光伏建筑屋面發(fā)電系統(tǒng)團體標準的創(chuàng)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(fā)電系統(tǒng)團體標準的創(chuàng)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(fā)電系統(tǒng)的核心質量特性，闡述了《工業(yè)建筑光伏一體化屋面發(fā)電系統(tǒng)》“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(fā)電系統(tǒng)標準提供了有價值的參考。

光伏建筑一體化（BIPV）是光伏發(fā)電與建筑物相結合應用的一種技術，既具有發(fā)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(fā)電技術相比，BIPV統(tǒng)具有建造成本低、綠色環(huán)保、建筑美觀、室內環(huán)境舒適、安裝方便、使用壽命長等優(yōu)勢，成為了最具發(fā)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(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但BIPV技術相對滯后于歐、美、日等國家，現(xiàn)有光伏建筑電站質量較低。據(jù)統(tǒng)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(zhí)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(guī)范光伏建筑電站設計、施工、驗收、檢測、運營和維護等關鍵環(huán)節(jié)，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(qū)域品牌，旨在通過先進標準帶動企業(yè)技術改造，以高標準引領制造業(yè)轉型升級。為了打造光伏行業(yè)品牌、推動行業(yè)高品質發(fā)展，2017年，“浙江制造”團體標準《工業(yè)建筑光伏一體化屋面發(fā)電系統(tǒng)》正式發(fā)布。本文詳細論述該標準的主要內容和創(chuàng)新做法，為研制光伏建筑發(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)行國家標準、行業(yè)標準的技術內容，且關鍵技術要求高于國家標準、行業(yè)標準。2）以顧客需求為導向，聚焦光伏建筑的發(fā)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(chǎn)品生命周期出發(fā)，豐富標準內涵，能夠體現(xiàn)企業(yè)設計研發(fā)實力、關鍵原材料或零部件控制能力、智能制造生產(chǎn)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(xiàn)企業(yè)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(yè)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(huán)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(tǒng)效率、綜合電站用電率等技術要求，增加了系統(tǒng)安全項設計、電池使用壽命等要求，主要表現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(wǎng)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(fā)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(huán)境或電線老化等原因，BIPV構件可能出現(xiàn)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(guī)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(guī)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(guī)定的B1級要求，降低了建筑物火災安全隱患。

（2）環(huán)保性能

BIPV發(fā)電系統(tǒng)以用戶側自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)形式運行，用戶可通過發(fā)電系統(tǒng)獲得盈利，而發(fā)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(yè)規(guī)范條件》（2015年第23號）及國家、地方相關標準對光伏電站發(fā)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(tǒng)效率、系統(tǒng)損耗、綜合電站用電率、系統(tǒng)功率因數(shù)等直接影響發(fā)電量的綜合性能指標，提高了用戶發(fā)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(tǒng)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(yè)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(fā)電系統(tǒng)全壽命段質量。

表1 系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)內未有標準作統(tǒng)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(jié)采用不同的氣候控制方式實現(xiàn)良好的物理環(huán)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(huán)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(guī)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(guī)范光伏建筑設計研發(fā)、構件生產(chǎn)、原材料采購、現(xiàn)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?！豆I(yè)建筑光伏一體化屋面發(fā)電系統(tǒng)》“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(yè)技術現(xiàn)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(tǒng)效率低、屋面防水與防腐等性能差等行業(yè)共性技術難題，為BIPV技術創(chuàng)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(jiān)系統(tǒng)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(chǎn)業(yè)協(xié)會；3.杭州桑尼能源科技股份有限公司）