国内外BIPV相关标准的发展现状

2021-06-03张可佳

太阳能 2021年5期

王冬，张可佳，张洋

(中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024)

0 引言

据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的统计数据，我国的建筑碳排放量占全国总碳排放量的30%以上，同时，我国每年新增约20亿m2的建筑面积，形成了我国建筑领域“体量大、增加快”的现状。因此，建筑领域如何做到节能减碳成为我国实现“碳达峰”“碳中和”目标的关键点，而光伏建筑一体化(building integrated photovoltaic，BIPV)成为了降碳节能的重要解决方案。

BIPV是通过将光伏组件与建筑材料结合，让传统建筑变成可以发电的节能建筑，从而推动建筑从耗能向产能、节能转变。当前，将光伏发电和建筑结合在一起的光电建筑形式主要有2种，分别为光伏附着建筑(building attached photovoltaic，BAPV)和BIPV。其中，BAPV是将光伏发电系统直接附加在建筑上，由于该形式下的光伏组件并不作为建筑材料，因此对于光伏组件无特定的建筑材料方面的要求，此种形式适用于对现存建筑的改造。BIPV是将光伏组件和建筑材料(如遮阳设施、窗、建筑外墙、外屋顶等)相结合，从而形成一种新的建筑材料，即建筑用光伏组件，可称为“BIPV组件”，比如光伏幕墙、光伏玻璃、光伏采光顶等。

BIPV形式的好处是光伏组件既可以进行光伏发电，又能作为建筑物本身的材料起到建筑材料的作用，从而可为整个建筑提供能源，减少能源消耗，并且还可以降低整体的建造成本。因此，大力发展BIPV是打造绿色建筑、营造低碳社会的重要手段之一。一个行业的健康发展离不开完善的标准体系，标准体系不完整会导致行业管理混乱、项目质量难以达标、项目运行效果难以保证等现象发生，而国内在BIPV相关标准的制定方面起步较晚。本文以BIPV行业的发展现状为研究基础，对国际和国内BIPV相关标准的发展现状进行了调研、分析和比对，并提出了建议。

1 BIPV行业的发展现状

虽然目前全球光伏发电装机总量不断增加，但BIPV市场的装机容量仅占全球光伏市场总装机容量的1%左右。截止到2018年，我国BIPV市场的累计装机容量仅为0.1 GW。

据德国Fraunhofer太阳能系统研究所于2018年发布的报告统计，在欧洲的BIPV市场中，光伏屋顶的建筑材料中，90%为晶体硅光伏组件，10%为薄膜光伏组件；对于立面结构，如光伏幕墙等的建筑材料中，56%为晶体硅光伏组件，44%为薄膜光伏组件[1]。这说明BIPV市场中BIPV组件的发展潜力巨大，而且晶体硅光伏组件和薄膜光伏组件是较为成熟的光伏发电技术，已经可以满足BIPV的技术要求。

一些发达国家，如美国、澳大利亚等，在BIPV方面已经取得了一定成绩。美国是世界上能源消耗最大、碳排放量第二大的国家，为了节能降耗，调整并优化能源供应结构，美国联邦政府制定了一系列推进BIPV发展的计划，比如“光伏建筑良机计划”“太阳能进入学校”项目和“百万太阳能屋顶计划”，以此来降低美国整体的建筑能耗水平，并得到了美国国内相关大学、科研机构和光伏企业的支持，极大地推进了美国以光伏屋顶、光伏遮阳系统等解决方案为代表的BIPV的发展[2]。

澳大利亚一直利用其丰富的太阳能资源大力发展光伏发电行业，以提高太阳能为代表的新能源在该国能源供应中的比例。其中，南澳大利亚州民用和公共用电中50%的电力由风电和光伏发电供应，政府也为居民房屋的分布式光伏发电系统提供了一系列补贴和支持。

