光伏建筑屋面发电系统团体标准的创新做法

◎刘晓明 蒋建平 赵永红 董国琛 杨琴 胡纯星

光伏建筑屋面发电系统团体标准的创新做法

◎刘晓明1蒋建平1赵永红2董国琛2杨琴3胡纯星3

研究了光伏建筑一体化屋面发电系统的核心质量特性，阐述了《工业建筑光伏一体化屋面发电系统》“浙江制造”团体标准研制思路、标准框架及关键技术要求，为研制光伏建筑屋面发电系统标准提供了有价值的参考。

光伏建筑一体化（BIPV）是光伏发电与建筑物相结合应用的一种技术，既具有发电功能，又具有建筑屋面外围护结构的功能。与普通地面电站光伏发电技术相比，BIPV统具有建造成本低、绿色环保、建筑美观、室内环境舒适、安装方便、使用寿命长等优势，成为了最具发展前景的清洁能源技术之一，日益受到世界各国的高度重视。

我国光伏产业发展迅速，但BIPV技术相对滞后于欧、美、日等国家，现有光伏建筑电站质量较低。据统计，由于设计缺陷造成的质量问题占9%，施工安装问题占8%，运营和维护问题占33%，关键设备包括组件、逆变器、汇流箱等问题占50%。导致光伏建筑电站质量问题的主要原因包括相关标准体系建设不完善、关键过程标准缺失、部分标准水平不高、标准执行力度不够等。

目前，国际、国内光伏标准体系以光伏通用构件标准为主，主要关注光伏组件和电站的结构、电气安全性能等，光伏构件作为建筑材料的长期使用性能标准相对缺少，光伏建筑设计、施工、验收等关键过程标准更是少之又少。因此，规范光伏建筑电站设计、施工、验收、检测、运营和维护等关键环节，研制相关标准是当务之急。

2014年浙江省委省政府提出打造“浙江制造”区域品牌，旨在通过先进标准带动企业技术改造，以高标准引领制造业转型升级。为了打造光伏行业品牌、推动行业高品质发展，2017年，“浙江制造”团体标准《工业建筑光伏一体化屋面发电系统》正式发布。本文详细论述该标准的主要内容和创新做法，为研制光伏建筑发电系统标准提供有价值的参考。

标准的主要特色

标准研制思路

“浙江制造”标准定位为“国内一流、国际先进”，要求标准水平达到国际先进水平，主要研制思路如下：1）覆盖现行国家标准、行业标准的技术内容，且关键技术要求高于国家标准、行业标准。2）以顾客需求为导向，聚焦光伏建筑的发电收益、使用方便、外形美观、长久耐用等核心质量特性，并分解核心质量特性为技术要求，将其量化。3）从产品生命周期出发，丰富标准内涵，能够体现企业设计研发实力、关键原材料或零部件控制能力、智能制造生产能力以及对用户的售后服务能力等。4）技术要求可检测、可核实或可验证，标准提出的技术要求应可检测，体现企业能力的要求可采用“可核实+可验证”的方式进行。

标准先进性

该标准适用于新建、扩建和改建的工业建筑屋面，主要参考了建筑、太阳能电池等领域的国内外标准，围绕安全、环保、耐久、舒适、美观等核心质量特性，提高了组件使用年限、竣工后系统效率、综合电站用电率等技术要求，增加了系统安全项设计、电池使用寿命等要求，主要表现在以下几个方面：

（1）安全性能

一是在设计要求中增加构件安全设计要求。BIPV构件作为建筑的一部分，必须实现建筑使用功能，因此，本标准在GB 50009、GB 50016、GB 50017、GB 50057等建筑设计标准基础上对光伏构件提出了载荷、防排水、防雷抗震、防火等设计要求。另外，针对电气安全要求，参考IEC 62548等标准要求，增加了系统安全性设计要求，提出组串、线缆、公母插头、逆变器、交流汇流箱、出线柜、并网柜等关键构件应具备防孤岛保护功能，以避免维修人员意外触电、误合闸等情况发生。

