國內外BIPV相關標準的發展現狀

王 冬，張可佳，張 洋

(中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024)

0 引言

據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的統計數據，我國的建筑碳排放量占全國總碳排放量的30%以上，同時，我國每年新增約20億m2的建筑面積，形成了我國建筑領域“體量大、增加快”的現狀。因此，建筑領域如何做到節能減碳成為我國實現“碳達峰”“碳中和”目標的關鍵點，而光伏建筑一體化(building integrated photovoltaic，BIPV)成為了降碳節能的重要解決方案。

BIPV是通過將光伏組件與建筑材料結合，讓傳統建筑變成可以發電的節能建筑，從而推動建筑從耗能向產能、節能轉變。當前，將光伏發電和建筑結合在一起的光電建筑形式主要有2種，分別為光伏附著建筑(building attached photovoltaic，BAPV)和BIPV。其中，BAPV是將光伏發電系統直接附加在建筑上，由于該形式下的光伏組件并不作為建筑材料，因此對于光伏組件無特定的建筑材料方面的要求，此種形式適用于對現存建筑的改造。BIPV是將光伏組件和建筑材料(如遮陽設施、窗、建筑外墻、外屋頂等)相結合，從而形成一種新的建筑材料，即建筑用光伏組件，可稱為“BIPV組件”，比如光伏幕墻、光伏玻璃、光伏采光頂等。

BIPV形式的好處是光伏組件既可以進行光伏發電，又能作為建筑物本身的材料起到建筑材料的作用，從而可為整個建筑提供能源，減少能源消耗，并且還可以降低整體的建造成本。因此，大力發展BIPV是打造綠色建筑、營造低碳社會的重要手段之一。一個行業的健康發展離不開完善的標準體系，標準體系不完整會導致行業管理混亂、項目質量難以達標、項目運行效果難以保證等現象發生，而國內在BIPV相關標準的制定方面起步較晚。本文以BIPV行業的發展現狀為研究基礎，對國際和國內BIPV相關標準的發展現狀進行了調研、分析和比對，并提出了建議。

1 BIPV行業的發展現狀

雖然目前全球光伏發電裝機總量不斷增加，但BIPV市場的裝機容量僅占全球光伏市場總裝機容量的1%左右。截止到2018年，我國BIPV市場的累計裝機容量僅為0.1 GW。

據德國Fraunhofer太陽能系統研究所于2018年發布的報告統計，在歐洲的BIPV市場中，光伏屋頂的建筑材料中，90%為晶體硅光伏組件，10%為薄膜光伏組件；對于立面結構，如光伏幕墻等的建筑材料中，56%為晶體硅光伏組件，44%為薄膜光伏組件[1]。這說明BIPV市場中BIPV組件的發展潛力巨大，而且晶體硅光伏組件和薄膜光伏組件是較為成熟的光伏發電技術，已經可以滿足BIPV的技術要求。

一些發達國家，如美國、澳大利亞等，在BIPV方面已經取得了一定成績。美國是世界上能源消耗最大、碳排放量第二大的國家，為了節能降耗，調整并優化能源供應結構，美國聯邦政府制定了一系列推進BIPV發展的計劃，比如“光伏建筑良機計劃”“太陽能進入學校”項目和“百萬太陽能屋頂計劃”，以此來降低美國整體的建筑能耗水平，并得到了美國國內相關大學、科研機構和光伏企業的支持，極大地推進了美國以光伏屋頂、光伏遮陽系統等解決方案為代表的BIPV的發展[2]。

澳大利亞一直利用其豐富的太陽能資源大力發展光伏發電行業，以提高太陽能為代表的新能源在該國能源供應中的比例。其中，南澳大利亞州民用和公共用電中50%的電力由風電和光伏發電供應，政府也為居民房屋的分布式光伏發電系統提供了一系列補貼和支持。

