◎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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研制思路、標(biāo)準(zhǔn)框架及關(guān)鍵技術(shù)要求，為研制光伏建筑屋面發(fā)電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)提供了有價(jià)值的參考。

光伏建筑一體化（BIPV）是光伏發(fā)電與建筑物相結(jié)合應(yīng)用的一種技術(shù)，既具有發(fā)電功能，又具有建筑屋面外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能。與普通地面電站光伏發(fā)電技術(shù)相比，BIPV統(tǒng)具有建造成本低、綠色環(huán)保、建筑美觀、室內(nèi)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(shù)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(shù)相對滯后于歐、美、日等國家，現(xiàn)有光伏建筑電站質(zhì)量較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于設(shè)計(jì)缺陷造成的質(zhì)量問題占9%，施工安裝問題占8%，運(yùn)營和維護(hù)問題占33%，關(guān)鍵設(shè)備包括組件、逆變器、匯流箱等問題占50%。導(dǎo)致光伏建筑電站質(zhì)量問題的主要原因包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)不完善、關(guān)鍵過程標(biāo)準(zhǔn)缺失、部分標(biāo)準(zhǔn)水平不高、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力度不夠等。

目前，國際、國內(nèi)光伏標(biāo)準(zhǔn)體系以光伏通用構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)為主，主要關(guān)注光伏組件和電站的結(jié)構(gòu)、電氣安全性能等，光伏構(gòu)件作為建筑材料的長期使用性能標(biāo)準(zhǔn)相對缺少，光伏建筑設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等關(guān)鍵過程標(biāo)準(zhǔn)更是少之又少。因此，規(guī)范光伏建筑電站設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、檢測、運(yùn)營和維護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)務(wù)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(jìn)標(biāo)準(zhǔn)帶動(dòng)企業(yè)技術(shù)改造，以高標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。為了打造光伏行業(yè)品牌、推動(dòng)行業(yè)高品質(zhì)發(fā)展，2017年，“浙江制造”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《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(xì)論述該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和創(chuàng)新做法，為研制光伏建筑發(fā)電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)提供有價(jià)值的參考。

標(biāo)準(zhǔn)的主要特色

標(biāo)準(zhǔn)研制思路

“浙江制造”標(biāo)準(zhǔn)定位為“國內(nèi)一流、國際先進(jìn)”，要求標(biāo)準(zhǔn)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，主要研制思路如下：1）覆蓋現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容，且關(guān)鍵技術(shù)要求高于國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2）以顧客需求為導(dǎo)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(zhì)量特性，并分解核心質(zhì)量特性為技術(shù)要求，將其量化。3）從產(chǎn)品生命周期出發(fā)，豐富標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵，能夠體現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)實(shí)力、關(guān)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(wù)能力等。4）技術(shù)要求可檢測、可核實(shí)或可驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)提出的技術(shù)要求應(yīng)可檢測，體現(xiàn)企業(yè)能力的要求可采用“可核實(shí)+可驗(yàn)證”的方式進(jìn)行。

標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)性

該標(biāo)準(zhǔn)適用于新建、擴(kuò)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(lǐng)域的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，圍繞安全、環(huán)保、耐久、舒適、美觀等核心質(zhì)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(shù)要求，增加了系統(tǒng)安全項(xiàng)設(shè)計(jì)、電池使用壽命等要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）安全性能

一是在設(shè)計(jì)要求中增加構(gòu)件安全設(shè)計(jì)要求。BIPV構(gòu)件作為建筑的一部分，必須實(shí)現(xiàn)建筑使用功能，因此，本標(biāo)準(zhǔn)在GB 50009、GB 50016、GB 50017、GB 50057等建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對光伏構(gòu)件提出了載荷、防排水、防雷抗震、防火等設(shè)計(jì)要求。另外，針對電氣安全要求，參考IEC 62548等標(biāo)準(zhǔn)要求，增加了系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)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(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)具備防孤島保護(hù)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(gòu)件燃燒性能要求。由于高溫環(huán)境或電線老化等原因，BIPV構(gòu)件可能出現(xiàn)自燃，我國建筑標(biāo)準(zhǔn)對相關(guān)建筑材料提出了燃燒性能等安全要求，而光伏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未有明確規(guī)定，因此，本標(biāo)準(zhǔn)在GB 8624、GB 31247等國家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出光伏組件燃燒性能應(yīng)達(dá)到 GB 8624 中規(guī)定的B1級要求、直流電纜應(yīng)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(yīng)達(dá)到GB 31247 中規(guī)定的B1級要求，降低了建筑物火災(zāi)安全隱患。