在欧洲地区，如德国、瑞典等国家，也通过制定并推广分布式光伏发电系统建设计划，以及鼓励其国民在屋顶安装光伏发电系统等方式，来达到降低建筑能耗的目的。

中国作为当下全球最大的能源消耗国，也一直大力探索推进绿色低能耗建筑的发展。2009年，我国启动了“光电建筑示范应用项目——太阳能屋顶计划”。通过示范项目的设计和实施经验，突破并解决了国内光电建筑设计能力不足，光伏产品与建筑结合程度低、结合方式单一等问题。目前各个光伏组件制造企业已研发了光伏幕墙、光伏屋顶、光伏遮阳装置和光伏瓦等BIPV形式[3]。

经过多年的努力，我国光伏产业已经走在了世界的前列。国内光伏发电装机容量不断上升，光伏发电系统上、下游总体成本不断下降，在此背景下，BIPV迎来了广阔的发展前景。《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中指出，截至2020年，我国城市中可安装BIPV的建筑的建筑面积将达到17.9亿m2，城市新增超低能耗、近零能耗光电建筑项目中光电建筑面积达到1000万m2以上[4]。此外，2019年9月发布实施的GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技术标准》中也规定，国内近零能耗建筑在设计和使用时，其可再生能源利用率应不低于10%。以上一系列内容进一步从新建建筑方面推进了可再生能源与建筑结合的发展。

1.1 BIPV应重点考虑的问题

当前，BIPV组件还是一个新兴事物，对于BIPV组件的传统检测主要集中在其需要同时满足建筑材料和光伏材料性能，因此需要在BIPV组件的结构和材料上进行特别的设计与考虑，主要体现在安全性要求和可靠性要求这2个方面。

1.1.1 安全性要求

BIPV组件安全性的问题主要体现在以下2个方面：1)BIPV组件的结构设计，材料和光伏组件封装质量能否满足建筑材料的使用功能和耐久性要求；2)光伏组件自身的发电特性带来的安全隐患。以晶体硅光伏组件为例，局部的持续性遮挡导致的热斑问题有可能会导致光伏组件背板熔化，甚至发生光伏组件爆炸等，会严重威胁使用安全。

1.1.2 可靠性要求

BIPV组件作为建筑材料和光伏组件的结合产品，其对气密性和水密性有更高的要求。因为这不仅关系着光伏组件的使用寿命，还关系着潜在的建筑安全问题，比如存在漏电，或由于封装不完善导致的光伏组件脱层、脱膜现象等其他安全威胁。

1.2 BIPV组件相关标准的关注要点

国内外专门针对BIPV组件的标准和规范非常少，即使当前已有一些标准，但其中针对光伏组件性能部分的内容大多也是引用自IEC 61215、IEC 61646和IEC 61730这3个系列标准；而针对BIPV组件在建筑材料性能方面的标准则更少。

对于BIPV组件的标准制定，可以从BIPV组件作为建筑材料所必须具备的建材特性入手，比如，光伏组件的机械强度、能源经济性、防火性能、降噪性能等；除此之外，尤其需要重点关注BIPV组件的隔热性能、测试光源光谱的差异、BIPV组件的防火耐火性能、BIPV组件的发电性能这几个方面。

1.2.1 BIPV组件的隔热性能

建筑物的热损失一直是建筑能耗的主要来源之一，所以需要重点考虑建筑物的隔热性能。光伏组件作为建筑材料使用时，如光伏幕墙、光伏采光顶等，其隔热性能(U值)需满足相关的建材标准。通常，针对门、窗的隔热性能的测试主要是采用ISO 10077-1-2017《门、窗和百叶窗热性能传热系数的计算第1部分：总则》中的测试方法。但是由于光伏组件存在因发电而产生热量的特性，导致直接采用上述测试方法进行BIPV组件的隔热性能测试是不准确的。因此，中国建材检验认证集团股份有限公司(简称“国检集团”)的专家在几年前提出了一种测试思路，即利用ISO 10077-1-2017中的测试方法，给BIPV组件通最大功率点电流，模拟光伏组件发电时的发热状态，从而达到测试BIPV组件隔热性能的目的。