在歐洲地區，如德國、瑞典等國家，也通過制定并推廣分布式光伏發電系統建設計劃，以及鼓勵其國民在屋頂安裝光伏發電系統等方式，來達到降低建筑能耗的目的。

中國作為當下全球最大的能源消耗國，也一直大力探索推進綠色低能耗建筑的發展。2009年，我國啟動了“光電建筑示范應用項目——太陽能屋頂計劃”。通過示范項目的設計和實施經驗，突破并解決了國內光電建筑設計能力不足，光伏產品與建筑結合程度低、結合方式單一等問題。目前各個光伏組件制造企業已研發了光伏幕墻、光伏屋頂、光伏遮陽裝置和光伏瓦等BIPV形式[3]。

經過多年的努力，我國光伏產業已經走在了世界的前列。國內光伏發電裝機容量不斷上升，光伏發電系統上、下游總體成本不斷下降，在此背景下，BIPV迎來了廣闊的發展前景。《建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃》中指出，截至2020年，我國城市中可安裝BIPV的建筑的建筑面積將達到17.9億m2，城市新增超低能耗、近零能耗光電建筑項目中光電建筑面積達到1000萬m2以上[4]。此外，2019年9月發布實施的GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術標準》中也規定，國內近零能耗建筑在設計和使用時，其可再生能源利用率應不低于10%。以上一系列內容進一步從新建建筑方面推進了可再生能源與建筑結合的發展。

1.1 BIPV應重點考慮的問題

當前，BIPV組件還是一個新興事物，對于BIPV組件的傳統檢測主要集中在其需要同時滿足建筑材料和光伏材料性能，因此需要在BIPV組件的結構和材料上進行特別的設計與考慮，主要體現在安全性要求和可靠性要求這2個方面。

1.1.1 安全性要求

BIPV組件安全性的問題主要體現在以下2個方面：1)BIPV組件的結構設計，材料和光伏組件封裝質量能否滿足建筑材料的使用功能和耐久性要求；2)光伏組件自身的發電特性帶來的安全隱患。以晶體硅光伏組件為例，局部的持續性遮擋導致的熱斑問題有可能會導致光伏組件背板熔化，甚至發生光伏組件爆炸等，會嚴重威脅使用安全。

1.1.2 可靠性要求

BIPV組件作為建筑材料和光伏組件的結合產品，其對氣密性和水密性有更高的要求。因為這不僅關系著光伏組件的使用壽命，還關系著潛在的建筑安全問題，比如存在漏電，或由于封裝不完善導致的光伏組件脫層、脫膜現象等其他安全威脅。

1.2 BIPV組件相關標準的關注要點

國內外專門針對BIPV組件的標準和規范非常少，即使當前已有一些標準，但其中針對光伏組件性能部分的內容大多也是引用自IEC 61215、IEC 61646和IEC 61730這3個系列標準；而針對BIPV組件在建筑材料性能方面的標準則更少。

對于BIPV組件的標準制定，可以從BIPV組件作為建筑材料所必須具備的建材特性入手，比如，光伏組件的機械強度、能源經濟性、防火性能、降噪性能等；除此之外，尤其需要重點關注BIPV組件的隔熱性能、測試光源光譜的差異、BIPV組件的防火耐火性能、BIPV組件的發電性能這幾個方面。

1.2.1 BIPV組件的隔熱性能

建筑物的熱損失一直是建筑能耗的主要來源之一，所以需要重點考慮建筑物的隔熱性能。光伏組件作為建筑材料使用時，如光伏幕墻、光伏采光頂等，其隔熱性能(U值)需滿足相關的建材標準。通常，針對門、窗的隔熱性能的測試主要是采用ISO 10077-1-2017《門、窗和百葉窗熱性能 傳熱系數的計算 第1部分：總則》中的測試方法。但是由于光伏組件存在因發電而產生熱量的特性，導致直接采用上述測試方法進行BIPV組件的隔熱性能測試是不準確的。因此，中國建材檢驗認證集團股份有限公司(簡稱“國檢集團”)的專家在幾年前提出了一種測試思路，即利用ISO 10077-1-2017中的測試方法，給BIPV組件通最大功率點電流，模擬光伏組件發電時的發熱狀態，從而達到測試BIPV組件隔熱性能的目的。

