光伏组件钢、铝边框应用之争论，可休矣

　　一、引言

　　2025年2月，国家知识产权局发布信息显示，国内某企业取得一项名为“光伏组件钢边框及光伏组件”的专利，专利号CN 222441628 U，申请日期为2024年2月。另据业内人士透露，该企业今年已开始向包括宝钢宝玛克在内的企业定期采购一定数量的新型钢边框。此时恰逢国内光伏组件铝合金边框市场内卷严重，全行业陷入亏损之际。钢边框的“卷土重来”可能使铝合金边框行业面临雪上加霜、内忧外患的局面，并在业内再次引发钢边框能否将会替代铝边框的讨论。

　　二、铝合金边框应用由来已久，目前仍占据绝对市场份额

　　光伏组件由电池片、钢化玻璃、EVA胶膜、背板、边框和接线盒等核心部件组成，其中边框是光伏组件的重要组成部分，主要起到固定、密封光伏组件的作用。作为框架结构材料，边框在很大程度上决定了光伏组件的使用寿命，下游组件厂对其加工精度、力学强度、防腐性、耐候性、使用寿命等均有严格要求。

　　按材料划分，太阳能边框包括铝合金边框、镀锌铝镁钢边框和复合材料边框。其中铝合金边框使用时间最早，随光伏组件行业一同起步。经过多年来的发展，目前全球光伏行业普遍采用铝合金边框，其国内市场占有率高达95%以上，占绝对主导地位。与之相比，镀锌铝镁钢边框、复合材料和其它材料边框的市场份额仅不到5%。

　　三、铝合金边框的综合优势最为突出

　　铝合金边框以6系铝合金（目前主流牌号是6005）为原材料，通过熔铸、挤压、氧化和深加工等生产工序得到最终产品，具有质量轻、比强度高的优点，其表面致密且连续的氧化膜使铝合金边框具有很好的耐候性，使用寿命可长达25年以上。同时，铝合金边框加工精密度高，尺寸偏差很小，外形美观。其弹性模量为69Gpa，与光伏玻璃弹性模量接近，二者能够同步变形，不易发生组件爆板情况。尽管其使用成本约占光伏组件成本的14.2%，仅次于银浆列第2，与复合边框和镀锌铝镁边框材料相比使用成本相对较高，但从整个使用生命周期来看，铝合金边框维护成本低，其优良的可回收经济价值也是其他边框材料不可比拟的。因此，综合来看，铝合金边框的比较优势最为突出。

　　图1 光伏双玻组件各部分成本占比

　　复合材料边框从出现至今已有十余年，它是以玻璃纤维、聚氨酯和其它树脂为主要原料，通过玻璃纤维粗纱排布、注胶、挤压模塑及固化、牵引机切割、喷涂五个工序产出，在三种边框中应用成本最低，较铝合金边框要低20%。同时，复合材料边框耐候性（耐湿热、光照及辐射）及耐腐蚀性（耐酸碱、耐盐雾）较好，适用于极端恶劣复杂环境，尤其是在海上光伏项目中使用。其系统无需接地，有助于降低PID（电势诱导衰减）效应风险，提高系统运营维护安全性。此外，复合材料边框轻质美观，便于运输安装。但是，其使用的橡胶等有机材质易风化，在减少使用年限的同时也容易造成一定环境污染。从实际使用场景来看，复合材料边框目前也的确只用于海上光伏项目，在地面集中式、分布式光伏项目中鲜有所见。究其原因，其使用强度（抗拉不抗剪）和使用寿命存在短板，令下游组件企业心存疑虑，除了船舶级耐腐蚀环境以外，在其它应用场景仍不敢贸然使用。

　　镀锌铝镁钢边框最早出现于2021年，是以镀锌铝镁钢板为原料，通过冲压、折弯工序制得。此类产品其力学性能高，屈服强度和抗拉强度可在450MPa和510MPa以上，延伸率可达14%，均高于铝合金边框280MPa、300MPa、8%的对应力学值。同时，钢边框价格便宜，可比铝合金边框低15%-20%。但是，钢边框的缺点也较为突出。其采用钢板冲压、冷弯成型制得，加工精度难以企及铝边框。以45度截面角缝为例，钢边框缝隙在0.5mm以内，而铝边框和复合材料边框可分别控制在0.1mm和0.2mm以内。角缝缝隙越大，在影响外观的同时，发生内部腐蚀的几率越大。同时，其表面厚度很薄的镀锌铝镁层仍难以保证产品满足25年以上使用寿命的硬性要求，尤其是在切割面和接地孔穿刺层容易出现锈蚀。此外，钢边框较其他边框材料都重，除了不便于运输和安装外，也加大了风压、雪载下的承重风险，在分布式光伏项目中并不适用。因此，钢边框是一种优缺点都较为明显的材料选择。从目前来看，除了个别企业有小范围使用外，其它国内主流组件企业均未见使用，国外市场也是如此。