二是在原材料要求中提高构件燃烧性能要求。由于高温环境或电线老化等原因，BIPV构件可能出现自燃，我国建筑标准对相关建筑材料提出了燃烧性能等安全要求，而光伏相关标准中未有明确规定，因此，本标准在GB 8624、GB 31247等国家标准基础上，提出光伏组件燃烧性能应达到 GB 8624 中规定的B1级要求、直流电缆应采用专用光伏电缆且安全等级为二类、电线电缆燃烧性能应达到GB 31247 中规定的B1级要求，降低了建筑物火灾安全隐患。

（2）环保性能

BIPV发电系统以用户侧自发自用、多余电量上网形式运行，用户可通过发电系统获得盈利，而发电量直接影响了用户盈利。目前，IEC 61215-2、我国工信部《光伏制造行业规范条件》（2015年第23号）及国家、地方相关标准对光伏电站发电量相关指标提出了要求。本标准参考了国内外标准，首次提出组装竣工后的系统效率、系统损耗、综合电站用电率、系统功率因数等直接影响发电量的综合性能指标，提高了用户发电效益，本标准与国内外相关标准比对见表1。

（3）耐久性能

一是在设计、原材料要求中增加设计寿命要求。BIPV组件到底能用多久，这是用户使用BIPV系统比较关心的问题也是影响电站质量的核心问题之一。目前，行业内主要采用的IEC、UL等国外测试标准只是针对单块组件、模拟单一户外使用条件进行可靠性测试，未有标准对组件等提出寿命要求。本标准首次在设计要求中提出防排水构造层设计寿命不少于50年、储能装置铅酸蓄电池设计寿命应不少于5年、锂电池设计寿命不少于7年、箱式变设计寿命不少于25年等要求，极大提高了BIPV发电系统全寿命段质量。

表1 系统性能要求国内外标准比对

二是在质量承诺要求中提高质保期要求。BIPV系统各构件的质保期直接影响客户购买决策，工信部2015年第23号文件提出“组件质保期不少于10年，逆变器质保期不少于5年”的要求，但行业内未有标准作统一要求。本标准在国家相关政策基础上，提高了光伏组件、逆变器、防水性能等质保要求，给予消费者极大的购买保障，具体要求见表2。

表2 质量承诺要求

（4）舒适性能

建筑物室内自然通风采光、且针对不同季节采用不同的气候控制方式实现良好的物理环境，是用户对BIPV建筑的主要需求之一。本标准在设计要求上增加通风采光、保温隔热要求，具体要求见表3。

表3 舒适性能要求

（5）美观性能

BIPV建筑的外部观感非常重要，不但要符合建筑美学要求，还要与周边环境融为一体，因此，光伏组件与建筑的安装角度、构件之间的安装位置等直接影响了BIPV建筑的外观。本标准在安装施工要求中提出防排水构造层导水槽、光伏矩阵、汇流箱、逆变器、箱式变电站、高低压开关柜等关键构件的安装位置要求，主要规定了两个相邻纵向导水槽的安装偏差不应大于1mm、相邻组件间平整度不大于2mm、汇流箱垂直度允许偏差不大于1.5mm/m等要求，极大提高了BIPV建筑的美观度。

结论

借助标准化手段规范光伏建筑设计研发、构件生产、原材料采购、现场施工、后期维护等过程，是提高光伏电站质量的主要途径之一。建立国际化的光伏建筑标准化体系，研制光伏建筑关键技术、工艺、结构等方面的标准，是光伏标准化研究的重要工作之一。《工业建筑光伏一体化屋面发电系统》“浙江制造”团体标准，与国际先进标准接轨，并结合国内光伏行业技术现状，提出了光伏建筑全生命周期关键过程的控制要求，解决了光伏屋面与屋顶障碍物相结度不高、施工后系统效率低、屋面防水与防腐等性能差等行业共性技术难题，为BIPV技术创新、提高光伏建筑质量、助推光电建筑的广泛应用提供了技术保障。

浙江省质监系统软科学项目（20160218）

1.浙江省标准化研究院；2.杭州市太阳能光伏产业协会；3.杭州桑尼能源科技股份有限公司）