我国光伏支架用钢现状及发展趋势浅析

王 可 王 晶

一、光伏产业现状及发展趋势

1.全球光伏产业规模

光伏发电在很多国家已成为清洁、低碳能源的重要来源。在欧美日以及中东、南美等地区和国家，光伏发电已快速兴起。2020年，全球光伏新增装机达130GW，创历史新高。

长期来看，随着光伏发电成本逐步降低、储能快速导入，光伏发电的优势会逐步凸显，光伏发电增量占全球总发电量增量中的比例将逐步提高。在多国“碳中和”目标、清洁能源转型推动下，中国光伏行业协会预测，“十四五”期间，全球年均新增光伏装机约210～260GW（见图1）。

图1 2011-2025年全球光伏年度新增装机规模 GW

2.国内光伏产业规模

2020年12月12日，习近平主席在气候雄心峰会上宣布，到2030年，中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。中国光伏行业协会预测，在“十四五”期间，我国光伏年均新增装机或将在70～90GW之间（见图2）。2020年，国内光伏新增装机48.2GW，达到历史第二高，同比增长60.1%。受疫情影响，2020年上半年电站装机规模不大，装机主要集中在下半年，12月单月新增光伏装机规模达到29.5GW，创历史新高。2020年户用光伏装机超10GW，占到了全年光伏新增装机约20%。

图2 2011-2025年我国光伏年度新增装机规模 GW

二、光伏用钢概述

1.光伏产业链上游环节用钢

光伏产业链上游包括单/多晶硅的冶炼、铸锭/拉棒、切片等环节，上游环节用钢主要分为两方面，一是制造加工设备用钢，二是硅片切割用钢丝。

制造加工设备用钢主要包括：冶炼、切割等所需的反应炉、单晶炉、切割机用钢等。

硅片切割用钢丝以高碳钢丝为主，其表面质量及性能直接影响金刚石线成品质量。与传统砂线切割技术相比，金刚石线切割的速度快、切出的硅片品质较为稳定，可以大幅降低硅片生产成本，在太阳能硅片切割生产中起到十分关键的作用。切割线基线直径及研磨介质粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和介质粒度有利于降低切削损耗和生产成本，现在金刚石线基线直径已降低至40μm～60μm，且呈不断下降趋势。

2.光伏产业链中游环节用钢

光伏产业链中游包括太阳能电池生产、光伏发电组件封装等环节，中游环节用钢集中在光伏支架制作上。

光伏支架是太阳能光伏发电系统中为了支撑、固定、转动光伏组件而设计安装的特殊设备。为了使光伏电站达到最佳的发电效率，光伏支架需结合建设地点的地形地貌、气候及太阳能资源条件，将光伏组件以一定的朝向、排列方式及间距予以固定。目前支架用钢以Q235钢板+热镀锌钢件为主。

光伏组件边框目前所采用的材料主要是铝合金6063-T5，但未来存在特种钢替代的可能性，若研制成功则可以大幅降低组件成本。

3.光伏产业链下游环节用钢

光伏产业链下游包括光伏应用系统的安装及服务等，下游用钢主要包括二方面，一是光伏电站基建用钢，二是电力输送过程中电塔用钢。

三、光伏支架

1.光伏支架概述

光伏支架按照能否跟踪太阳转动区分为固定支架和跟踪支架。

固定支架以机械结构为主，主要由立柱、主梁、檩条、基础等部件构成。跟踪支架构成包括结构系统（可旋转支架）、驱动系统、控制系统（通讯控制箱、传感器、云平台、电控箱等部件）三大系统，除机械结构更为复杂外，其控制系统还涉及算法层面的优化设计。

虽然支架不是光伏产业链中最被重视的环节，但却是支撑固定整个光伏系统的重要设备，也被称为光伏电站“骨骼”。支架制作是光伏产业链中耗钢量最多的地方，也是光伏产业链中与钢厂联系最紧密的环节。

2.光伏支架发展趋势

（1）光伏新增装机容量增加，持续拉动光伏支架需求

近年来，光伏凭借其绿色、环保的优势，在海内外继续快速发展，装机容量和技术迭代创新呈现螺旋式增长。根据中国光伏行业协会预测，未来五年全球光伏市场新增装机规模将持续增长，2025年最高可达330GW，未来五年中国光伏年均新增装机可达到70～90GW，2025年最高可达110GW。光伏新增装机容量的增加，将持续拉动光伏支架市场需求。

（2）光伏支架在电站系统的地位日益提升

随着建造光伏电站的优质场地有所减少，越来越多的光伏电站建设在环境恶劣（如荒漠、戈壁、湖面、农田、滩涂）、土地不平整（如山地、丘陵）的地区。这就对光伏支架的稳定可靠性提出了更高的要求。同时，在光伏补贴政策逐步退出的背景下，光伏支架成本成为影响电站投资效益的重要因素，在电站投资中的地位显得至关重要。

