石墨烯+CFRP：光伏组件的创新材料双雄
石墨烯+CFRP：光伏组件的创新材料双雄
近年来，光伏行业正迎来一场材料革命。石墨烯和碳纤维增强塑料（CFRP）作为两种新型材料，正在光伏组件制造中崭露头角。石墨烯以其优异的导电性和透光性，成为提升光伏电池效率的关键材料；而CFRP则凭借其轻质高强的特性，在光伏边框制造中展现出巨大优势。这两种新材料的应用，不仅有望降低光伏组件的生产成本，还能提升光伏系统的整体效能和安全性，为光伏行业带来新的发展机遇。
石墨烯：光伏电池的效率提升利器
石墨烯是一种由单一碳原子构成的平面结构材料，具有极高的导热和导电性能、强韧的结构强度、极轻的体积以及大的比表面积等优异特性。在光伏电池领域，石墨烯主要应用于电池电极材料，能够显著提升电池的性能。
石墨烯电池的工作原理是通过将石墨烯作为电极材料，使得电池的性能大幅提升。石墨烯电池有四种典型类型：锂离子电池、锂硫电池、超级电容器、锂空气电池。以锂离子电池为例，石墨烯作为锂离子电极材料，由于拥有极高的比表面积以及极高的导电性，能够在电极材料表面形成极其均匀的锂离子储存层，提高了传输速率，实现了更高的能量密度。此外，在石墨烯电池中，也可以通过对石墨烯材料进行离子交换或者与其他材料复合来提高电池的性能。
石墨烯电池技术的优势主要体现在以下几个方面：
- 长寿命：由于使用石墨烯电极材料，石墨烯电池具有较长的使用寿命，甚至可达到几倍于传统电池的寿命。
- 高能量密度：石墨烯电池的能量密度是同体积传统电池的几倍甚至几十倍，且能够实现更快的充电速度。
- 可制备性：相对于其他纳米材料的合成，石墨烯的制备过程相对简单，能够实现自主制备，提高了材料的可制备性。
- 安全性：石墨烯电池材料具有良好的热稳定性和耐压力性，对电池的安全性质量得到了保障。
在商业化进展方面，中国在石墨烯光伏领域的专利申请量处于全球领先地位。截至2017年8月31日，国内石墨烯光伏产业专利申请量达2312件，占全球申请总量的55%。其中，江苏省以377件的申请量位列全国第一。最新专利显示，中山市超嘉源太阳能科技有限公司取得了一项名为“一种用于太阳能光伏发电的石墨烯改性涂料的制备方法”的专利，进一步推动了石墨烯在光伏领域的应用。
CFRP：光伏边框的革新之选
光伏边框是组件的重要组成部分，主要用于固定、密封光伏组件的框架结构材料，对组件寿命影响较大，耐候性要求高。目前，光伏边框主要分为铝合金边框、钢边框和复合材料边框三种类型，其中铝合金边框使用最为广泛，渗透率高达95%以上。
然而，随着对光伏组件性能要求的不断提高，复合材料边框展现出独特的优势。目前，复合材料边框主要是玻璃纤维和聚氨酯树脂复材经拉挤成型后喷漆所得，一般玻纤含量为75-85%，聚氨酯含量为15-25%。相比于铝合金边框，复合材料边框具有四大优势：
- 成本优势：复合材料边框价格较铝边框低20%-25%，且随着技术进步，成本有望进一步降低。
- 耐候性：复合材料边框耐湿热、耐酸碱、耐盐雾，适用于各种恶劣环境。
- 绝缘性：复合材料边框体积电阻率达到1×10^14Ω·m，系统无需接地，有助于降低系统端PID风险，提高系统运维安全性。
- 轻量化：复合材料边框密度仅为2g/cm3，轻量化且美观，便于运输安装。
目前，已有约15家企业在开发或生产CFRP光伏边框，主要集中在浙江、江苏两省，其他广东、安徽、四川、江西等地也有企业布局。其中，德毅隆、博菲电气等企业已具备规模化生产能力，部分产品已获得认证。
德毅隆采用集中控制网络注射拉挤生产工艺生产GRPU型材，当前已具备年产10GW太阳能边框型材产能，2023年年底将具备年产25GW太阳能边框型材的生产能力。博菲电气拟发行3.9亿元可转债，用于浙江海宁年产7万吨新能源复合材料制品建设项目。振石集团华智研究院有限公司在玻纤产品方面具有较强实力。
在生产技术方面，CFRP边框采用双组分聚氨酯+玻璃纤维拉挤成型工艺。拉挤成型是指在牵引设备的作用下，将浸渍树脂的连续纤维或其织物通过模具加热使树脂固化生产复合材料型材的工艺方法，具有纤维含量可控、原料利用率高和生产效率高等优点。中国在该设备制造领域已达国际先进水平，目前拥有双组份聚氨酯拉挤成型产线200余条。
新材料引领光伏行业新未来
石墨烯和CFRP在光伏领域的应用，标志着光伏行业正迈向更高效、更经济的新阶段。石墨烯通过提升电池效率和降低生产成本，为光伏电池技术带来突破；而CFRP则通过优化边框材料性能，提升光伏组件的整体可靠性和经济性。随着技术的不断进步和商业化应用的推进，这两种新材料有望在光伏行业中发挥越来越重要的作用，推动光伏产业向更高质量发展。
（注：本文基于公开资料整理，不构成投资建议。）