2020年，全球光伏新增裝機達130GW，創(chuàng)歷史新高。

長期來看，隨著光伏發(fā)電成本逐步降低、儲能快速導(dǎo)入，光伏發(fā)電的優(yōu)勢會逐步凸顯，光伏發(fā)電增量占全球總發(fā)電量增量中的比例將逐步提高。在多國“碳中和”目標(biāo)、清潔能源轉(zhuǎn)型推動下，中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，“十四五”期間，全球年均新增光伏裝機約210～260GW（見圖1）。

圖1 2011-2025年全球光伏年度新增裝機規(guī)模 GW

2.國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模

2020年12月12日，習(xí)近平主席在氣候雄心峰會上宣布，到2030年，中國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，在“十四五”期間，我國光伏年均新增裝機或?qū)⒃?0～90GW之間（見圖2）。2020年，國內(nèi)光伏新增裝機48.2GW，達到歷史第二高，同比增長60.1%。受疫情影響，2020年上半年電站裝機規(guī)模不大，裝機主要集中在下半年，12月單月新增光伏裝機規(guī)模達到29.5GW，創(chuàng)歷史新高。2020年戶用光伏裝機超10GW，占到了全年光伏新增裝機約20%。

圖2 2011-2025年我國光伏年度新增裝機規(guī)模 GW

二、光伏用鋼概述

1.光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游環(huán)節(jié)用鋼

光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游包括單/多晶硅的冶煉、鑄錠/拉棒、切片等環(huán)節(jié)，上游環(huán)節(jié)用鋼主要分為兩方面，一是制造加工設(shè)備用鋼，二是硅片切割用鋼絲。

制造加工設(shè)備用鋼主要包括：冶煉、切割等所需的反應(yīng)爐、單晶爐、切割機用鋼等。

硅片切割用鋼絲以高碳鋼絲為主，其表面質(zhì)量及性能直接影響金剛石線成品質(zhì)量。與傳統(tǒng)砂線切割技術(shù)相比，金剛石線切割的速度快、切出的硅片品質(zhì)較為穩(wěn)定，可以大幅降低硅片生產(chǎn)成本，在太陽能硅片切割生產(chǎn)中起到十分關(guān)鍵的作用。切割線基線直徑及研磨介質(zhì)粒度同硅片切割質(zhì)量及切削損耗量相關(guān)，較小的線徑和介質(zhì)粒度有利于降低切削損耗和生產(chǎn)成本，現(xiàn)在金剛石線基線直徑已降低至40μm～60μm，且呈不斷下降趨勢。

2.光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)用鋼

光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游包括太陽能電池生產(chǎn)、光伏發(fā)電組件封裝等環(huán)節(jié)，中游環(huán)節(jié)用鋼集中在光伏支架制作上。

光伏支架是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了支撐、固定、轉(zhuǎn)動光伏組件而設(shè)計安裝的特殊設(shè)備。為了使光伏電站達到最佳的發(fā)電效率，光伏支架需結(jié)合建設(shè)地點的地形地貌、氣候及太陽能資源條件，將光伏組件以一定的朝向、排列方式及間距予以固定。目前支架用鋼以Q235鋼板+熱鍍鋅鋼件為主。

光伏組件邊框目前所采用的材料主要是鋁合金6063-T5，但未來存在特種鋼替代的可能性，若研制成功則可以大幅降低組件成本。

3.光伏產(chǎn)業(yè)鏈下游環(huán)節(jié)用鋼

光伏產(chǎn)業(yè)鏈下游包括光伏應(yīng)用系統(tǒng)的安裝及服務(wù)等，下游用鋼主要包括二方面，一是光伏電站基建用鋼，二是電力輸送過程中電塔用鋼。

三、光伏支架

1.光伏支架概述

光伏支架按照能否跟蹤太陽轉(zhuǎn)動區(qū)分為固定支架和跟蹤支架。

固定支架以機械結(jié)構(gòu)為主，主要由立柱、主梁、檁條、基礎(chǔ)等部件構(gòu)成。跟蹤支架構(gòu)成包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（可旋轉(zhuǎn)支架）、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（通訊控制箱、傳感器、云平臺、電控箱等部件）三大系統(tǒng)，除機械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜外，其控制系統(tǒng)還涉及算法層面的優(yōu)化設(shè)計。