表1 光伏组件不同材质边框性能对比

（数据来源：企业提供，调研数据）

　　四、钢边框产品强调的优势目前尚不明显

　　钢边框产品自出现以来，在宣传推广过程中一直强调成本低、使用强度高、产品碳足迹低等几大优势。但是，从目前市场认可度及实际应用效果看，这些优势尚并不明显，并未真正助力其推广使用。

　　（一）从全生命周期看，钢边框成本优势不明显

　　由于原材料成本低，钢边框产品售价可比铝合金边框便宜15%-20%，这迎合了下游电池组件企业降成本的需求，也是行业推出钢边框产品，试图替代铝边框的主要原因。但由于下游组件企业更关注产品使用寿命和安全运营维护，价格并不是其采购的首选要素。因此，钢边框存在几大短板令其综合性价比大打折扣，从几年推广的市场反响来看，钢边框目前仅在少数中低端应用中取得一定突破，占据了少量市场份额，市场存在感较低。

　　同时，由于钢材在达到使用周期后回收价值明显低于铝合金边框，从产品全生命周期来衡量，钢边框的初始采购成本优势也被弱化。

　　（二）从技术层面来看，钢边框强度优势不明显

　　从材料自身力学性能而言，钢边框在屈服强度、抗拉强度和延伸率方面均优于铝合金边框。但另一方面，铝合金边框生产企业近年来也在不断改进合金配方和生产工艺，使主要力学性能指标均可满足客户要求，并明显高于2020年发布的YS/T 773-2020《太阳能电池框架用铝合金型材》有色金属行业标准。目前国内铝合金边框主流用6005合金最大屈服强度可达280MPa，抗拉强度为300MPa，延伸率在8%以上，均高于行业标准中225MPa，245MPa和6%的规定值。

　　同时，除上述指标外，下游组件企业更关注边框的机械载荷、正压和背压参数，目前钢、铝边框在此并无太大区别。但钢边框企业会用沿海或内陆地区因强风等极端天气导致铝合金边框受损，而采用钢边框的光伏项目安然无恙的事情来举例，以此来证明铝合金边框产品使用强度低，但往往忽略了铝合金边框受损的真正原因其实来自电池组件安装角度不合理等因素。当然，其中不排除少数铝合金边框企业为减少成本而降低产品质量导致，但这不能代表整个铝合金边框行业的产品都出了问题，毕竟下游客户在使用前，只接收符合其使用要求的铝合金边框产品。因此，钢边框虽然强度高，但实际使用过程中并未与铝合金边框拉开距离。

　　（三）从产品碳足迹看，钢边框潜在优势有待显现

　　在全球范围内节能减碳、绿色发展背景下，客户开始关注各类工业产品的碳足迹，并逐步提出相应要求。在光伏组件边框生产领域，目前国内下游客户还未对碳足迹提出明确要求，但一些海外客户则已经开始有相关要求。特别是未来出口到欧盟地区的产品，将会受到碳边境调节机制（CBAM）正式实施带来的影响。

　　为了将钢边框和铝合金边框的产品碳足迹进行对比，我们引用了国际钢铁协会、中国有色金属工业协会发布的碳排放因子数据和以行业平均水平测算得到的相关数据，根据计算公式进行了横向评估。计算过程考虑了原材料生产环节、加工环节（包括加工和表面处理）和运输过程中的碳足迹，同时根据建设光伏电站所需钢边框和铝合金边框重量进行估算。测算结果显示，1GW光伏组件全部使用钢边框的碳足迹为17630吨，而使用普铝和绿电铝生产铝合金边框的碳足迹为42350吨、20120吨，分别是钢边框的2.40倍和1.14倍；若全部使用再生钢或再生铝，则碳足迹分别为10890吨和8180吨，再生铝合金边框则占一定优势。