1.2.2 测试光源光谱的差异

对于地面用晶体硅光伏组件，IEC 60904-9-2007《光电器件第9部分：太阳模拟器的性能要求》中要求的测试光谱范围为400～1100 nm；而ISO 19467-2017《门窗的热性能用太阳模拟器测定太阳能得热系数》中要求的测试光谱范围是300～2500 nm。虽然这2个标准对光谱范围的测试要求存在差异，但由于大部分太阳电池技术中，太阳电池对于大于1100 nm波段的光谱响应很小，甚至没有响应，所以在标准的制定过程中不会考虑这一波段范围，即这一波段的光谱不影响太阳电池的发电性能；但1100～2500 nm波段的光谱会影响建筑物的热性能表现，比如其会通过辐射等形式进入室内，影响整体建筑物的能耗水平。

近期，随着光伏发电技术的进步，太阳电池的光谱响应区间也随之发生了变化，所以IEC的相关光伏测试标准将测试光谱范围从1100 nm拓宽到了1200 nm，即现在要求的测试光谱范围为400～1200 nm。

1.2.3 BIPV组件的防火耐火性能

光伏组件应用在建筑上，最需要关注的是其防火性能。我国关于光伏组件防火性能测试采用的标准是IEC 61730-2: 2016《Photovoltaic (PV)module safety qualification——Part 2: Requirements for testing》和UL790《Standard test methods for fire tests of roof coverings》，但是光伏组件应用于建筑上时，仅满足IEC 61730-2:2016和UL790是远不够的。

光伏发电与建筑相结合，从保证建筑物安全方面来考量，最终的光伏组件性能评价需要采用最为严苛的标准进行衡量。因此，BIPV组件的防火性能应遵从建筑材料的相关防火标准，比如GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》等一些常用的建筑防火相关标准。

除了上述提到的标准，中国材料与试验团体标准委员会建筑材料领域委员会太阳能光伏系统应用技术委员会(CSTM/FC03/TC22)还针对BIPV组件的防火、耐火性能发布了T/CSTM 00260-2021《屋面晶体硅光伏与压型钢板构件防火等级试验方法》。

1.2.4 BIPV组件的发电性能

光伏组件的发电性能与其安装角度有关，但由于BIPV组件安装的特殊性，有时其需要安装在垂直平面上，或安装在不同倾角的建筑表面，因此，BIPV组件的发电性能会受到很大影响。

2 国内BIPV相关标准的发展现状

由于BIPV组件首先是作为建筑材料来使用的，因此其必须要先满足建筑材料的要求，在此前提下再考虑光伏组件的发电性能。因此，在制定BIPV组件相关标准时，也应首先满足建筑材料的各项标准和规范，然后再满足光伏组件的各项标准和规范。

我国从2009年开始展开了BIPV相关标准的一系列制定工作。财政部、科技部、国家能源局于2009年联合发布了《关于实施金太阳示范工程的通知》(财建[2009]397号)，财政部、科技部、住房和城乡建设部、国家能源局于2010年联合发布了《关于加强金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程建设管理的通知》(财建[2010]662号)[3]。