1.2.2 測試光源光譜的差異

對于地面用晶體硅光伏組件，IEC 60904-9-2007《光電器件 第9部分：太陽模擬器的性能要求》中要求的測試光譜范圍為400～1100 nm；而ISO 19467-2017《門窗的熱性能 用太陽模擬器測定太陽能得熱系數》中要求的測試光譜范圍是300～2500 nm。雖然這2個標準對光譜范圍的測試要求存在差異，但由于大部分太陽電池技術中，太陽電池對于大于1100 nm波段的光譜響應很小，甚至沒有響應，所以在標準的制定過程中不會考慮這一波段范圍，即這一波段的光譜不影響太陽電池的發電性能；但1100～2500 nm波段的光譜會影響建筑物的熱性能表現，比如其會通過輻射等形式進入室內，影響整體建筑物的能耗水平。

近期，隨著光伏發電技術的進步，太陽電池的光譜響應區間也隨之發生了變化，所以IEC的相關光伏測試標準將測試光譜范圍從1100 nm拓寬到了1200 nm，即現在要求的測試光譜范圍為400～1200 nm。

1.2.3 BIPV組件的防火耐火性能

光伏組件應用在建筑上，最需要關注的是其防火性能。我國關于光伏組件防火性能測試采用的標準是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》，但是光伏組件應用于建筑上時，僅滿足IEC 61730-2:2016和UL790是遠不夠的。

光伏發電與建筑相結合，從保證建筑物安全方面來考量，最終的光伏組件性能評價需要采用最為嚴苛的標準進行衡量。因此，BIPV組件的防火性能應遵從建筑材料的相關防火標準，比如GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》等一些常用的建筑防火相關標準。

除了上述提到的標準，中國材料與試驗團體標準委員會建筑材料領域委員會太陽能光伏系統應用技術委員會(CSTM/FC03/TC22)還針對BIPV組件的防火、耐火性能發布了T/CSTM 00260-2021《屋面晶體硅光伏與壓型鋼板構件防火等級試驗方法》。

1.2.4 BIPV組件的發電性能

光伏組件的發電性能與其安裝角度有關，但由于BIPV組件安裝的特殊性，有時其需要安裝在垂直平面上，或安裝在不同傾角的建筑表面，因此，BIPV組件的發電性能會受到很大影響。

2 國內BIPV相關標準的發展現狀

由于BIPV組件首先是作為建筑材料來使用的，因此其必須要先滿足建筑材料的要求，在此前提下再考慮光伏組件的發電性能。因此，在制定BIPV組件相關標準時，也應首先滿足建筑材料的各項標準和規范，然后再滿足光伏組件的各項標準和規范。

我國從2009年開始展開了BIPV相關標準的一系列制定工作。財政部、科技部、國家能源局于2009年聯合發布了《關于實施金太陽示范工程的通知》(財建[2009]397號)，財政部、科技部、住房和城鄉建設部、國家能源局于2010年聯合發布了《關于加強金太陽示范工程和太陽能光電建筑應用示范工程建設管理的通知》(財建[2010]662號)[3]。

由于BIPV還是一個全新的領域，且其還是跨領域的結合產物，光伏行業和建筑行業對其認識都不深，因此當前階段只能依靠行業內部討論和地方規劃來進行BIPV的標準建設。比如住房和城鄉建設部發布實施的JGJ 203-2010《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》，2010年3月1日起實行的國家建筑標準設計圖集10J908-5《建筑太陽能光伏系統設計與安裝》(當前已廢止)和2012年5月1日起實行的JGJ/T 264-2012《光伏建筑一體化系統運行和維護規范》，安徽省發布的DB 34854-2008《太陽能利用與建筑一體化技術標準》，北京市發布的DB 11/T881-2012《建筑太陽能光伏系統設計規范》和配套圖集《建筑太陽能光伏發電系統》，遼寧省發布的DB21/T 1792-2010《太陽能光伏與建筑一體化技術規程》，江蘇省發布的DGJ32/J 87-2009《太陽能光伏與建筑一體化應用技術規程》，江蘇省杭州市建設委員會于2010年1月26日發布的CJS01-2010《太陽能光伏與建筑一體化應用技術導則(暫行)》等，但BIPV領域還是缺少統一的以國家標準為主體的標準體系。