雖然支架不是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中最被重視的環(huán)節(jié)，但卻是支撐固定整個光伏系統(tǒng)的重要設(shè)備，也被稱為光伏電站“骨骼”。支架制作是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中耗鋼量最多的地方，也是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中與鋼廠聯(lián)系最緊密的環(huán)節(jié)。

2.光伏支架發(fā)展趨勢

（1）光伏新增裝機容量增加，持續(xù)拉動光伏支架需求

近年來，光伏憑借其綠色、環(huán)保的優(yōu)勢，在海內(nèi)外繼續(xù)快速發(fā)展，裝機容量和技術(shù)迭代創(chuàng)新呈現(xiàn)螺旋式增長。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，未來五年全球光伏市場新增裝機規(guī)模將持續(xù)增長，2025年最高可達330GW，未來五年中國光伏年均新增裝機可達到70～90GW，2025年最高可達110GW。光伏新增裝機容量的增加，將持續(xù)拉動光伏支架市場需求。

（2）光伏支架在電站系統(tǒng)的地位日益提升

隨著建造光伏電站的優(yōu)質(zhì)場地有所減少，越來越多的光伏電站建設(shè)在環(huán)境惡劣（如荒漠、戈壁、湖面、農(nóng)田、灘涂）、土地不平整（如山地、丘陵）的地區(qū)。這就對光伏支架的穩(wěn)定可靠性提出了更高的要求。同時，在光伏補貼政策逐步退出的背景下，光伏支架成本成為影響電站投資效益的重要因素，在電站投資中的地位顯得至關(guān)重要。

（3）光伏跟蹤支架細分產(chǎn)品占比穩(wěn)步上升

隨著跟蹤支架可靠性提升、造價成本降低，加上光伏平價上網(wǎng)趨勢倒逼電站投資者更重視發(fā)電效率等因素，近年來光伏跟蹤支架的應(yīng)用越來越普及。2020年，我國光伏電站市場跟蹤支架占比為18.7%；預(yù)計到2025年，跟蹤支架占比將上升至25%以上。同期，海外跟蹤支架裝機量占49.8%。

（4）組件高功率化，影響支架需求

2017-2019年，我國光伏組件平均功率分別為313W、331W及358W，光伏組件呈現(xiàn)高功率化發(fā)展趨勢。未來，受益于各種類型電池組件功率的提升，異質(zhì)結(jié)、N-PERT/TOPCon高功率電池片的不斷普及等多重因素疊加作用，光伏組件功率將不斷上升（見圖3）。

圖3 我國光伏組件平均功率以及未來發(fā)展趨勢 W

組件功率的提高，直接減少了每MW電站項目中光伏支架耗用量（鋼材耗用重量），但組件功率提高與支架耗鋼總量下降并不呈完全線性關(guān)系。組件功率提升致使組件尺寸擴大、重量增大，支架負載提高，進而也提高了單位鋼材耗用量。

（5）信息技術(shù)與光伏支架融合，促進光伏電站智能化

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，光伏行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)已開始嘗試將其應(yīng)用于光伏支架中。未來光伏電站將向自動化、高效化及智能化發(fā)展，而光伏支架系統(tǒng)將成為新一代信息技術(shù)在光伏電站項目中的重要應(yīng)用場景之一，以提高整個電站的發(fā)電量，降低投資、運維成本，最終增加投資回報率。

（6）我國光伏支架行業(yè)的國際地位顯著提升

我國光伏市場及產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢在光伏支架行業(yè)得到了充分發(fā)揮。我國光伏支架廠家在滿足國內(nèi)光伏市場需求的同時，部分企業(yè)已開始布局海外市場，通過內(nèi)生增長、外部收購等方式，顯著提高了在全球光伏支架市場的份額。全球前十大跟蹤支架廠家中，中資廠家占了二席。

