一、碳中和背景下，光伏行業(yè)進(jìn)入快車道

“碳中和”一詞在20世紀(jì)末開始在西方國家流傳，隨著全球氣候問題愈發(fā)嚴(yán)重，碳中和的理念不斷出現(xiàn)并逐漸深入人心，在新冠疫情主導(dǎo)的2020年，碳中和再次成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，主因全球前三大經(jīng)濟(jì)體在這一年先后宣布長遠(yuǎn)的碳中和計劃，其中歐美力爭在2050年實現(xiàn)碳中和，中國力爭在2060年實現(xiàn)碳中和，除中美歐之外，日本、韓國、加拿大等國也均提出碳中和目標(biāo)。

何為“碳中和”？即全社會在一定時間內(nèi)產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放量通過植樹造林、節(jié)能減排等方式進(jìn)行相互抵消，實現(xiàn)相對“零排放”，其中減排是重中之重。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，各國尋求太陽能、風(fēng)能、潮汐能等自然能源替代化石能源的使用進(jìn)而減少碳排放。隨著光伏技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，太陽能成為近年來全球新能源開發(fā)利用的“寵兒”。根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球光伏新增裝機(jī)量占所有可再生能源新增裝機(jī)量的比重超過一半。

在碳中和目標(biāo)進(jìn)一步明確的背景下，可再生能源的應(yīng)用比例將不斷提高，帶動全球光伏發(fā)電裝機(jī)量進(jìn)一步提升。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）預(yù)測，從2021年起全球光伏新增裝機(jī)量將不斷攀升，預(yù)計2021年新增裝機(jī)量在150-170GW，到了2025年，這一數(shù)字將上升至270-330GW。而國內(nèi)同樣為加速上漲，預(yù)計2021年新增裝機(jī)量為55-65GW，這一數(shù)字將攀升至90-110GW。全球光伏行業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道。

二、 鋁合金光伏行業(yè)不可或缺的原材料

從光伏產(chǎn)業(yè)鏈的分布情況來看，主要分為硅料、硅片、電池以及組件四個環(huán)節(jié)，其中前三個環(huán)節(jié)主要圍繞著光伏核心部件—硅電池，而組件則是光伏系統(tǒng)中最小的有效發(fā)電單位。光伏組件通常由電池片、互聯(lián)條、匯流條、鋼化玻璃、EVA、背板、邊框、硅膠和接線盒等九大部分組成，其中邊框主要是鋁合金型材制成，是光伏用鋁的主要部分之一。除光伏組件外，光伏發(fā)電系統(tǒng)或應(yīng)用產(chǎn)品的安裝過程需要光伏支架，而鋁合金型材是用于制造光伏支架的一種。

下面鋁型材在光伏組件和支架中的消費(fèi)量進(jìn)行一一探究。（實際光伏電池中還需要應(yīng)用鋁漿，但單位GW中用鋁量僅為100-200噸，因此本文不做討論）

01

邊框耗鋁量測算

光伏邊框用于固定、密封太陽能電池組件，增強(qiáng)組件強(qiáng)度，延長使用壽命，便于運(yùn)輸、安裝。從光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，光伏邊框的尺寸主要受組件中硅片電池總尺寸影響，而總尺寸=電池數(shù)量*單個硅片電池尺寸。由于光伏技術(shù)發(fā)展時間并不長，硅片電池作為技術(shù)的核心，其尺寸實際上經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和變革，從最初的100mm、125mm發(fā)展到目前的158.75mm、161.7mm和166mm的主流尺寸，同時多家光伏組件企業(yè)已經(jīng)逐步推出182mm乃至210mm尺寸的硅片電池。電池尺寸的擴(kuò)大代表著效率的提升，同時單位成本也更低。

那么如何選取耗鋁量測算的樣本呢？考慮硅片尺寸和數(shù)量排列組合較多，我們選取組件龍頭企業(yè)的主要產(chǎn)品及其尺寸進(jìn)行參考，作為鋁邊框的尺寸標(biāo)準(zhǔn)。對于邊框的橫截面情況，同樣參考企業(yè)出具工程圖紙的結(jié)構(gòu)計算。對于光伏邊框所使用的鋁合金類型，目前主要有6061、6063和6082三種，其密度分別為2.75g/cm3、2.69 g/cm3以及2.71 g/cm3。因此光伏邊框耗鋁量為（橫截面面積*組件尺寸長&寬*合金密度），最終得出每GW光伏組件的耗鋁量在0.9-1.1萬噸之間。