同時，在當前階段，由于相關行業對“光電建筑”尚未有準確且統一的概念，使建筑行業對于BIPV的設計規范和相關圖集規范、工程的施工驗收標準，以及維護技術規程等均處于標準體系不完整和管理混亂的局面，這也導致了“金太陽”項目或多或少都出現了質量難以達標、運行效果難以保證的現象，最終國家決定于2013年停止“金太陽”工程。

光伏行業和建筑行業的相關組織、協會和企業也在積極參與制定BIPV的行業標準，如中國建筑節能協會太陽能建筑一體化專業委員會在2014年編制的《太陽能光伏建筑應用系統評價技術導則(試行)》、中國建筑金屬結構協會光電建筑應用委員會編制的《建筑光伏系統技術導則》[5]，以及安科瑞電氣股份有限公司于2014年發布的《建筑一體化光伏發電系統設計與應用圖集》等。這些行業相關組織、協會和企業在推進我國BIPV相關標準體系建設的過程中起到了積極的作用。

2015年起，從國家和地方政府層面提出的針對光伏發電的補貼政策在一定程度上促進了地方光電建筑標準的制定工作。比如，浙江省出臺了DB 33/ 1106-2015《建筑太陽能光伏系統應用技術規程》、廣東省出臺了廣東省建筑標準設計通用圖集粵16J/140-2016《太陽能光伏一體化建筑構造》[5]；住房和城鄉建設部發布了行業標準JGJ/T 365-2015《太陽能光伏玻璃幕墻電氣設計規范》，并在2016年增加了對國家建筑標準設計圖集10J908-5《建筑太陽能光伏系統設計與安裝》的修訂工作[5]。

近幾年，我國也加快了針對BIPV的國家標準體系的建設，分別于2018年發布了GB/T 36963-2018《光伏建筑一體化系統防雷技術規范》，2019年發布了GB/T 38388-2019《建筑光伏幕墻采光頂檢測方法》和GB/T 37655-2019《光伏與建筑一體化發電系統驗收規范》。2021年，由CSTM/FC03/TC22牽頭，隆基綠能科技股份有限公司等企業參與，共同制定了T/CSTM 00260-2021《屋面晶體硅光伏與壓型鋼板構件防火等級試驗方法》，該標準真正解決了BIPV組件的防火性能測試的標準問題，為我國BIPV標準化貢獻了一份力量。

總體來說，我國現在的BIPV相關標準體系是采用以GB/T 38388-2019《建筑光伏幕墻采光頂檢測方法》和GB/T 37655-2019《光伏與建筑一體化發電系統驗收規范》這2個國家標準為主，其他團體標準和行業標準相配合的模式。

我國BIPV相關標準的分類示意圖如圖1所示，我國BIPV相關檢測項目與檢測方法如表1所示。

圖1 我國BIPV相關標準的分類示意圖Fig.1 Classification diagram of BIPV relative standards in China

表1 我國BIPV相關檢測項目與檢測方法Table 1 Relative testing items and testing methods of BIPV in China

3 國際BIPV相關標準的發展現狀

3.1 光伏行業相關國際標準現狀

目前，光伏行業相關國際標準的制定工作主要集中在國際電工委員會太陽能光伏能源系統技術委員會(IEC/TC82)。截至2020年12月，在現行的標準中(含TS、TR文件)，IEC/TC82正式發布了共計124項標準；其中2020～2021年度發布標準26項(含TR文件4項)，包括修訂標準7項、新制定標準19項。新制定的標準包括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》。