3.光伏支架用鋼

光伏支架用鋼集中在支架結(jié)構(gòu)，支架結(jié)構(gòu)主要由立柱、主梁、檁條等部件構(gòu)成，其原材料主要為：鋁合金、304不銹鋼、Q235鋼板+熱鍍鋅鋼件、鍍鋅板等，目前又以Q235鋼板+熱鍍鋅鋼件為主。

光伏支架零部件制作是將外購鋼板經(jīng)冷彎成型、沖壓、鋸斷、激光切割、等離子切割、焊接、熱浸鍍鋅等多道加工工藝，對產(chǎn)品加工精度、生產(chǎn)效率和品質(zhì)一致性等有較高的要求。

耐腐蝕性強是光伏支架材料最重要的要求，需保證25年內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)牢固可靠，能承受惡劣環(huán)境侵蝕，風(fēng)、雪荷載和其他外部效應(yīng)，以最小的安裝成本達到最大的使用效果。鍍鋅支架由于性能穩(wěn)定，制造工藝成熟，承載力較高，安裝簡便，得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著人們對光伏項目性價比的要求越來越高，光伏支架加速向高強度、輕量化、綠色化方向發(fā)展，耐候鋼支架因其較好的耐腐蝕性、環(huán)保性以及較高的性價比，越來越受到國內(nèi)大型光伏電站項目的青睞。

耐候鋼的優(yōu)勢有：合理添加合金元素，不改變冶煉方法，不改變鋼材力學(xué)性能，材料生產(chǎn)簡便，應(yīng)用便利；耐腐蝕性好，簡化防腐措施，節(jié)約投資，節(jié)約維護費用；與不銹鋼相比造價低，用戶更易接受；與鍍鋅鋼材相比，環(huán)境污染（廢酸、粉塵等）少、生產(chǎn)周期短、制造流程快、轉(zhuǎn)運次數(shù)少，可有效推進工程建設(shè)進度；經(jīng)過表面穩(wěn)定化處理，耐候鋼表面保護層均勻穩(wěn)定，外觀更加美觀。

4.光伏支架用鋼測算

根據(jù)中國光伏業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年中國光伏新增48.2GW，“十四五”期間年均新增光伏裝機預(yù)計在70～90GW。

光伏支架為非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，需要根據(jù)現(xiàn)場情況，依據(jù)客戶需求及產(chǎn)品參數(shù)進行定制化生產(chǎn)，每個項目用鋼量差異較大。通過對文獻和光伏支架企業(yè)的調(diào)研，光伏支架用鋼量平均值為1MW用鋼約38噸。

根據(jù)2021年中國光伏業(yè)協(xié)會對“十四五”期間國內(nèi)光伏裝機規(guī)模的預(yù)測，分別以兩種方式測算光伏支架用鋼量：測算一，以1MW用鋼38噸計算；測算二，根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，支架成本平均為0.3元/W，鋼材成本占支架成本2/3，以噸鋼價格5000元計算，分別推算出“十四五”期間我國光伏支架年用鋼量。兩種測算方法得出的結(jié)果差別不大，不考慮光伏支架出口及支架淘汰更新因素，預(yù)計“十四五”期間，國內(nèi)光伏支架年用鋼量持續(xù)增長。預(yù)測到2025年，光伏支架用鋼量將達到400萬噸以上（見表1）。

表1 2021-2025年我國光伏裝機年規(guī)模及年用鋼量預(yù)測 萬噸

四、結(jié)語

為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國將繼續(xù)大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，預(yù)計“十四五”期間，我國光伏年均新增裝機或?qū)⒃?0～90GW之間，全球年均新增光伏裝機約210～260GW。

光伏支架作為光伏電站的“骨骼”，是光伏產(chǎn)業(yè)鏈中耗鋼量最多的地方。“十四五”期間，隨著我國光伏新增裝機逐年增長，預(yù)計光伏支架用鋼量將從200萬噸增加至約400萬噸。

高強度、輕量化、綠色化是光伏支架的發(fā)展方向。光伏支架用鋼當(dāng)前以Q235鋼板+熱鍍鋅板為主，未來作為替代的耐候鋼，其用量將會有明顯增長。