02

光伏支架耗鋁量測算

光伏支架是光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了擺放、安裝、固定太陽能面板設(shè)計的特殊支架。一般材質(zhì)有普通鋼材、不銹鋼和鋁合金，其中鋼材和鋁合金應(yīng)用最為廣泛，用鋼材制造支架成本低廉、應(yīng)用廣泛、受力性能好，但同樣具有重量較大、安裝不便等缺點(diǎn)，而鋁合金制造支架則重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便快捷，但也具有同等條件下強(qiáng)度低于鋼結(jié)構(gòu)、一次性投資成本高等缺點(diǎn)。根據(jù)兩種不同材質(zhì)支架的區(qū)別，實際應(yīng)用領(lǐng)域也各有所長，在光伏電站按照建設(shè)方式不同可分為分布式光伏電站和集中式光伏電站，其中集中式是利用荒漠地區(qū)豐富和相對穩(wěn)定的太陽能源構(gòu)建大型光伏電站，分布式主要基于建筑物表面，就近解決用戶的用電問題，從兩者的建設(shè)特性以及鋼材和鋁合金兩種支架材料的特性可以看出，鋼結(jié)構(gòu)支架主要應(yīng)用在集中式光伏電站，而鋁合金支架則更多應(yīng)用在分布式光伏電站。

光伏組件中鋁合金邊框雖然尺寸隨電池尺寸以及功率的變化而變化，但是主流邊框的結(jié)構(gòu)是較為一致的，即使不同廠家的產(chǎn)品也趨于一致。反觀光伏支架則種類較多，本文是以某工程實例為參考，該項目是位于淮南地區(qū)20MW的分布式光伏發(fā)電項目，采用單晶硅270W組件以及固定式支架。該工程使用支架由立柱、斜梁、斜撐、檁條以及連接附件構(gòu)成，這些零件均由鋁合金制成，其相應(yīng)尺寸和使用數(shù)量如表9所示。通過各部件計算得出：每GW電站建設(shè)所需光伏支架的用鋁量約為1.9萬噸。

三、光伏用鋁量預(yù)測

前文對光伏領(lǐng)域中組件邊框以及支架單位耗鋁量的測算，結(jié)合中國光伏行業(yè)協(xié)會對2021-2025年全球及國內(nèi)新增裝機(jī)量的保守和樂觀情況的預(yù)期對用鋁量進(jìn)行預(yù)測，其中組件用鋁單位耗鋁量取1萬噸/GW，組件的產(chǎn)量由國內(nèi)新增裝機(jī)以及出口至海外的組件兩部分組成，出口海外組件部分是依據(jù)海外新增裝機(jī)*70%（即中國光伏組件產(chǎn)能占全球產(chǎn)能的比重）。光伏支架部分耗鋁量則根據(jù)國內(nèi)新增裝機(jī)量*32%（即國內(nèi)分布式光伏新增裝機(jī)占比）。根據(jù)測算，在保守情況下，2021-2025年光伏用鋁增量在8-30萬噸，而樂觀情況下，這一數(shù)值擴(kuò)大至30-45萬噸。

值得注意的是，光伏行業(yè)的技術(shù)仍處在不斷發(fā)展的過程中，上述分析中是基于技術(shù)處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行測算。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》（2020年版），我們可以看到大尺寸硅片電池的市場占比將逐步提高，通過對同一廠家不同尺寸硅片電池的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析（參見表格2）發(fā)現(xiàn)：硅片電池尺寸越大，單位功率（每GW）光伏組件的耗鋁量將減少，主要因為尺寸越大，單位尺寸產(chǎn)生的功率越高，所需光伏組件的數(shù)量和質(zhì)量都有所下降，導(dǎo)致邊框和支架的耗鋁量均有所下滑。

而另一大發(fā)展趨勢是雙面雙玻組件的市場占比不斷提高，雙面組件即正、反面都能發(fā)電的組件，反面用光伏玻璃代替?zhèn)鹘y(tǒng)組件的背板，雙面組件的發(fā)電效率更高，耐磨性、透水率等性能也較優(yōu)。理論上講，雙面組件不需要鋁合金邊框進(jìn)行保護(hù)，而實際上多數(shù)企業(yè)出于安全考慮仍會使用邊框，但隨著雙面組件的市場占比越來越高，鋁合金邊框的使用或較當(dāng)前有所減少。

綜上，光伏行業(yè)的不斷發(fā)展將有利于鋁合金消費(fèi)，從絕對量級來看，未來五年光伏行業(yè)將帶動鋁消費(fèi)年均增量在23-35萬噸之間，但從相對量級來看，光伏行業(yè)帶動鋁消費(fèi)年增速不足1%，影響量級有限。