（3）光伏跟踪支架细分产品占比稳步上升

随着跟踪支架可靠性提升、造价成本降低，加上光伏平价上网趋势倒逼电站投资者更重视发电效率等因素，近年来光伏跟踪支架的应用越来越普及。2020年，我国光伏电站市场跟踪支架占比为18.7%；预计到2025年，跟踪支架占比将上升至25%以上。同期，海外跟踪支架装机量占49.8%。

（4）组件高功率化，影响支架需求

2017-2019年，我国光伏组件平均功率分别为313W、331W及358W，光伏组件呈现高功率化发展趋势。未来，受益于各种类型电池组件功率的提升，异质结、N-PERT/TOPCon高功率电池片的不断普及等多重因素叠加作用，光伏组件功率将不断上升（见图3）。

图3 我国光伏组件平均功率以及未来发展趋势 W

组件功率的提高，直接减少了每MW电站项目中光伏支架耗用量（钢材耗用重量），但组件功率提高与支架耗钢总量下降并不呈完全线性关系。组件功率提升致使组件尺寸扩大、重量增大，支架负载提高，进而也提高了单位钢材耗用量。

（5）信息技术与光伏支架融合，促进光伏电站智能化

随着人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术的蓬勃发展，光伏行业的领先企业已开始尝试将其应用于光伏支架中。未来光伏电站将向自动化、高效化及智能化发展，而光伏支架系统将成为新一代信息技术在光伏电站项目中的重要应用场景之一，以提高整个电站的发电量，降低投资、运维成本，最终增加投资回报率。

（6）我国光伏支架行业的国际地位显著提升

我国光伏市场及产业链优势在光伏支架行业得到了充分发挥。我国光伏支架厂家在满足国内光伏市场需求的同时，部分企业已开始布局海外市场，通过内生增长、外部收购等方式，显著提高了在全球光伏支架市场的份额。全球前十大跟踪支架厂家中，中资厂家占了二席。

3.光伏支架用钢

光伏支架用钢集中在支架结构，支架结构主要由立柱、主梁、檩条等部件构成，其原材料主要为：铝合金、304不锈钢、Q235钢板+热镀锌钢件、镀锌板等，目前又以Q235钢板+热镀锌钢件为主。

光伏支架零部件制作是将外购钢板经冷弯成型、冲压、锯断、激光切割、等离子切割、焊接、热浸镀锌等多道加工工艺，对产品加工精度、生产效率和品质一致性等有较高的要求。

耐腐蚀性强是光伏支架材料最重要的要求，需保证25年内钢结构牢固可靠，能承受恶劣环境侵蚀，风、雪荷载和其他外部效应，以最小的安装成本达到最大的使用效果。镀锌支架由于性能稳定，制造工艺成熟，承载力较高，安装简便，得到广泛应用。然而，随着人们对光伏项目性价比的要求越来越高，光伏支架加速向高强度、轻量化、绿色化方向发展，耐候钢支架因其较好的耐腐蚀性、环保性以及较高的性价比，越来越受到国内大型光伏电站项目的青睐。

耐候钢的优势有：合理添加合金元素，不改变冶炼方法，不改变钢材力学性能，材料生产简便，应用便利；耐腐蚀性好，简化防腐措施，节约投资，节约维护费用；与不锈钢相比造价低，用户更易接受；与镀锌钢材相比，环境污染（废酸、粉尘等）少、生产周期短、制造流程快、转运次数少，可有效推进工程建设进度；经过表面稳定化处理，耐候钢表面保护层均匀稳定，外观更加美观。

4.光伏支架用钢测算

根据中国光伏业协会统计数据，2020年中国光伏新增48.2GW，“十四五”期间年均新增光伏装机预计在70～90GW。

光伏支架为非标准产品，需要根据现场情况，依据客户需求及产品参数进行定制化生产，每个项目用钢量差异较大。通过对文献和光伏支架企业的调研，光伏支架用钢量平均值为1MW用钢约38吨。

根据2021年中国光伏业协会对“十四五”期间国内光伏装机规模的预测，分别以两种方式测算光伏支架用钢量：测算一，以1MW用钢38吨计算；测算二，根据行业经验，支架成本平均为0.3元/W，钢材成本占支架成本2/3，以吨钢价格5000元计算，分别推算出“十四五”期间我国光伏支架年用钢量。两种测算方法得出的结果差别不大，不考虑光伏支架出口及支架淘汰更新因素，预计“十四五”期间，国内光伏支架年用钢量持续增长。预测到2025年，光伏支架用钢量将达到400万吨以上（见表1）。

表1 2021-2025年我国光伏装机年规模及年用钢量预测 万吨

四、结语

为实现“双碳”目标，我国将继续大力发展光伏产业，预计“十四五”期间，我国光伏年均新增装机或将在70～90GW之间，全球年均新增光伏装机约210～260GW。

光伏支架作为光伏电站的“骨骼”，是光伏产业链中耗钢量最多的地方。“十四五”期间，随着我国光伏新增装机逐年增长，预计光伏支架用钢量将从200万吨增加至约400万吨。

高强度、轻量化、绿色化是光伏支架的发展方向。光伏支架用钢当前以Q235钢板+热镀锌板为主，未来作为替代的耐候钢，其用量将会有明显增长。