年前，工业和信息化部发布《重点新材料首批次应用示范指导目录（2024年版）》，将“光伏用玻璃纤维增强复合材料制品”纳入其中，分类为“绿色建材”之“结构支撑材料”和“密封固定材料”，并给出相应的技术指标和要求。
与传统金属材料相比，复合材料的最大优势是具有可设计性，可根据服役环境和结构特点进行优化设计。
随着光伏行业的发展，光伏组件结构轻量化、应用环境极端化成为发展趋势，复合材料中的高性能纤维增强复合材料正是光伏组件结构轻量化的首选材料，也是极端环境中使用的不可或缺材料。
现将光伏用玻璃纤维增强复合材料制品列入新版重点新材应用示范指导目录，也正是说明了纤维增强复合材料在光伏领域有无限的发展前景和可能。
01
光伏边框
边框是太阳能光伏组件的重要组成部分，起到封装电池片、玻璃、背板等材料，增强组件强度，便于运输、安装和保护光伏组件的作用，需要产品拥有较强的承载能力和耐腐蚀特性。
光伏边框的性能要求：
强度和刚度
光伏边框必须具备足够的强度和刚度，以承受外部加载和自身重量，保护太阳能电池模块不受损。
耐腐蚀性
光伏边框常常暴露在各种环境条件下，包括湿气、酸碱等，因此需要具备良好的耐腐蚀性能，防止边框腐蚀、锈蚀或变形。
耐候性
太阳能电池组件通常安装在户外，需要经受各种气候条件的影响，如阳光、高温、低温、风、雨等。光伏边框应具备良好的耐候性能，能够抵御紫外线辐射和温度变化等。
导热性
光伏边框需要具备一定的导热性，以帮助散热，保持太阳能电池的温度稳定，提高电池的效率和寿命。
绝缘性
光伏边框应该具备良好的绝缘性，以防止电池与边框之间的电气接触，避免发生电气短路。
可加工性
光伏边框材料需要具备良好的可加工性，以便于制造商进行切割、焊接、成型等工艺加工，实现边框的定制化生产。
可靠性和耐久性
光伏边框需要具备长期可靠性和耐久性，能够在多年的使用中保持结构稳定性和外观质量。
目前光伏边框以铝边框为主，但是铝合金材料热膨胀系数不匹配、导热性较高、成本较等问题，成为阻碍光伏普及的重要因素。具有优异性能的玄武岩纤维增强复合材料边框和玻纤增强聚氨酯复合材料边框，正在成为新的发展趋势。
玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）
BFRP主要由玄武岩纤维、树脂以及添加剂等成分组成。通过拉挤成型工艺，将浸透胶液的玄武岩连续无捻粗纱、毡、带或布等增强材料，在牵引力的作用下，通过模具加热挤拉成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。
玻璃纤维增强聚氨酯（GRPU）
GRPU是一种以高硬度聚氨酯弹性体为基体材料，玻璃纤维为增强材料，采用连续拉挤工艺生产的一种具有高强度、高模量、轻质高分子复合材料。
它们的优势如下：
耐腐蚀、耐盐雾
玄武岩纤维增强聚氨酯复合材料边框具有优越的力学性能、弹性模量、绝缘性能、膨胀系数、屈服强度，耐腐蚀、耐盐雾、又抗紫外线光照，非常适合海洋及污水处理厂等耐腐蚀应用场景，是海上光伏边框的最新解决方案，既能降低成本还能提高发电效率。
承载更高背压
沿海组件设计需要承载更高背压（约4000Pa）。传统边框需要增加厚度，增加成本。玻纤增强聚氨酯复合材料边框能充分发挥力学性能，较易满足4000Pa的背压要求。高屈服强度玻纤增强聚氨酯复合材料边框的屈服强度990MPa，是铝合金的5倍，保证在应力释放后组件100%回弹，没有残余变形，在25年的生命周期内可大幅降低硅片的隐裂。
防背玻爆裂
玻纤增强聚氨酯材料弹性模量略低于玻璃，在风载动态下边框具有动载阻尼作用，可有效缓解背面玻璃爆裂的问题。
承载更高背压
传统边框材料是导体，每一块组件都需接地，增加了BIPV施工的难度及成本。玻纤增强聚氨酯复合材料边框具有优良的绝缘性能，不需接地。
防组件弯曲变形
玻纤增强聚氨酯材料边框与玻璃近乎一样的膨胀系数，线性热膨胀系数约为7×10-6/K，远低于铝合金，温度变化时不会与墙体产生缝隙、密封性良好，能保证整窗在温差较大环境下的隔热性，不会发生弯曲变形的现象。
低碳排放
2025年后出口到欧洲的组件有碳排放指标的要求。BFRP/GRPU边框是低能耗产品，经初步计算，从最初级原料（纯天然玄武岩矿石、石油及矿石）到制成组件边框再到第一次回收利用作为一个生命周期，BFRP边框的碳排放指标几乎为零，GRPU边框的碳排放指标只有传统边框用材的12%，降低组件出口碳排放。