　　从测算结果看，目前钢边框在碳足迹方面占优，铝合金边框只在全部使用再生铝的条件下碳足迹方可低于钢边框。现有国内铝合金边框企业多以直接或间接以普铝为原料进行生产，尚未有全部采用废旧铝边框、废旧铝模板等6005合金旧废料进行生产的案例。今后，在海外客户对产品碳足迹要求日趋严格趋势下，国内企业也会提出相应要求，钢边框碳足迹低这一潜在优势或将成为其拓展市场份额的“加分项”。对此，铝合金边框生产企业需加以重视，通过进一步提高绿电铝或再生铝使用比例来扭转在产品碳足迹竞争中的不利局面。

　　五、钢边框在推广使用中亟待解决的问题

　　从目前来看，复合材料边框使用场景仅局限于海上光伏项目，而钢边框和铝合金边框则全部用于陆地光伏项目，从使用范围看，钢边框可视为铝合金边框的潜在竞争对手。相比起步早，应用时间长，市场占有率绝对领先的铝合金边框，钢边框出现较晚，尽管具备一定成本、力学强度和碳足迹优势，但其固有缺陷也十分明显，在推广使用过程中存在诸多需要加以解决的问题，主要涉及以下几个方面。

　　（一）国家有色行业标准中并未提及钢边框

　　目前光伏组件边框使用的YS/T 773-2020《太阳能电池框架用铝合金型材》行业标准中，对T5、T6状态下的6063、6061、6005铝合金边框型材提出了具体使用参数及性能要求。企业在行业标准基础上又各自制订了更为严格的企业产品标准，保证其产品性能优于国家行业标准，铝合金边框型材生产企业和下游光伏组件用户都有公开技术标准参照执行。

　　与铝合金边框相比，钢边框出现较晚，其使用性能要求只能依据铝型材边框行业标准来制订，尽管其部分力学性能指标还优于铝合金边框，但整体上仍处在借鉴、参考过程中，其产品技术标准存在缺失，缺乏系统性，在技术层面尚未得到下游客户的普遍认可。

　　（二）钢边框使用年限短是限制其推广使用的最大短板

　　众所周知，钢材在户外长期暴露环境下易腐蚀生锈。钢边框若要推广使用，必须满足组件企业提出的25年产品使用周期这一硬性要求。由于没有行业标准，钢边框生产企业只能参考其它户外薄钢板耐腐蚀经验，对光伏组件钢边框进行防护处理。企业在其产品表面镀上厚度约20微米的镀锌铝镁层，也相应进行了1千到数千小时的盐雾腐蚀试验。但是，截止目前，钢边框仍然缺乏真实有效、行业公认的实验检测数据，以此来支撑企业声称的可满足户外长期正常使用的产品宣传。

　　在生产光伏组件边框过程中，需对边框长、短边进行45度裁切。对于钢边框而言，其表面涂层虽具有一定自修复能力，但对于切割面的防腐蚀则无能为力。从现有拆下来的钢边框切面来看，其腐蚀情况比较严重，在接地孔位置也存在类似情况。镀锌铝镁层在切断面会因自我修复能力而形成保护层，但其导电性差，为满足导电孔接地性能，必须刺穿其保护层，但这也将可能导致接地孔生锈，进而影响到边框使用寿命。

　　钢边框的另一种内腐蚀源自其加工工艺。光伏组件边框对槽口加工精度要求高。铝合金边框通过模具挤压成型，对槽口的加工控制精度可小于正负0.1mm；而钢边框采用冷折弯工艺，其折弯设备最大控制精度普遍在0.5mm以下，最小可到正负0.15mm，与铝合金边框加工精度相比仍存在一定差距。由于钢边框加工精度缺陷，其边框连接处易出现缝隙，在影响产品外观良品率的同时，也易出现水汽渗入和冷凝现象，使水滴在钢边框内部凝聚，进而出现内部腐蚀问题。

　　鉴于上述情况，目前业内对钢边框能否满足户外正常使用25年的产品宣传普遍存在质疑，使用年限相对较短也成为制约钢边框市场推广普及的最大短板。

　　（三）钢边框频频出现的爆板问题令组件厂商望而却步

　　与铝合金边框相比，采用钢边框生产的光伏组件容易出现爆板问题，对光伏电站稳定运行构成重大隐患，并由此带来了运营维护成本高的风险。从目前来看，产生爆板的原因主要有以下几点：

　　1、钢边框与光伏玻璃弹性系数不匹配导致

　　技术规范数据显示，钢边框的弹性模量为2.06×105N/mm2，与玻璃差别较大，在组件大尺寸及风压、雪载条件下，玻璃形变量较大，容易出现爆板现象。与之相比，铝合金弹性模量与玻璃十分接近，可实现同步变形，能够更好保护光伏玻璃，爆板几率也大大降低。