由于BIPV还是一个全新的领域，且其还是跨领域的结合产物，光伏行业和建筑行业对其认识都不深，因此当前阶段只能依靠行业内部讨论和地方规划来进行BIPV的标准建设。比如住房和城乡建设部发布实施的JGJ 203-2010《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》，2010年3月1日起实行的国家建筑标准设计图集10J908-5《建筑太阳能光伏系统设计与安装》(当前已废止)和2012年5月1日起实行的JGJ/T 264-2012《光伏建筑一体化系统运行和维护规范》，安徽省发布的DB 34854-2008《太阳能利用与建筑一体化技术标准》，北京市发布的DB 11/T881-2012《建筑太阳能光伏系统设计规范》和配套图集《建筑太阳能光伏发电系统》，辽宁省发布的DB21/T 1792-2010《太阳能光伏与建筑一体化技术规程》，江苏省发布的DGJ32/J 87-2009《太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程》，江苏省杭州市建设委员会于2010年1月26日发布的CJS01-2010《太阳能光伏与建筑一体化应用技术导则(暂行)》等，但BIPV领域还是缺少统一的以国家标准为主体的标准体系。

同时，在当前阶段，由于相关行业对“光电建筑”尚未有准确且统一的概念，使建筑行业对于BIPV的设计规范和相关图集规范、工程的施工验收标准，以及维护技术规程等均处于标准体系不完整和管理混乱的局面，这也导致了“金太阳”项目或多或少都出现了质量难以达标、运行效果难以保证的现象，最终国家决定于2013年停止“金太阳”工程。

光伏行业和建筑行业的相关组织、协会和企业也在积极参与制定BIPV的行业标准，如中国建筑节能协会太阳能建筑一体化专业委员会在2014年编制的《太阳能光伏建筑应用系统评价技术导则(试行)》、中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会编制的《建筑光伏系统技术导则》[5]，以及安科瑞电气股份有限公司于2014年发布的《建筑一体化光伏发电系统设计与应用图集》等。这些行业相关组织、协会和企业在推进我国BIPV相关标准体系建设的过程中起到了积极的作用。

2015年起，从国家和地方政府层面提出的针对光伏发电的补贴政策在一定程度上促进了地方光电建筑标准的制定工作。比如，浙江省出台了DB 33/ 1106-2015《建筑太阳能光伏系统应用技术规程》、广东省出台了广东省建筑标准设计通用图集粤16J/140-2016《太阳能光伏一体化建筑构造》[5]；住房和城乡建设部发布了行业标准JGJ/T 365-2015《太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范》，并在2016年增加了对国家建筑标准设计图集10J908-5《建筑太阳能光伏系统设计与安装》的修订工作[5]。

近几年，我国也加快了针对BIPV的国家标准体系的建设，分别于2018年发布了GB/T 36963-2018《光伏建筑一体化系统防雷技术规范》，2019年发布了GB/T 38388-2019《建筑光伏幕墙采光顶检测方法》和GB/T 37655-2019《光伏与建筑一体化发电系统验收规范》。2021年，由CSTM/FC03/TC22牵头，隆基绿能科技股份有限公司等企业参与，共同制定了T/CSTM 00260-2021《屋面晶体硅光伏与压型钢板构件防火等级试验方法》，该标准真正解决了BIPV组件的防火性能测试的标准问题，为我国BIPV标准化贡献了一份力量。

总体来说，我国现在的BIPV相关标准体系是采用以GB/T 38388-2019《建筑光伏幕墙采光顶检测方法》和GB/T 37655-2019《光伏与建筑一体化发电系统验收规范》这2个国家标准为主，其他团体标准和行业标准相配合的模式。

我国BIPV相关标准的分类示意图如图1所示，我国BIPV相关检测项目与检测方法如表1所示。

图1 我国BIPV相关标准的分类示意图Fig.1 Classification diagram of BIPV relative standards in China

表1 我国BIPV相关检测项目与检测方法Table 1 Relative testing items and testing methods of BIPV in China

3 国际BIPV相关标准的发展现状

3.1 光伏行业相关国际标准现状

目前，光伏行业相关国际标准的制定工作主要集中在国际电工委员会太阳能光伏能源系统技术委员会(IEC/TC82)。截至2020年12月，在现行的标准中(含TS、TR文件)，IEC/TC82正式发布了共计124项标准；其中2020～2021年度发布标准26项(含TR文件4项)，包括修订标准7项、新制定标准19项。新制定的标准包括IEC TS 62788-5-2:2020《Measurement procedures for materials used in photovoltaic modules——Part 5-2: Edge seals——Durability evaluation guideline》、IEC 63092-1:2020《Photovoltaics in buildings——Part 1: Requirements for buildingintegrated photovoltaic modules》和IEC 63092-2:2020《Photovoltaic in buildings——Part 2:Requirements for building-integrated photovoltaic systems》。