現行光伏行業的國際標準中，包括基礎通用的標準1項、材料類標準12項、太陽電池和光伏組件類標準52項(其中聚光型光伏組件有7項)、光伏部件類標準18項、光伏發電系統類標準41項(包含農村電氣化小型可再生能源和混合系統的系列標準21項)。

3.2 建筑用光伏玻璃相關國際標準現狀

在建筑用玻璃領域內，最權威的國際性標準化工作機構是國際標準化組織ISO/TC160，建筑用玻璃領域中所有涉及到產品和測試方法的國際標準的制定、修訂工作均是由該組織負責。在ISO/TC160/SC1中，有一個BIPV工作組(ISO/TC160/SC1/WG9)，專門負責建筑用玻璃與光伏發電結合的標準的制定工作。目前，ISO/TC160/SC1/WG9工作組僅發布了1項標準，即ISO/TS 18178《建筑用太陽能光伏夾層玻璃》。該標準由我國牽頭制定，是首個將光伏發電技術與建筑玻璃技術結合的國際標準[6]，以BIPV組件為例，此標準既討論了光伏產品在電氣、機械特性等方面的性能，也討論了作為建筑材料其所需要考慮的安全等方面的性能要求。為了達到BIPV的要求，該標準綜合考慮了作為建筑玻璃和光伏組件這2個方面的要求。

3.3 國際BIPV相關標準情況

國際BIPV相關標準如表2所示。

4 建議

通過比較國內外BIPV相關標準的發展現狀可以發現，與IEC和ISO兩大組織已發布了十幾項涉及BIPV各個部分的標準并已成立1個BIPV工作組相比，我國的BIPV標準化還處于光伏發電標準和建筑標準初步結合的起步階段，但是BIPV標準化工作已開始受到各方關注，同時地方和團體標準的制定工作也在迅速開展。

為了使我國BIPV行業能夠健康、快速的發展，針對相關標準的制定和體系建設還需要投入更多的精力，以滿足我國提出的“碳達峰”和“碳中和”目標的相關要求。基于此，針對國內BIPV相關標準制定發展較為緩慢的問題，提出以下幾點建議：

1)研究制定BIPV相關的標準體系，盡快成立針對BIPV方面的標準化技術委員會，為BIPV發展提供有力的依據。因此，該委員會涉及的內容需要包含設計、建設、檢測、驗收等各個環節。

2)BIPV組件相關標準涉及了建筑、材料、光伏組件等多個領域，導致難以形成統一的標準，妨礙了BIPV標準化制定的進程。因此需要有關部門牽頭組織各領域專家，在各個行業內對標準的制定出謀劃策。基于這個考慮，2020年，中國光伏行業協會光電建筑專委會成立，秘書處單位設為中國建筑科學研究院有限公司，該專委會集合了國內建材、建筑、光伏、光伏發電系統等全領域的專家，正在為BIPV行業的健康發展積極開展工作。

3)開展BIPV推廣計劃，鼓勵開展BIPV的應用。鼓勵待建、新建建筑采用BIPV或BAPV形式，鼓勵針對現存的和正在施工的建筑進行BIPV的改造工作。對于積極進行BIPV改造的，主動安裝光伏發電系統和采用BIPV組件的工程項目，在政策和技術上給予大力支持。對于選擇配有儲能裝置或并網的光伏發電項目，當地政府和電力局等有關部門應考慮“降低門檻、統一標準、補貼激勵”，在保證安全的前提下，對項目進行政策或經濟上的支持，以促進BIPV的發展。

表2 國際BIPV相關標準Table 2 International BIPV relative standards

5 結論

本文以BIPV行業的發展現狀為研究基礎，分別對國內BIPV相關標準和國際BIPV相關標準的發展現狀進行了調研和分析；然后針對國內BIPV標準制定發展較為緩慢的問題給出了3個方面的建議，希望國內BIPV相關標準的制定工作能夠盡快完善和發展。