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国内外BIPV相关标准的发展现状

发布时间:2023/6/4 16:53:38   

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(buildingintegratedphotovoltaic,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(buildingattachedphotovoltaic,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。

1BIPV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。截止到年,我国BIPV市场的累计装机容量仅为0.1GW。

据德国Fraunhofer太阳能系统研究所于年发布的报告统计,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。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万m2以上[4]。此外,年9月发布实施的GB/T-《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。

1.1BIPV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。

1.2BIPV组件相关标准的

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