我國光伏支架用鋼現狀及發展趨勢淺析

王 可 王 晶

一、光伏產業現狀及發展趨勢

1.全球光伏產業規模

光伏發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、南美等地區和國家，光伏發電已快速興起。2020年，全球光伏新增裝機達130GW，創歷史新高。

長期來看，隨著光伏發電成本逐步降低、儲能快速導入，光伏發電的優勢會逐步凸顯，光伏發電增量占全球總發電量增量中的比例將逐步提高。在多國“碳中和”目標、清潔能源轉型推動下，中國光伏行業協會預測，“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模 GW

2.國內光伏產業規模

2020年12月12日，習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。中國光伏行業協會預測，在“十四五”期間，我國光伏年均新增裝機或將在70～90GW之間（見圖2）。2020年，國內光伏新增裝機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模不大，裝機主要集中在下半年，12月單月新增光伏裝機規模達到29.5GW，創歷史新高。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模 GW

二、光伏用鋼概述

1.光伏產業鏈上游環節用鋼

光伏產業鏈上游包括單/多晶硅的冶煉、鑄錠/拉棒、切片等環節，上游環節用鋼主要分為兩方面，一是制造加工設備用鋼，二是硅片切割用鋼絲。

制造加工設備用鋼主要包括：冶煉、切割等所需的反應爐、單晶爐、切割機用鋼等。

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

2.光伏產業鏈中游環節用鋼

光伏產業鏈中游包括太陽能電池生產、光伏發電組件封裝等環節，中游環節用鋼集中在光伏支架制作上。

光伏支架是太陽能光伏發電系統中為了支撐、固定、轉動光伏組件而設計安裝的特殊設備。為了使光伏電站達到最佳的發電效率，光伏支架需結合建設地點的地形地貌、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.光伏產業鏈下游環節用鋼

光伏產業鏈下游包括光伏應用系統的安裝及服務等，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動區分為固定支架和跟蹤支架。

固定支架以機械結構為主，主要由立柱、主梁、檁條、基礎等部件構成。跟蹤支架構成包括結構系統（可旋轉支架）、驅動系統、控制系統（通訊控制箱、傳感器、云平臺、電控箱等部件）三大系統，除機械結構更為復雜外，其控制系統還涉及算法層面的優化設計。

雖然支架不是光伏產業鏈中最被重視的環節，但卻是支撐固定整個光伏系統的重要設備，也被稱為光伏電站“骨骼”。支架制作是光伏產業鏈中耗鋼量最多的地方，也是光伏產業鏈中與鋼廠聯系最緊密的環節。

2.光伏支架發展趨勢

（1）光伏新增裝機容量增加，持續拉動光伏支架需求

近年來，光伏憑借其綠色、環保的優勢，在海內外繼續快速發展，裝機容量和技術迭代創新呈現螺旋式增長。根據中國光伏行業協會預測，未來五年全球光伏市場新增裝機規模將持續增長，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，將持續拉動光伏支架市場需求。

（2）光伏支架在電站系統的地位日益提升

隨著建造光伏電站的優質場地有所減少，越來越多的光伏電站建設在環境惡劣（如荒漠、戈壁、湖面、農田、灘涂）、土地不平整（如山地、丘陵）的地區。這就對光伏支架的穩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重要。

（3）光伏跟蹤支架細分產品占比穩步上升

隨著跟蹤支架可靠性提升、造價成本降低，加上光伏平價上網趨勢倒逼電站投資者更重視發電效率等因素，近年來光伏跟蹤支架的應用越來越普及。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，光伏組件呈現高功率化發展趨勢。未來，受益于各種類型電池組件功率的提升，異質結、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）信息技術與光伏支架融合，促進光伏電站智能化

隨著人工智能、物聯網、大數據等新一代信息技術的蓬勃發展，光伏行業的領先企業已開始嘗試將其應用于光伏支架中。未來光伏電站將向自動化、高效化及智能化發展，而光伏支架系統將成為新一代信息技術在光伏電站項目中的重要應用場景之一，以提高整個電站的發電量，降低投資、運維成本，最終增加投資回報率。

（6）我國光伏支架行業的國際地位顯著提升

我國光伏市場及產業鏈優勢在光伏支架行業得到了充分發揮。我國光伏支架廠家在滿足國內光伏市場需求的同時，部分企業已開始布局海外市場，通過內生增長、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構，支架結構主要由立柱、主梁、檁條等部件構成，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，對產品加工精度、生產效率和品質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年內鋼結構牢固可靠，能承受惡劣環境侵蝕，風、雪荷載和其他外部效應，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定，制造工藝成熟，承載力較高，安裝簡便，得到廣泛應用。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、綠色化方向發展，耐候鋼支架因其較好的耐腐蝕性、環保性以及較高的性價比，越來越受到國內大型光伏電站項目的青睞。

耐候鋼的優勢有：合理添加合金元素，不改變冶煉方法，不改變鋼材力學性能，材料生產簡便，應用便利；耐腐蝕性好，簡化防腐措施，節約投資，節約維護費用；與不銹鋼相比造價低，用戶更易接受；與鍍鋅鋼材相比，環境污染（廢酸、粉塵等）少、生產周期短、制造流程快、轉運次數少，可有效推進工程建設進度；經過表面穩定化處理，耐候鋼表面保護層均勻穩定，外觀更加美觀。

4.光伏支架用鋼測算

根據中國光伏業協會統計數據，2020年中國光伏新增48.2GW，“十四五”期間年均新增光伏裝機預計在70～90GW。

光伏支架為非標準產品，需要根據現場情況，依據客戶需求及產品參數進行定制化生產，每個項目用鋼量差異較大。通過對文獻和光伏支架企業的調研，光伏支架用鋼量平均值為1MW用鋼約38噸。

根據2021年中國光伏業協會對“十四五”期間國內光伏裝機規模的預測，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，根據行業經驗，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果差別不大，不考慮光伏支架出口及支架淘汰更新因素，預計“十四五”期間，國內光伏支架年用鋼量持續增長。預測到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模及年用鋼量預測 萬噸

四、結語

為實現“雙碳”目標，我國將繼續大力發展光伏產業，預計“十四五”期間，我國光伏年均新增裝機或將在70～90GW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”，是光伏產業鏈中耗鋼量最多的地方?！笆奈濉逼陂g，隨著我國光伏新增裝機逐年增長，預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展方向。光伏支架用鋼當前以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。