表2 不同材料弹性模量对比

数据来源：国标JGJ 102-2003,玻璃幕墙技术规范

　　2、钢边框加工精度低导致

　　在光伏组件使用过程中，边框槽口精度对爆板率有很大影响。钢边框采用钢板冷弯工艺，多数设备加工精度仅为±0.5mm，而铝合金边框精度控制可以做到小于±0.1mm，这使得钢边框长短边框45角度贴合度相对较差。尽管目前新出的钢边框折弯设备控制精度有所提高，但其产品角缝和贴合度较铝边框仍有一定差距。在光伏组件遇到户外恶劣或极端天气，风压、雪载较大情况下，钢边框槽口精度问题易出现应力点集中，导致爆板情况发生。

　　（四）钢边框重量问题致使应用范围受限

　　钢的密度是7.85×103kg/m3，而铝合金密度仅为2.7×103kg/m3，钢是铝合金的2.9倍。考虑钢边框强度比铝合金边框要高，采用类似边框结构下，铝合金边框壁厚按1.0mm计算，钢边框最薄壁厚按0.6mm计算。目前常见的660W电池组件每套钢边框重量4.45kg，铝合金边框重量仅为2.19kg，前者是后者重量的2.03倍。在目前屋顶分布式光伏电站安装中，考虑到彩钢瓦屋顶的承重问题，光伏支架已由原来的钢支架改为铝合金支架，组件边框也基本采用铝合金边框，以减少在风压、雪载情况下钢边框光伏组件重量增加带来的承重风险。

　　（五）钢边框外形不如铝合金边框美观

　　铝合金边框在精密挤压成型后，经过喷砂、氧化工序后具有优异的金属外观。下游边框组件企业为追求更好使用外观效果，甚至不允许铝合金边框外部出现任何擦划瑕疵。而钢边框由于材料特性和加工工艺特点，其外观颜色存在不均匀性，表面细节处理不能满足电池组件企业外观要求。此外，组件厂为连接电池片，在边框内部会涂一层硅胶。由于钢边框折弯设备存在控制精度问题，导致弯曲度和扭拧度相对较差，并由此导致装配过程中易出现溢胶现象，在降低产品密封性的同时，也给产品外观带来影响。不过，目前新发布的钢边框产品通过设置挡板和积胶槽，有效减少了粘结硅胶外溢情况发生。

　　六、结语

　　通过以上对比分析后不难看出，从全生命周期来看，铝合金边框的综合性价比依然占优；钢边框在初始购置成本、力学性能和碳足迹方面具有一定优势，但其短板也十分突出，市场认可度仍然普遍较低，业内人士大可不必担忧。

　　从未来发展趋势看，铝合金边框生产企业将继续通过研发新的高强高韧耐蚀铝合金牌号，加大再生铝使用比例，对生产工艺和设备进行创新升级，提高生产智能化水平来进一步优化产品性能，降低生产成本。钢边框企业也将采取类似举措，但若想占据更多市场份额仍有较大难度。这两种产品在边框组件领域的使用，与汽车、建筑等诸多领域中钢、铝材料的竞争情况类似，各自发挥自身优势，在适合的地方使用合适的材料。钢制汽车零部件不会在汽车轻量化、电动化趋势下大范围取代铝部件，钢门窗更不可能在追求差异化外观、坚固耐用等要素前提下卷土重来取代铝合金门窗。同样，光伏组件钢边框虽然未来有可能通过发挥其潜在优势，在一些特定应用场景下增大用量，但依然不会撼动铝合金边框的优势地位。

　　在当前价格内卷，铝合金边框企业效益普遍大幅下降情况下，业内与其担心“外患”，不如正视“内忧”，努力把自己的事情做好。尤其是在当前行业产能严重过剩，铝边框加工费跌至令人瞠目结舌的地步，企业普遍亏损，国家相关职能部门重拳出击，出台政策治理光伏行业规范发展的当下。从长远考虑，企业需要时刻保持清醒的认识，深刻理解高质量发展内涵，把握正确的竞争方向。面对新形势，要勇于转变发展模式，坚持创新，不因内卷竞争而淡化产品质量的管控，不断加强与下游客户的沟通与合作，用更好的质量和服务来捍卫自己的市场。至此，光伏组件钢、铝边框应用之争论，可休矣。