98 / 2023-03-23 11:37:39

建筑一体化光伏窗在气候变化下的效益分析：中国三个城市的比较研究

BIPV窗户,建筑能耗模拟,城市冠层模型

    为提高可再生能源产能，中国大力推广太阳能技术并保持国际市场领先地位。在城市环境中，建筑一体化光伏（BIPV）窗户是增加分布式光伏容量的有效途径。由于缺乏模拟工具，BIPV窗户在街道峡谷中的影响尚不明晰。本研究新开发了一个BIPV窗参数化方案，并将其与建筑能耗模拟和单层城市冠层模型相结合。模型评估表明，该耦合模型可以合理地捕捉BIPV窗温度和电力生成、建筑冷热负荷和室外微气候的日变化特征。峡谷高宽比、窗户覆盖率、立面朝向和电池转换效率是最大化BIPV窗发电量的关键的因素。

    在不同气候条件下，办公楼层模拟结果表明，北京朝南的朝向具有最高的年发电潜力（即44.7 kWh/m2），比深圳和南京的潜力高1.5倍。在宽浅的城市峡谷中，当窗户覆盖率大于50％时，BIPV窗比透明窗更具优势。在深圳、南京和北京，当朝西南立面全覆盖BIPV窗时，最高节电比分别为26.3％、23.3％和29.7％。与墙相比，三个城市的朝南向BIPV窗最高节电比均大于28％。当峡谷变窄，即高宽比大于0.5时，节电比会下降超过15%。北京的BIPV窗效益最高，其次是深圳和南京。在2050年未来气候的影响下，与透明窗相比，南京的BIPV窗节能潜力略有增加，深圳和北京则保持相对稳定。与墙相比，节能潜力比目前低0-8％，这表明在气候变暖背景下BIPV窗需具备更好的隔热性能。本研究的发现为BIPV在建筑环境中的应用提供了指导，并为可持续和低碳社区的建设提供了启示。