多色彩选择
传统边框颜色单一，要做其它颜色需增加费用。玻纤增强聚氨酯复合材料边框有多种颜色供用户选择，无需增加费用。
02
光伏支架
支架是支撑和固定光伏组件系统的结构物，不仅是电站安全运行，提高发电效率的重要保障，同时也是影响电站的全生命周期成本的重要因素。光伏支架结构和其他结构相同，必须满足安全（R(抗力) ≥ S (效应)）、耐久（电站正常运行25年以上）和经济（充分发挥材料性能）的三大要求。
光伏支架的应用场景主要有地面支架、屋面支架、山地支架和水上浮体四大类。目前我国普遍使用的太阳能光伏支架从材质上分，主要有混凝土支架、钢支架和铝合金支架三种：
混凝土支架主要应用在大型光伏电站上，因其自重大，只能安放于野外地基基础较好的地区。且混凝土耐候性较差，经冻融、盐碱等恶劣环境后容易产生开裂，甚至碎裂现象，维修成本较高。
铝合金支架一般用在民用建筑屋顶太阳能应用上，铝合金具有耐腐蚀、质量轻、美观耐用的特点，但其自承载力低，无法应用在太阳能电站项目上。
钢支架性能稳定，制造工艺成熟，承载力高，安装简便，广泛应用于民用、工业太阳能光伏和太阳能电站中，但自身重量高，安装不便、运输成本高、且防腐性能一般。
随着光伏行业的快速发展，光伏支架的需求量与品质也在同步提升。目前光伏支架的发展呈现经济性、轻量化和长寿命的三大趋势。近年来备受关注的玄武岩纤维增强复合材料BFRP，大有取代铝合金和热镀锌钢在光伏电站结构上应用的趋势。
用于光伏支架制作的玄武岩纤维复合材料由80%的纤维体和20%基体树脂组成，增强材料为2400tex玄武岩纤维无捻纱、玄武岩纤维薄毡组成。
基体采用双酚A型环氧乙烯基脂树脂，组分含有树脂、PBO、TBPB、填料、增韧剂、抗紫外线剂和脱膜剂等。玄武岩纤维复合材料光伏支架的优势如下：
密度低
玄武岩纤维复合材料的密度仅为1800-2100kg/m³，约为钢材的四分之一（钢材为7800kg/m³）。这个特点使得支架运输方便、施工便捷、安装时不需要起重设备，可以大幅度降低运输和施工安装成本。
强度高
玄武岩纤维复合材料的抗拉强度大于600Mpa，约为钢材的2倍（Ⅰ级钢235Mpa、Ⅱ级钢335Mpa）。
耐腐蚀
玄武岩纤维复合材料在PH=3的硫酸（H2SO4）溶液浸泡60d后，强度降低约为7.2%；在PH=12的NaOH溶液浸泡60d后，强度降低约为6.7%；在25℃下水里面浸泡半年后，强度降低4.34%。良好的耐腐蚀性极大提高了材料的使用寿命。
抗紫外线能力强
玄武岩纤维复合材料在26℃下，紫外线强度为0.2MJ/（m2.h）下照射5周后，强度降低8%左右。如果在材料的表面喷涂一种抗紫外线的胶衣保护层，紫外线阻隔率达到99.9%。
可设计性强
玄武岩纤维复合材料可根据结构性能的不同选择基体和纤维材料及其配方和生产工艺，以满足对强度、刚度、耐腐蚀、耐紫外线特性、产品色彩等多方面的要求，充分发挥材料比强度高的优点。
易于成型
玄武岩纤维复合材料可根据实际需求，制作成不同形状、不同规格的型材。
维护性好
玄武岩纤维复合材料由于耐久性好，在设计年限内基本上是一种免维护的结构，保障了光伏电站的安全，降低了维护的成本。
结语
随着经济与科学的大步发展，纤维增强复合材料由于其自身的优异性能受到了越来越多行业的关注，并在风力发电、航空行业、汽车制造、土木工程行业中得到广泛的新应用，在降低相关制作成本的同时，提高了风力发电质量、汽车自身性能以及民用飞行设备的质量等，进一步促进国家经济的快速发展与竞争力的提升。
在目前新能源尤其是光伏行业飞速发展的阶段，纤维增强复合材料在光伏领域的应用中，也存在一些问题，如复合材料光伏制品的产品标准、安装技术规范、施工质量验收规范、回收再利用等，值得行内专家、研究学者、企业们共同探讨、推进和完善。
来源：网络
END
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原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：纤维增强复合材料在光伏领域的应用
