光伏建筑屋面發電系統團體標準的創新做法

◎劉曉明 蔣建平 趙永紅 董國琛 楊琴 胡純星

光伏建筑屋面發電系統團體標準的創新做法

◎劉曉明1蔣建平1趙永紅2董國琛2楊琴3胡純星3

研究了光伏建筑一體化屋面發電系統的核心質量特性，闡述了《工業建筑光伏一體化屋面發電系統》“浙江制造”團體標準研制思路、標準框架及關鍵技術要求，為研制光伏建筑屋面發電系統標準提供了有價值的參考。

光伏建筑一體化（BIPV）是光伏發電與建筑物相結合應用的一種技術，既具有發電功能，又具有建筑屋面外圍護結構的功能。與普通地面電站光伏發電技術相比，BIPV統具有建造成本低、綠色環保、建筑美觀、室內環境舒適、安裝方便、使用壽命長等優勢，成為了最具發展前景的清潔能源技術之一，日益受到世界各國的高度重視。

我國光伏產業發展迅速，但BIPV技術相對滯后于歐、美、日等國家，現有光伏建筑電站質量較低。據統計，由于設計缺陷造成的質量問題占9%，施工安裝問題占8%，運營和維護問題占33%，關鍵設備包括組件、逆變器、匯流箱等問題占50%。導致光伏建筑電站質量問題的主要原因包括相關標準體系建設不完善、關鍵過程標準缺失、部分標準水平不高、標準執行力度不夠等。

目前，國際、國內光伏標準體系以光伏通用構件標準為主，主要關注光伏組件和電站的結構、電氣安全性能等，光伏構件作為建筑材料的長期使用性能標準相對缺少，光伏建筑設計、施工、驗收等關鍵過程標準更是少之又少。因此，規范光伏建筑電站設計、施工、驗收、檢測、運營和維護等關鍵環節，研制相關標準是當務之急。

2014年浙江省委省政府提出打造“浙江制造”區域品牌，旨在通過先進標準帶動企業技術改造，以高標準引領制造業轉型升級。為了打造光伏行業品牌、推動行業高品質發展，2017年，“浙江制造”團體標準《工業建筑光伏一體化屋面發電系統》正式發布。本文詳細論述該標準的主要內容和創新做法，為研制光伏建筑發電系統標準提供有價值的參考。

標準的主要特色

標準研制思路

“浙江制造”標準定位為“國內一流、國際先進”，要求標準水平達到國際先進水平，主要研制思路如下：1）覆蓋現行國家標準、行業標準的技術內容，且關鍵技術要求高于國家標準、行業標準。2）以顧客需求為導向，聚焦光伏建筑的發電收益、使用方便、外形美觀、長久耐用等核心質量特性，并分解核心質量特性為技術要求，將其量化。3）從產品生命周期出發，豐富標準內涵，能夠體現企業設計研發實力、關鍵原材料或零部件控制能力、智能制造生產能力以及對用戶的售后服務能力等。4）技術要求可檢測、可核實或可驗證，標準提出的技術要求應可檢測，體現企業能力的要求可采用“可核實+可驗證”的方式進行。

標準先進性

該標準適用于新建、擴建和改建的工業建筑屋面，主要參考了建筑、太陽能電池等領域的國內外標準，圍繞安全、環保、耐久、舒適、美觀等核心質量特性，提高了組件使用年限、竣工后系統效率、綜合電站用電率等技術要求，增加了系統安全項設計、電池使用壽命等要求，主要表現在以下幾個方面：

（1）安全性能

一是在設計要求中增加構件安全設計要求。BIPV構件作為建筑的一部分，必須實現建筑使用功能，因此，本標準在GB 50009、GB 50016、GB 50017、GB 50057等建筑設計標準基礎上對光伏構件提出了載荷、防排水、防雷抗震、防火等設計要求。另外，針對電氣安全要求，參考IEC 62548等標準要求，增加了系統安全性設計要求，提出組串、線纜、公母插頭、逆變器、交流匯流箱、出線柜、并網柜等關鍵構件應具備防孤島保護功能，以避免維修人員意外觸電、誤合閘等情況發生。