现行光伏行业的国际标准中，包括基础通用的标准1项、材料类标准12项、太阳电池和光伏组件类标准52项(其中聚光型光伏组件有7项)、光伏部件类标准18项、光伏发电系统类标准41项(包含农村电气化小型可再生能源和混合系统的系列标准21项)。

3.2 建筑用光伏玻璃相关国际标准现状

在建筑用玻璃领域内，最权威的国际性标准化工作机构是国际标准化组织ISO/TC160，建筑用玻璃领域中所有涉及到产品和测试方法的国际标准的制定、修订工作均是由该组织负责。在ISO/TC160/SC1中，有一个BIPV工作组(ISO/TC160/SC1/WG9)，专门负责建筑用玻璃与光伏发电结合的标准的制定工作。目前，ISO/TC160/SC1/WG9工作组仅发布了1项标准，即ISO/TS 18178《建筑用太阳能光伏夹层玻璃》。该标准由我国牵头制定，是首个将光伏发电技术与建筑玻璃技术结合的国际标准[6]，以BIPV组件为例，此标准既讨论了光伏产品在电气、机械特性等方面的性能，也讨论了作为建筑材料其所需要考虑的安全等方面的性能要求。为了达到BIPV的要求，该标准综合考虑了作为建筑玻璃和光伏组件这2个方面的要求。

3.3 国际BIPV相关标准情况

国际BIPV相关标准如表2所示。

4 建议

通过比较国内外BIPV相关标准的发展现状可以发现，与IEC和ISO两大组织已发布了十几项涉及BIPV各个部分的标准并已成立1个BIPV工作组相比，我国的BIPV标准化还处于光伏发电标准和建筑标准初步结合的起步阶段，但是BIPV标准化工作已开始受到各方关注，同时地方和团体标准的制定工作也在迅速开展。

为了使我国BIPV行业能够健康、快速的发展，针对相关标准的制定和体系建设还需要投入更多的精力，以满足我国提出的“碳达峰”和“碳中和”目标的相关要求。基于此，针对国内BIPV相关标准制定发展较为缓慢的问题，提出以下几点建议：

1)研究制定BIPV相关的标准体系，尽快成立针对BIPV方面的标准化技术委员会，为BIPV发展提供有力的依据。因此，该委员会涉及的内容需要包含设计、建设、检测、验收等各个环节。

2)BIPV组件相关标准涉及了建筑、材料、光伏组件等多个领域，导致难以形成统一的标准，妨碍了BIPV标准化制定的进程。因此需要有关部门牵头组织各领域专家，在各个行业内对标准的制定出谋划策。基于这个考虑，2020年，中国光伏行业协会光电建筑专委会成立，秘书处单位设为中国建筑科学研究院有限公司，该专委会集合了国内建材、建筑、光伏、光伏发电系统等全领域的专家，正在为BIPV行业的健康发展积极开展工作。

3)开展BIPV推广计划，鼓励开展BIPV的应用。鼓励待建、新建建筑采用BIPV或BAPV形式，鼓励针对现存的和正在施工的建筑进行BIPV的改造工作。对于积极进行BIPV改造的，主动安装光伏发电系统和采用BIPV组件的工程项目，在政策和技术上给予大力支持。对于选择配有储能装置或并网的光伏发电项目，当地政府和电力局等有关部门应考虑“降低门槛、统一标准、补贴激励”，在保证安全的前提下，对项目进行政策或经济上的支持，以促进BIPV的发展。