（2）環(huán)保性能

BIPV發(fā)電系統(tǒng)以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)形式運(yùn)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)對光伏電站發(fā)電量相關(guān)指標(biāo)提出了要求。本標(biāo)準(zhǔn)參考了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)，提高了用戶發(fā)電效益，本標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比對見表1。

（3）耐久性能

一是在設(shè)計(jì)、原材料要求中增加設(shè)計(jì)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(guān)心的問題也是影響電站質(zhì)量的核心問題之一。目前，行業(yè)內(nèi)主要采用的IEC、UL等國外測試標(biāo)準(zhǔn)只是針對單塊組件、模擬單一戶外使用條件進(jìn)行可靠性測試，未有標(biāo)準(zhǔn)對組件等提出壽命要求。本標(biāo)準(zhǔn)首次在設(shè)計(jì)要求中提出防排水構(gòu)造層設(shè)計(jì)壽命不少于50年、儲(chǔ)能裝置鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)壽命應(yīng)不少于5年、鋰電池設(shè)計(jì)壽命不少于7年、箱式變設(shè)計(jì)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(zhì)量。

表1 系統(tǒng)性能要求國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)比對

二是在質(zhì)量承諾要求中提高質(zhì)保期要求。BIPV系統(tǒng)各構(gòu)件的質(zhì)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(zhì)保期不少于10年，逆變器質(zhì)保期不少于5年”的要求，但行業(yè)內(nèi)未有標(biāo)準(zhǔn)作統(tǒng)一要求。本標(biāo)準(zhǔn)在國家相關(guān)政策基礎(chǔ)上，提高了光伏組件、逆變器、防水性能等質(zhì)保要求，給予消費(fèi)者極大的購買保障，具體要求見表2。

表2 質(zhì)量承諾要求

（4）舒適性能

建筑物室內(nèi)自然通風(fēng)采光、且針對不同季節(jié)采用不同的氣候控制方式實(shí)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(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)要求上增加通風(fēng)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(xué)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(gòu)件之間的安裝位置等直接影響了BIPV建筑的外觀。本標(biāo)準(zhǔn)在安裝施工要求中提出防排水構(gòu)造層導(dǎo)水槽、光伏矩陣、匯流箱、逆變器、箱式變電站、高低壓開關(guān)柜等關(guān)鍵構(gòu)件的安裝位置要求，主要規(guī)定了兩個(gè)相鄰縱向?qū)鄣陌惭b偏差不應(yīng)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(jié)論

借助標(biāo)準(zhǔn)化手段規(guī)范光伏建筑設(shè)計(jì)研發(fā)、構(gòu)件生產(chǎn)、原材料采購、現(xiàn)場施工、后期維護(hù)等過程，是提高光伏電站質(zhì)量的主要途徑之一。建立國際化的光伏建筑標(biāo)準(zhǔn)化體系，研制光伏建筑關(guān)鍵技術(shù)、工藝、結(jié)構(gòu)等方面的標(biāo)準(zhǔn)，是光伏標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌，并結(jié)合國內(nèi)光伏行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，提出了光伏建筑全生命周期關(guān)鍵過程的控制要求，解決了光伏屋面與屋頂障礙物相結(jié)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(shù)難題，為BIPV技術(shù)創(chuàng)新、提高光伏建筑質(zhì)量、助推光電建筑的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)保障。

浙江省質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)軟科學(xué)項(xiàng)目（20160218）

1.浙江省標(biāo)準(zhǔn)化研究院；2.杭州市太陽能光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)；3.杭州桑尼能源科技股份有限公司）