二是在原材料要求中提高構件燃燒性能要求。由于高溫環境或電線老化等原因，BIPV構件可能出現自燃，我國建筑標準對相關建筑材料提出了燃燒性能等安全要求，而光伏相關標準中未有明確規定，因此，本標準在GB 8624、GB 31247等國家標準基礎上，提出光伏組件燃燒性能應達到 GB 8624 中規定的B1級要求、直流電纜應采用專用光伏電纜且安全等級為二類、電線電纜燃燒性能應達到GB 31247 中規定的B1級要求，降低了建筑物火災安全隱患。

（2）環保性能

BIPV發電系統以用戶側自發自用、多余電量上網形式運行，用戶可通過發電系統獲得盈利，而發電量直接影響了用戶盈利。目前，IEC 61215-2、我國工信部《光伏制造行業規范條件》（2015年第23號）及國家、地方相關標準對光伏電站發電量相關指標提出了要求。本標準參考了國內外標準，首次提出組裝竣工后的系統效率、系統損耗、綜合電站用電率、系統功率因數等直接影響發電量的綜合性能指標，提高了用戶發電效益，本標準與國內外相關標準比對見表1。

（3）耐久性能

一是在設計、原材料要求中增加設計壽命要求。BIPV組件到底能用多久，這是用戶使用BIPV系統比較關心的問題也是影響電站質量的核心問題之一。目前，行業內主要采用的IEC、UL等國外測試標準只是針對單塊組件、模擬單一戶外使用條件進行可靠性測試，未有標準對組件等提出壽命要求。本標準首次在設計要求中提出防排水構造層設計壽命不少于50年、儲能裝置鉛酸蓄電池設計壽命應不少于5年、鋰電池設計壽命不少于7年、箱式變設計壽命不少于25年等要求，極大提高了BIPV發電系統全壽命段質量。

表1 系統性能要求國內外標準比對

二是在質量承諾要求中提高質保期要求。BIPV系統各構件的質保期直接影響客戶購買決策，工信部2015年第23號文件提出“組件質保期不少于10年，逆變器質保期不少于5年”的要求，但行業內未有標準作統一要求。本標準在國家相關政策基礎上，提高了光伏組件、逆變器、防水性能等質保要求，給予消費者極大的購買保障，具體要求見表2。

表2 質量承諾要求

（4）舒適性能

建筑物室內自然通風采光、且針對不同季節采用不同的氣候控制方式實現良好的物理環境，是用戶對BIPV建筑的主要需求之一。本標準在設計要求上增加通風采光、保溫隔熱要求，具體要求見表3。

表3 舒適性能要求

（5）美觀性能

BIPV建筑的外部觀感非常重要，不但要符合建筑美學要求，還要與周邊環境融為一體，因此，光伏組件與建筑的安裝角度、構件之間的安裝位置等直接影響了BIPV建筑的外觀。本標準在安裝施工要求中提出防排水構造層導水槽、光伏矩陣、匯流箱、逆變器、箱式變電站、高低壓開關柜等關鍵構件的安裝位置要求，主要規定了兩個相鄰縱向導水槽的安裝偏差不應大于1mm、相鄰組件間平整度不大于2mm、匯流箱垂直度允許偏差不大于1.5mm/m等要求，極大提高了BIPV建筑的美觀度。

結論

借助標準化手段規范光伏建筑設計研發、構件生產、原材料采購、現場施工、后期維護等過程，是提高光伏電站質量的主要途徑之一。建立國際化的光伏建筑標準化體系，研制光伏建筑關鍵技術、工藝、結構等方面的標準，是光伏標準化研究的重要工作之一。《工業建筑光伏一體化屋面發電系統》“浙江制造”團體標準，與國際先進標準接軌，并結合國內光伏行業技術現狀，提出了光伏建筑全生命周期關鍵過程的控制要求，解決了光伏屋面與屋頂障礙物相結度不高、施工后系統效率低、屋面防水與防腐等性能差等行業共性技術難題，為BIPV技術創新、提高光伏建筑質量、助推光電建筑的廣泛應用提供了技術保障。

浙江省質監系統軟科學項目（20160218）

1.浙江省標準化研究院；2.杭州市太陽能光伏產業協會；3.杭州桑尼能源科技股份有限公司）